Электропривод гребной установки

РЕТЕН 22) 26.07.90 Е.,.И.ледователй инститорское п др. ГребныеСудостроение, дт Е.Б. и др, новки Л,: СудоКомитет Российской Федерации о патентам и товарным знакам(57) Использование: может быть использовано в гребных электрических установках, Сущность: в данном устройстве обеспечиваются на всех положениях поста управления, начиная с первого, предельно допустимые значения пусковых токов гребного электродвигателя, разгон его под действием предельной мощности и использование резерва мощности на промежуточных положениях поста управления для уменьшения провалов частоты вращения электродвигателя, 2 ил,3 180Предлагаемое изобретение относится кгребным электрическим установкам, преимущественно ледоколов и судов активноголедового плавания с атомными энергетическими установками.Цель изобретения - повышение надежности и эффективности электропривода гребнойустановки при работе судна во льдах,Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что еще доформирования в устройстве деления сограниченным максимальным выходным сигналом заданного значения тока якорной цепипо заданной мощности и напряжениюякорной цепи с помощью перемножителя иотдельного сумматора с задатчиком номинальной мощности сначала осуществляетсяформирование заданной мощности путемперемножения сигналов от задатчика мощности поста управления и от указанногосумматора, в котором отдельно формируетсяуровень предельно допустимой на последнемположении поста управления мощности, атакже в том, что введенное устройстводеление формирует другое заданное значениетока по предельно допустимой мощности, ааналоговые ключи, компараторы блокировкии управления, инвертор и узел возведенияв квадрат осуществляют автоматическуюкоммутацию этих двух заданных значенийв зависимости от нагрузки на винте иположения поста управления, Таким образом, не смотря на ограничение максимального выходного сигнала блока деления,достигаются на всех положениях постауправления, начиная с первого, предельнодопустимые значения пусковых токов гребного электродвигателя, разгон его на всехположениях поста управления под действиемпредельной мощности и использование резерва мощности на промежуточных положениях поста управления для уменьшенияпровалов частоты вращения двигателя, сцелью стабилизации упора гребного винтапри взаимодействии его со льдом, т,е.повышение надежности и эффективностивинта судна, работающего во льдах,На фиг, 1 изображена функциональнаясхема предлагаемого устройства; на фиг, 2- графики, поясняющие его работу,Предлагаемый электропривод содержитэлектродвигатель постоянного тока 1, механически связанный с гребным винтом иподключенный к синхронному генератору 2через неуправляемый выпрямитель 3 идатчик тока 4, Датчик напряжения 5включен на стороне постоянного тока в цепиякоря электродвигателя, Система возбуждения двигателя б и система возбуждения 9736 4 генератора 7 включены соответственно каждая на свои обмотки возбуждения, Входные цепи системы б подключены через реверсор 8-1 поста управления 8 к выходу регулятора возбуждения двигателя 9, в состав которого входят цепь задания номинального возбуждения, связь форсировки потока двигателя в режиме пуска или при взаимодействии винта со льдом и связь размагничивания двигателя в режиме динамического торможения при реверсе, действующие с отсечкой в функции тока якорной цепи, что обеспечивается подключением датчика тока 4 на вход регулятора 9, Кроме того, предусмотрена связь размагничивания двигателя при переходе от швартового режима работы судна к ходу в свободной воде, действующая с отсечкой в функции напряжения якорной цепи, что обеспечивается подключением датчика напряжения якорной цепи на другой вход регулятора 9. Реверс электропривода осуществляется за счет изменения знака потока двигателя с помощью реверсора 8-1, связанного с рукояткой поста управления. В состав поста управления 8 входит также задатчик мощности 8-2, который формирует сигнал, пропорциональный заданному значению мощности, без учета ограничений по мощности и знака положения поста управления. Сигналы ограничения мощности формируются независимо от сигнала задатчика мощности 8-2 в ограничителях уровня предельной мощности 10.На вход системы возбуждения генератора 7 включен регулятор тока 11, на один из входов которого включена цепь обратной связи по току якорной цепи, а на другой - сигнал заданного значения тока якорной цепи, поступающий с выхода схемы ограничения сигнала 12 с задатчиком предельного тока 13 в виде потенциометра, подключенного к источнику питания. Работа регулятора 11 основана на известном принципе регулирования по отклонению с постоянным коэффициентом обратной связи по току,На вход схемы 12 поступает сигнал с выхода цепи формирования заданного значения тока якорной цепи, состоящей из элементов 14-23. На входы сумматора 14 поступают сигналы от задатчика мощности 15, выполненного в виде потенциометра и подключенного к источнику питания, и от ограничителя