RU2683042C1 - Ship electric power installation - Google Patents
Ship electric power installation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683042C1 RU2683042C1 RU2018123065A RU2018123065A RU2683042C1 RU 2683042 C1 RU2683042 C1 RU 2683042C1 RU 2018123065 A RU2018123065 A RU 2018123065A RU 2018123065 A RU2018123065 A RU 2018123065A RU 2683042 C1 RU2683042 C1 RU 2683042C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- star
- transformer
- rectifiers
- main
- triangle
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 title abstract description 8
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 50
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000010616 electrical installation Methods 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
- B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
- B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями.The invention relates to shipbuilding, in particular to electric power plants of ships with frequency converters and propeller motors.
Аналогом является, например, судовая электроэнергетическая установка (пат. ЕР 1641098 от 2006.03.29), содержащая двигатели внутреннего сгорания или турбины, вращающие роторы генераторов переменного тока, трехфазные обмотки статора которых подключены к трехфазной линии главного распределительного щита, к линии главного распределительного щита подключены первичные обмотки трансформаторов, а к вторичным обмоткам трансформаторов подключены входы преобразователей частоты, к выходам которых подключены гребные электродвигатели переменного тока.An analogue is, for example, a shipboard electric power plant (Pat. EP 1641098 dated 2006.03.29), containing internal combustion engines or turbines, rotating rotors of alternating current generators, the three-phase stator windings of which are connected to the three-phase line of the main distribution panel, and are connected to the line of the main distribution panel the primary windings of the transformers, and the inputs of the frequency converters are connected to the secondary windings of the transformers, to the outputs of which are connected alternating current electric motors.
Наиболее близким к предлагаемой судовой электроэнергетической установке является изобретение «Marine propulsion system with reduced on-board network distortion factor» (патент WO 02/100716 A1), содержащее главные дизели, вращающие роторы главных синхронных генераторов, выводы трехфазных обмоток статоров которых подключены через автоматические выключатели к трехфазной линии питания главного распределительного щита. К трехфазной линии главного распределительного щита через автоматический выключатель подключены первичные обмотки трехфазных трансформаторов. Каждый из трансформаторов имеет две вторичные трехфазные обмотки, при этом фазы одной вторичной обмотки соединены звездой, а фазы второй вторичной обмотки соединены треугольником. Вторичные обмотки трансформаторов подключаются к входам выпрямителей, входящих в состав преобразователей частоты. Выходы выпрямителей подключаются к входу автономного инвертора напряжения, также входящего в состав преобразователей частоты. Выход инвертора напряжения подключается к обмотке гребного электродвигателя, соединенного с гребным винтом. Остальные судовые потребители подключаются к вторичной обмотке трехфазных трансформаторов, а первичная обмотка этих трансформаторов подключается к линии главного распределительного щита.Closest to the proposed marine electric power plant is the invention “Marine propulsion system with reduced on-board network distortion factor” (patent WO 02/100716 A1), containing main diesel engines, rotating rotors of the main synchronous generators, the terminals of the three-phase windings of the stators of which are connected through circuit breakers to the three-phase power line of the main switchboard. The primary windings of three-phase transformers are connected to the three-phase line of the main switchboard through a circuit breaker. Each of the transformers has two secondary three-phase windings, while the phases of one secondary winding are connected by a star, and the phases of the second secondary winding are connected by a triangle. The secondary windings of the transformers are connected to the inputs of the rectifiers that are part of the frequency converters. The outputs of the rectifiers are connected to the input of an autonomous voltage inverter, which is also part of the frequency converters. The output of the voltage inverter is connected to the winding of the propeller motor connected to the propeller. The remaining ship consumers are connected to the secondary winding of three-phase transformers, and the primary winding of these transformers is connected to the main switchboard line.
В данной судовой электроэнергетической установке гребные электродвигатели и все остальные судовые потребители электроэнергии получают электроэнергию от одной и той же электростанции, что повышает надежность электроснабжения и живучесть судна. Благодаря получению с помощью трансформаторов двух систем трехфазных напряжений, смещенных на 30 электрических градусов в составе преобразователей частоты применены 12-пульсные выпрямители, повышающие качество напряжения на выходе автономных инверторов и значит КПД гребных электродвигателей. Однако в качестве автономных инверторов напряжения, в составе преобразователей частоты, используются двухуровневые автономные инверторы напряжения (трехфазные, мостовые), которые характеризуются значительными искажениями формы тока и напряжения на их выходе, что ведет к росту потерь в гребных электродвигателях, которые от них запитываются. Увеличение потерь в гребных электродвигателях ведет к росту их нагрева, снижению срока службы, а также к снижению КПД всей установки, а значит к увеличению расходов при эксплуатации судна.In this ship’s electric power plant, propeller motors and all other ship’s consumers of electric power receive electricity from the same power plant, which increases the reliability of power supply and survivability of the vessel. Due to the use of transformers of two three-phase voltage systems, offset by 30 electrical degrees in the composition of the frequency converters, 12-pulse rectifiers are used, which increase the quality of the voltage at the output of autonomous inverters and therefore the efficiency of the propeller motors. However, as autonomous voltage inverters, as part of frequency converters, two-level autonomous voltage inverters (three-phase, bridge) are used, which are characterized by significant distortions of the current shape and voltage at their output, which leads to an increase in losses in the propeller motors that are fed from them. The increase in losses in the propeller motors leads to an increase in their heating, a decrease in the service life, as well as to a decrease in the efficiency of the entire installation, which means an increase in the costs of operating the vessel.
