Генераторы переменного тока- являются основными источниками электроэнергии для сетей переменного тока. В настоящее время в судовых ЭЭС широко применяются генераторы переменного тока с самовозбуждением серий: МСС, ГМС, МСК, и генераторы переменного тока с независимым возбуждением типа ТК. Буквы в обозначении марки генераторов означают: Г- генератор; С- синхронный; М- морской; вторая буква С- с самовозбуждением; К- с кремнийорганической изоляцией.
Синхронные генераторы серии МСК изготавливают с самовентиляцией по замкнутому циклу и с водяными воздухоохладителями. Система самовозбуждения генераторов МСК включает в себя выпрямители и другие устройства, выполняется в виде единого блока, устанавливаемого непосредственно на корпусе генератора. Генераторы серии МСС отличаются от генераторов серии МСК меньшей частотой вращения и наличием небольшого генератора начального подмагничивания. Генераторы серии ГМС имеют брызгозащищенное исполнение с самовентиляцией по разомкнутому циклу.
Основным преимуществом генераторов переменного тока по сравнению с генераторами постоянного тока является меньшие массогабаритные характеристики электрических машин.
Генераторы постоянного тока- являются источниками электроэнергии для сетей постоянного тока, а также применяются в качестве автономных источников питания отдельных электроприводов и устройств, работающих на постоянном токе. В судовых ЭЭС используются генераторы постоянного тока независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.
Аккумуляторные батареи являются химическими источниками тока и широко применяются в судовых ЭЭС в качестве резервных и аварийных источников электроэнергии, а также могут применяться в качестве основных источников электроэнергии для отдельных устройств и систем судна. В основе принципа действия аккумуляторов лежат три электрохимических явления: электролитическая диссоциация, электролиз и возникновение потенциала на электроде, помещенном в раствор электролита.
Аккумуляторы являются независимыми автономными источниками питания, вырабатывающими постоянный ток без пульсаций. Но в силу физических и химических особенностей протекающих в них процессов аккумуляторы имеют ряд существенных недостатков: необходимость систематического ухода и контроля за их состоянием, частых подзарядов, контроля состояния и замены электролита; низкий КПД; большие стоимость и массу. В судовых условиях обычно применяются следующие типы аккумуляторов: кислотные, щелочные (железоникелевые, кадмиевоникелевые) и серебряно-цинковые.
Для получения требуемого напряжения в сети постоянного тока, производится последовательное соединение между собой аккумуляторов в группы. Напряжение группы аккумуляторов равно напряжению одного аккумулятора умноженному на число соединенных последовательно аккумуляторов. Для увеличения емкости, группы аккумуляторов соединяют параллельно в аккумуляторные батареи - АБ. Размещаются аккумуляторные батареи в специальных газо- и водонепроницаемых помещениях - аккумуляторных ямах или выгородках, снабженных обслуживающими системами: вентиляции, охлаждения, механического перемешивания электролита, контроля содержания водорода в воздухе помещения, нейтрализации (дожигания) водорода и др.
3. Электроэнергетические системы судна. Устройства преобразования электроэнергии
При проектировании судовых ЭЭС часто встречаются ситуации, когда отдельные потребители электроэнергии, а также электрические сети, имеют частоту, напряжение и род тока отличные от частоты, напряжения и рода тока, вырабатываемого основными электрогенераторами судна. Для обеспечения электроэнергией таких потребителей и электрических сетей применяются различного рода преобразователи электроэнергии - преобразователи напряжения, тока и частоты.
Наиболее широкое применение в судовых ЭЭС нашли следующие средства преобразования электроэнергии: вращающиеся электромашинные преобразователи, статические преобразователи и трансформаторы.
Электромашинные преобразователи представляют собой несколько электрических машин, соединенных одним валом и, как правило, заключенных в один корпус. Одна из электрических машин работает в режиме электродвигателя, остальные - в режиме генераторов. К электродвигателю подводится электроэнергия от основной силовой сети. Электродвигатель вращает вал с генераторами, а генераторы в свою очередь вырабатывают электроэнергию с необходимыми для потребителей напряжением, родом тока частотой.
В судовых ЭЭС используются следующие виды электромашинных преобразователей:
? электромашинные преобразователи напряжения - используемые для преобразования одного значения напряжения в другое при неизменном роде и частоте тока (преобразователи типа АПП);
? электромашинные преобразователи тока - предназначенные для преобразования постоянного тока в однофазный переменный (преобразователи типа АПО) или постоянного тока в трехфазный переменный (преобразователи типа АПТ);
? электромашинные преобразователи частоты - для преобразования частоты переменного тока при неизменном напряжении (преобразователи типа АЛА, АТО, АТТ, АМГ и ВПР);
К преимуществам электромашинных преобразователей можно отнести независимость параметров преобразуемой и получаемой электроэнергии, а также возможность применения в их составе обычных серийных машин - генераторов и электродвигателей.
В основе работы статических преобразователей электроэнергии положены принципы:
? выпрямления тока с помощью полупроводниковых приборов - такие преобразователи называют выпрямителями;
? преобразования постоянного тока в переменный с помощью управляемых электронных или полупроводниковых приборов - транзисторов, тиристоров и электронных ламп - такие преобразователи называют инверторами.
Конструктивно инверторы и выпрямители выполняются в виде шкафов, габариты и конструкция которых зависят от мощности преобразователя, удобства обслуживания и других факторов.
Из статических преобразователей наиболее широкое распространение получили полупроводниковые выпрямители переменного тока. В составе судовых ЭЭС наиболее часто используют:
? силовые преобразователи типа ВАКЭП- предназначенные для питания различного рода электроприводов;
? зарядные преобразователи типа ВАКЗ - используемые для зарядки аккумуляторных батарей;
? зарядно-силовые преобразователи типа ВАКЗС и ВАКС;
? электросварочные статические преобразователи типа ВАКСВ.