уровня 10 так, что на его выходе формируется уровень предельно допустимой мощности в соответствии со следующим выражением;Р; - К,(Р- Р, ), (1)где Р- номинальная мощность;Р, - допустимая мощность;К - коэффициент пропорциональности;РР - сумма воздействия от ограничителейогр11,Далее сигнал уровня предельной мощности (Р) и сигнал от задатчика мощности8-2 (Р,) сначала поступает на входыпере множителя 16, на выходе которогоформируется сигнал заданного значениямощности (Р,) с учетом положения постауправления и ограничений предельной мощности в соответствии с выражениемРз КоРдРзмргде К, - коэффициент пропорциональности,Затем сигнал от перемножителя 16поступает на вход делимого первого блокаделения 18, на вход делителя которогоподключен датчик напряжения 4. В результате на выходе блока 18 формируется сигналзаданного значения тока якорной цепи,связанного с величиной следующим соотношением; Р э К ф ч я кч ип(зя Причем в режиме пуска, когда Ч= О, даже при малых Рсоответствующих начальным положениям поста управления 8, величина 13 будет достигать уровня ограничения, связанного с ограничением по источнику питания - К,Ч, т.е, в этом случае величина заданного значения пускового тока будет определяться уставкой задатчика предельного тока 13 в схеме 12 (фиг, 2, поз, 3), Сигнал уровня предельной мощности (Р) с выхода сумматора 14 поступает также на вход второго блока деления 19, на выходе которого формируется сигнал заданного значения тока якорной цепи, соответствующий уровню предельной мощности (Р) и связанный с Р, соотношением:Рк -причочяк.ч при ч = оип я На последнем положении поста управления величина сигнала должна быть равна величине сигнала , если в этом случае отсутствуют резервы мощности по первичным источникам энергии, Это равенство проще всего обеспечивается идентичной настройкой обоих блоков деления и равенством сигналов Р, и РВыходные сигналы блоков 18 и 19 поступают на вход схемы 12 через ключи 20 так, что эти сигналы либо оба отключены, либо включен один из них с помощью управления аналоговыми ключами 20, Перевод в закрытое состояние ключей осуществляется с помощью компаратора блокировки17, На один вход компаратора 17 подана уставка срабатывания, а на другой - сигнал Р), при этом запирание ключей 20 происходит при нулевом положении постауправления, а управление по другим управляющим входам при любом другом положении поста управления. Этим исключается возможное зависание электропривода в режиме пуска с сигналом 1 когда оператор, сделав пуск установки, возвращает пост управления в нулевое положение.При ненулевом положении поста управления осуществляется раздельное управлениеключами 20-41 и 20-2 по входам управления,подключенным к выходам инвертора 23 и компаратора 22, при этом на входе последнего происходит сравнение сигналов 1 зи 1, и К Ч,. из которых второй сигнал представляет собой приведенную винтовую характеристику при работе винта а ледяной шуге (фиг, 2, поз,1) в швартовом режимеработы судна, отличающуюся от аналогичнойхарактеристики при работе винта в воде без шуги (фиг. 2, поз.1), При К Ч 21, открытключ 20-1, при К Ч1, будет открыт ключ20-2, В первом случае на вход схемы 12 будет приходить сигнал 1 во втором - 1.Таким образом, на промежуточных положениях поста управления при возникновении перегрузок двигателя в режиме взаимодействия винта со льдом и связанного с этим снижения частоты вращения и напряжения в якорной цепи, происходит увеличениесигнала и уменьшение сигнала К Ч Это, вгмомент их примерного равенства, вызоветсрабатывание компаратора 22, На вход схемы 12 вместо 1, поступит 1, тем самым обеспечивая регулирование тока по уровнюпредельно допустимой мощности Р что либо исключит, либо сведет к минимуму снижение напряжения якорной цепи, соответствующее снижению частоты вращения двигателя, а, следовательно, и упора гребного винта,Данная ситуация использования резерва мощности показана на фиг,2 (поз. 2),соответствующей сигналу 1, Линия АБ показывает переход регулирования с одного заданного значения тока на другое в точке пересечения кривых 1 и 3. Такое регулирование электропривода наиболее эффективно на начальных положениях поста управления.Ниже приводится описание работы заявляемого устройства на примере пуска на промежуточном положении поста управления,1809736 8 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ В исходном состоянии при нулевом положении поста управления сигнал от регулятора 9 не поступает на вход системы возбуждения 6 и в двигателе 1 ток отсутствует. На вход системы возбуждения 7 также не поступает сигнал, так как компаратор 17 запирает ключи 20 и, следовательно, на входе регулятора 11 ток будет равен нулю, При переводе поста управления в одно из промежуточных положений происходит возбуждение двигателя 1. Задатчик мощности 8-2 формирует соответствующий сигнал управления, который деблокирует ключи 20, и, проходя через перемножитель 16 и первый блок деления 18, позволит сформировать с помощью последних