12

Калининградский государственный технический университет

СИЛОВАЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА

Рекомендовано УМО по образованию в области эксплуатации водного транспорта в качестве учебного пособия для студентов (курсантов) высших учебных заведений, обучающихся по направлению 658000 " Эксплуатация водного транспорта и транспортного оборудования " по специальности 240600 - Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики

Калининград

Издательство КГТУ

2004

УДК 629.12.066-83(075)

В пособии рассмотрены вопросы проектирования и применения устройств cиловой преобразовательной техники. Приведена методика расчета и выбора основных элементов силовой части управляемых выпрямителей и автономных инверторов.

АВТОР - Волков В.Е., доцент кафедры электрооборудования судов и электроэнергетики Калининградского государственного технического университета

Учебное пособие рассмотрено и одобрено кафедрой электрообору­дования судов и электроэнергетики Калининградского государственного технического университета

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Гнатюк В.И., профессор, доктор технических наук, профессор кафедры электрооборудования судов и электроэнергетики Калининградского государственного технического университета

Городнов В.И., доцент, кандидат технических наук, профессор кафедры электромеханики Калининградского пограничного института ФСБ РФ

Калининградский государственный технический университет, 2004

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы на рыбопромысловых и транспортных судах, плавучих буровых установках и паромах для управления судовыми механизмами и системами широкое применение получили полупроводниковые преобразователи электрической энергии. В зависимости от вида параметров на входе и выходе (род тока, величина напряжения и частоты) преобразовательные установки классифицируются на следующие группы:

• выпрямители,

• преобразователи частоты с промежуточным звеном выпрямления,

• непосредственные преобразователи частоты.

В настоящее время практически все электроэнергетические системы судов (СЭЭС) проектируются на переменном токе. Однако в то же время имеется

ряд потребителей электрической энергии, питание которых необходимо

осуществлять от источника постоянного тока. К ним относятся системы

возбуждения электрических машин, зарядки аккумуляторов, катодной защиты

судна, сварочные агрегаты, а также электроприводы (траловые и буксирные лебедки, грузоподъемные механизмы и другие), в которых требуется плавное регулирование частоты вращения в широком диапазоне. Поэтому наибольшее

применение на судах получили выпрямительные установки. К важнейшим

показателям, определяющим их эксплуатационные свойства и область

применения относятся:

• среднее значение и величина пульсаций выпрямленного напряжения;

• мощность силового трансформатора или коммутационного

дросселя;

• величина высших гармоник в цепи переменного тока и

коэффициент мощности.

Характеристики выпрямительных устройств существенным образом зависят

от схем выпрямления. Самые простые из них однофазные и трехфазные

нулевые обладают низкими технико-экономическими показателями и имеют ограниченное применение в установках малой мощности (система катодной

защиты судна, самовозбуждение генераторов). Широкое применение на судах

получили трехфазные мостовые и многофазные схемы. По сравнению с

однофазными и трехфазными нулевыми эти схемы имеют ряд преимуществ,

из которых основными являются меньшие величины пульсаций выпрямленного

напряжения и тока, лучшее использование трансформаторов и симметричная

загрузка фаз питающей сети.

Все рассмотренные схемы отличаются значительным содержанием высших гармоник в потребляемом из судовой сети токе. Снижение их величины

достигается применением многофазных и, в частности, двенадцатифазных

эквивалентных схем. Двенадцатифазный режим получается в схемах с

трансформаторами, имеющими две вторичные обмотки, каждая из которых питает свой выпрямительный мост. В судовых условиях трехфазные мосты включаются параллельно через уравнительный реактор. Большинство

потребителей электрической энергии чувствительны к пульсациям выпрямленного тока поэтому возникает необходимость дополнительного

включения в силовой цепи нагрузки сглаживающего дросселя.

Преобразователи частоты в основном применяются в регулируемых

электроприводах с асинхронными и синхронными двигателями, в том числе в гребных электрических установках (ГЭУ); системах стабилизации напряжения и частоты валогенераторов.

Применение на судах силовой преобразовательной техники (СПТ) позволило

существенно улучшить технико-экономические показатели электроприводов,

механизмов и систем. В то же время их работа в условиях соизмеримости

мощностей СЭЭС и потребителей электроэнергии имеет ряд специфических

особенностей. Во-первых, при глубоком регулировании выпрямленного

напряжения происходит значительное уменьшение коэффициента мощности

установки. Во-вторых, в зависимости от схемы выпрямления при работе преобразовательных устройств из сети потребляется несинусоидальный переменный ток, трапециидального или ступенчатого вида, и содержащий наряду с первой гармоникой высшие гармонические составляющие.

Порядок гармоник определяется выражением

n= кm ± 1,

где к = 1,2,3,4.5, ….

m- фазность пульсаций выпрямленного тока