По сравнению с электромашинными, статические преобразователи имеют следующие преимущества: меньшие массу и габариты, бесшумность работы, высокую эксплуатационную надежность, в ряде случаев - более высокий КПД.
Трансформаторы используются для преобразования одного напряжения сети в другое при сохранении частоты тока.
Принцип действия трансформаторов основан на явлении электромагнитной индукции при взаимодействии переменного магнитного поля с неподвижным проводником, в котором при этом индуцируется ЭДС.
По основным параметрам и назначению различают:
? однофазные, трехфазные и многофазные трансформаторы;
? двухобмоточные и многообмоточные трансформаторы;
? повышающие и понижающие трансформаторы;
? силовые трансформаторы, используемые для передачи и распределения электроэнергии; и специальные трансформаторы: автотрансформаторы, измерительные, вращающиеся, сварочные и радиотрансформаторы.
4. Электроэнергетические системы судна. Устройства распределения электроэнергии
Распределительными устройствами ЭЭС называют конструкции, на которых установлены: коммутационная, защитная и измерительная аппаратура, регулирующие и сигнальные устройства. Распределительные устройства выполняют следующие основные задачи:
? включение, отключение и защиту электрических установок и сетей;
? контроль, регулирование и измерение электрических параметров источников энергии;
? сигнализацию положения коммутационных аппаратов и состояния электрических цепей.
К распределительным устройствам судовых ЭЭС относятся:
? главные распределительные щиты (ГРЩ) - предназначенные для управления и контроля за работой генераторов, регулирования их параметров и подачи питания судовым потребителям или фидерам судовых потребителей электроэнергии;
? распределительные щиты (РЩ) и групповые щиты (ГЩ) - предназначенные для распределения энергии по судовым потребителям и обеспечения защиты потребителей и их фидеров в определенном месте (отсеке) судна;
? контрольные щиты (КЩ) - предназначенные для дистанционного контроля за работой источников тока, потребителей электроэнергии и распределения электроэнергии;
? пульты или панели управления (ПУ) - предназначенные для дистанционно управления коммутационной и другой аппаратурой, а также пуском и основными переключениями источников электроэнергии и электрических сетей.
? щиты генераторов, батарей и щиты приема питания с берега - предназначенные для коммутации конкретного источника электроэнергии и его защиты, подачи электроэнергии в ЭЭС с берега при стоянке судна в базе;
? распределительные коробки и соединительные ящики.
Распределительные устройства выполняются в виде металлических ящиков с открывающимися или съемными дверцами. Внутри ящиков размещаются токопроводящие шины, коммутирующая и измерительная аппаратура. На лицевую сторону ящиков выносятся приборы и органы управления и коммутации - рукоятки автоматических переключателей, кнопочные посты, штурвалы и т.д.
5. Электроэнергетические системы судна. Судовые электрические сети
Судовая электрическая сеть состоит из кабелей и проводов, соединяющих источники электроэнергии с распределительными устройствами, а распределительные устройства - с потребителями электроэнергии, расположенными в разных частях судна.
По степени важности и назначению различают следующие сети:
? основную (или первичную) силовую сеть- соединяющую основные, резервные и аварийные источники электроэнергии с ГРЩ, РЩ и наиболее мощными и ответственными потребителями энергии;
? вторичную силовую сеть - соединяющую потребители электроэнергии и вторичные распределительные щиты;
? сети питания отдельных систем и судовой автоматики;
? сеть постоянного тока;
? сеть нормального освещения;
? сеть аварийного освещения;
? сеть установок слабого тока - предназначенную для коммутации электроэнергии на установки и приборы управления судном, средств внутренней связи, сигнализации, приборов измерения;
? сеть радиотрансляции;
? другие специфические сети, зависящие от характеристик и назначения потребителей электроэнергии, подключенным к ним (например, сеть сигнально-отличительных огней, сеть сварочной аппаратуры и др.).
Принцип построения электрической сети зависит от класса и назначения судна, мощности его энергетической установки, количества и расположения потребителей электроэнергии. Различают следующие схемы распределения энергии (рис. 1):
? магистральные, в которых все потребители получают питание по нескольким магистралям через включенные в них щиты или магистральные коробки;
? фидерные (радиальные), в которых наиболее ответственные потребители получают питание непосредственно от ГРЩ по отдельным фидерам, а все остальные потребители - от распределительных устройств (щитов), питающихся по отдельным фидерам от ГРЩ;
? магистрально-фидерные (смешанные), в которых часть потребителей получает питание по магистральной системе, а наиболее важные потребители - по фидерной.
Магистральные и смешанные системы распределения электроэнергии обычно используются в силовых сетях сравнительно небольшой мощности. Фидерная схема распределения электроэнергии обладает высокой надежностью, так как выход из строя любого отдельного фидера не нарушает питания остальных потребителей. В магистральной схеме распределения электроэнергии при повреждении отдельной магистрали электропитания лишается достаточно большая группа потребителей и исключается возможность централизованного управления питанием потребителей электроэнергии. Однако магистральная схема построения электрической сети имеет меньшую массу по сравнению с фидерной.
Различные силовые сети одного и того же судна могут иметь различные схемы распределения электроэнергии. Например, основная силовая сеть может строиться по фидерной или смешанной схеме, а сеть освещения - по магистральной схеме распределения электроэнергии.
Рис.1 Схемы построения электрических сетей (распределения электроэнергии)
а) магистральная схема распределения электроэнергии;
б) фидерная схема распределения электроэнергии;
в) смешанная схема распределения электроэнергии.