сигнал заданного значения тока якорной цепи, Этот сигнал с выхода блока 18 поступает на вход компаратора 22, на другой вход которого поступает сигнал от датчика напряжения 4 через узел возведения в квадрат 21, Так как в начале пуска напряжение якорной цепи близко к нулю, то компаратор 22 перейдет в такое состояние, когда ключ 20-1 будет заперт, а 20-2 открыт, На вход схемы 12 поступит заданное значение тока якорной цепи, сформированное вторым блоком деления 19 по сигналу уровня предельной мощности от сумматора 14, Регулятор 11 будет стремиться поддержать заданную величину 1, воздействуя на систему возбуждения генератора и обеспечивая тем самым разгон двигателя в начальной стадии пуска с предельно допустимыми значениями тока и мощности, не смотря на то, что пост управления находится не на последнем положении, По мере разгона и роста напряжения якорной цепи, как только уровень сигнала с узла 21 превысит сигнал с выхода блока 18, компаратор 22 перейдет в состояние, когда ключ 20-1 будет открыт,Электропривод гребной установки, содержащий электродвигатель постоянного тока, механически сочлененный с винтом и подключенный через неуправляемый выпрямитель и датчик тока к выходу синхронного генератора, датчик напряжения электродвигателя, пост управления в составе задатчика мощности и реверсора, ограничители уровня предельной мощности, систему возбуждения электродвигателя с включенным на ее вход через реверсор регулятором возбуждения, входы которого подключены к датчикам тока и напряжения, систему возбуждения синхронного генератора с включенным на ее вход регулятором тока цепи якоря, к одному из а ключ 20-2 - закрыт, Дальнейший разгон электродвигателя будет происходить при заданном значении тока, формируемом на выходе блока 18, т,е. с учетом ограничений, связанных с положением поста управления и с воздействиями ограничителей уровня предельной мощности 10. В результате установившийся режим работы электропривода будет соответствовать заданному положению поста управления, с учетом ограничений по предельной мощности.Использование предлагаемого электро- привода гребного винта на ледоколах и судах активного ледового плавания (в первую очередь на тех, которые оборудованы ядерной энергетической установкой) дает возможность получения ряда технико-экономических выгод, связанных с повышением надежности и эффективности гребной установки при работе судна во льдах, Так, благодаря возможности использования на промежуточных положениях резерва мощности установки и обеспечения предельных пусковых моментов в этих режимах, улучшается ледовая ходкость судов, особенно при малых скоростях движения, Упрощение настройки системы регулирования позволяет экономить активное эксплуатационное время судов за счет сокращения времени на обслуживание ремонт установки, Кроме того, повышение надежности и эффективности электропривода улучшает условия работы экипажа судов, что в первую очередь относится к судоводителям ледоколов, для которых очень важно иметь устойчивую управляемость судна на малых скоростях в ледовых условиях, например при околке судов каравана, Это в значительной степени снижает опасность столкновениям судов и таким образом облегчает, труд судоводителя,входов которого подключен датчик тока, а к другому через схему ограничения сигнала управления с задатчиком предельного токацепь формирования заданного значения тока цепи якоря, отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности и эффективности при работе судна во льдах, цепь формирования заданного тока цепи якоря выполнена в виде сумматора с задатчиком номинальной мощности перемножителя, двух блоков деления, двух аналоговых ключей, компаратора блокировки, узла возведения в квадрат, компаратора управления ключами и инвертора, причем выход задатчика мощности поста управления подключен кодному из входов перемножителя и к входу компаратора блокировки, а выход сумматора, на входы которого включены задатчик номинальной мощности и ограничитель уровня предельной мощности, подключен к другому входу перемножителя и входу делимого второго блока деления, при этом выход пер емножителя соединен с входом делимого первого блока деления, выход датчика напряжения - с входами делителей обоих блоков деления и с входом узла возведения в квадрат, выход первого блока деления включен в коммутируемую цепь первого аналогового ключа и на один из входов компаратора управления ключами,809736 10другой вход которого подключен к выходу узла возведения в квадрата, выход второго блока деления включен в коммутируемую цепь второго аналогового ключа, а выходы коммутируемых цепей обоих аналоговых ключей объединены и включены на вход схемы ограничения сигнала управления, причем выход компаратора блокировки подключен к управляющим входам обоих аналоговых ключей, выход комп аратора управления ключами подключен к управляющему входу второго аналогового ключа и входу инвертора, а выход инвертора - к управляющему входу первого аналогового ключа.