Предлагаемое изобретение позволит создать судовую электроэнергетическую установку с более высоким КПД.The present invention will allow to create a ship electric power plant with higher efficiency.
Это достигается тем, что в предлагаемой судовой электроэнергетической установке гребные электродвигатели питаются от трехуровневых автономных инверторов напряжения, которые входят в состав преобразователей частоты. Для работы трехуровневого автономного инвертора напряжения требуется два гальванически развязанных источника постоянного тока, в качестве которых, согласно изобретению, используются два 12-пульсных выпрямителя. Для работы каждого 12-пульсного выпрямителя требуется две гальванически развязанные системы трехфазных напряжений, имеющих сдвиг фаз в 30 электрических градусов, которые получены путем размещения двух вторичных обмоток, соединенных в звезду и треугольник, на соответствующем трансформаторе. Поэтому для работы двух 12-пульсных выпрямителей, от которых запитывается трехуровневый автономный инвертор напряжения, который питает гребной электродвигатель, на трансформаторе расположены 4-е вторичные обмотки, соединенные по схемам - звезда, треугольник, звезда, треугольник. Расположение 4-х вторичных обмоток на одном трансформаторе позволяет в большей степени компенсировать наличие гармоник, чем при использовании двух трансформаторов с двумя вторичными обмотками.This is achieved by the fact that in the proposed marine electric power plant, the propeller motors are powered by three-level autonomous voltage inverters, which are part of the frequency converters. For the operation of a three-level autonomous voltage inverter, two galvanically isolated DC sources are required, for which, according to the invention, two 12-pulse rectifiers are used. Each 12-pulse rectifier requires two galvanically isolated three-phase voltage systems having a phase shift of 30 electrical degrees, which are obtained by placing two secondary windings connected in a star and a triangle on the corresponding transformer. Therefore, for the operation of two 12-pulse rectifiers, from which a three-level autonomous voltage inverter, which feeds the propeller motor, is fed, there are 4 secondary windings on the transformer, connected according to the schemes - star, triangle, star, triangle. The location of 4 secondary windings on one transformer allows to compensate for the presence of harmonics to a greater extent than when using two transformers with two secondary windings.
Выполнение в судовой электроэнергетической установке преобразователей частоты с трехуровневым автономным инвертором напряжения и двумя 12-пульсными выпрямителями, а также трансформатора с 4-я вторичными обмотками, предназначенного для обеспечения работы двух 12-пульсных выпрямителей позволяет снизить потери в гребных электродвигателях и в целом повысить КПД судовой электроэнергетической установки.The implementation in the ship’s electric power plant of frequency converters with a three-level autonomous voltage inverter and two 12-pulse rectifiers, as well as a transformer with 4 secondary windings, designed to ensure the operation of two 12-pulse rectifiers, allows to reduce losses in the propeller motors and generally increase the efficiency of the ship electric power installation.
На чертеже показана структурная схема предлагаемой судовой электроэнергетической установки.The drawing shows a structural diagram of the proposed marine electrical installation.
В изображенной на фиг. 1 структурной схеме судовой электроэнергетической установки выходной вал 2 первого главного дизеля (или турбины) 1 соединен с ротором синхронного генератора 3, трехфазная обмотка которого, через автоматический выключатель 4 подключается к трехфазной линии 5 главного распределительного щита 6. Выходной вал 8 второго главного дизеля (или турбины) 7 соединен с ротором второго синхронного генератора 9, трехфазная обмотка которого, через автоматический выключатель 10 подключается к трехфазной линии 11 главного распределительного щита 6. Трехфазная линия 5 и трехфазная линия 11 могут быть соединены автоматическим выключателем 12.In the depicted in FIG. 1 structural diagram of a ship’s electric power plant, the
К трехфазной линии 5 с помощью автоматического выключателя 13 подключается первичная обмотка 15 трансформатора 14, соединенная звездой. Две вторичные обмотки 16 и 17, соединенные по схемам звезда и треугольник, трансформатора 14, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 22, а две вторичные обмотки 18 и 19, также соединенные по схемам звезда и треугольник, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 21. Выпрямленные напряжения с выпрямителей 21 и 22, входящих в состав преобразователя частоты 20, поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 23, к выходу которого подключен гребной электродвигатель 24, на валу которого установлен гребной винт 25.To the three-
К трехфазной линии 11 с помощью автоматического выключателя 26 подключается первичная обмотка 28 трансформатора 27, соединенная звездой. Две вторичные обмотки 29 и 30, соединенные по схемам звезда и треугольник, трансформатора 27, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 35, а две вторичные обмотки 31 и 32, также соединенные по схемам звезда и треугольник, подключаются к входам 12-пульсного выпрямителя 34. Выпрямленные напряжения с выпрямителей 34 и 35, входящих в состав преобразователя частоты 33, поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 36, к выходу которого подключен гребной электродвигатель 37, на валу которого установлен гребной винт 38.To the three-
К трехфазной линии 11 с помощью автоматического выключателя 39 подключается первичная обмотка 41 трансформатора 40, соединенная звездой. Вторичная обмотка 42 трансформатора 40, также соединенная звездой, с помощью автоматического выключателя 43 подключается к фидеру 44, питающего распределительные щиты судовых потребителей электроэнергии (не показаны на схеме).To the three-
Предлагаемая судовая электроэнергетическая установка работает следующим образом. После запуска главных дизелей 1 и 7, устройства регулирования напряжения и частоты синхронных генераторов 3 и 9 обеспечивают на выходе генераторов 3 и 9 номинальные напряжение и частоту. Затем автоматический выключатель 4 подключает трехфазную обмотку синхронного генератора 3 к линии 5, а автоматический выключатель 10 подключает обмотку синхронного генератора 9 к линии 11 главного распределительного щита 6. Перед включением автоматического выключателя 12 производится синхронизация синхронных генераторов 3 и 9. После включения автоматического выключателя 12 трехфазные линии 5 и 11 соединены и синхронные генераторы 3 и 9 будут работать параллельно.The proposed marine electrical installation works as follows. After starting the
При замыкании автоматического выключателя 13 к трехфазной линии 5 подключается первичная обмотка 15 трансформатора 14, соединенная звездой. Напряжения с вторичных обмоток 16 и 17 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 22, а напряжения с вторичных обмоток 18 и 19 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 21. Обязательным условием работы 12-пульсных выпрямителей 21 и 22 преобразователя частоты 20, является подключение к их входам двух систем, гальванически развязанных трехфазных напряжений, сдвинутых друг относительно друга на 30 электрических градусов, что достигается в данной установке, путем чередования схем соединения вторичных обмоток трансформатора 14. Выпрямленные напряжения с выходов выпрямителей 21 и 22 поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 23, и с выхода инвертора 23 управляемое переменное напряжение подается на гребной электродвигатель 24, вращающий винт 25.When the
Аналогичным образом будет работать вторая гребная установка. При замыкании автоматического выключателя 26 к трехфазной линии 11 подключается первичная обмотка 28 трансформатора 27, соединенная звездой. Напряжения с вторичных обмоток 29 и 30 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 35, а напряжения с вторичных обмоток 31 и 32 поступают на входы 12-пульсного выпрямителя 34. Обязательным условием работы 12-пульсных выпрямителей 34 и 35 преобразователя частоты 33, является подключение к их входам двух систем, гальванически развязанных трехфазных напряжений, сдвинутых друг относительно друга на 30 электрических градусов, что достигается в данной установке, путем чередования схем соединения вторичных обмоток трансформатора 27. Выпрямленные напряжения с выходов выпрямителей 34 и 35 поступают на входы трехуровневого автономного инвертора напряжения 36, и с выхода инвертора 36 управляемое переменное напряжение подается на гребной электродвигатель 37, вращающий винт 38.The second rowing unit will work in a similar way. When the
Для обеспечения электроэнергией остальных судовых потребителей к линии 11 главного распределительного щита 6 через автоматический выключатель 39 подключается первичная обмотка 41 трансформатора 40, соединенная звездой. Вторичная обмотка 42 трансформатора 40 также соединенная звездой через автоматический выключатель 43 подключается к фидеру 44, от которого питаются распределительные щиты судовых потребителей электроэнергии (не показаны на схеме).To provide electric power to the remaining ship consumers, the
Таким образом, в предлагаемой судовой электроэнергетической установке преобразователей частоты с трехуровневым автономным инвертором напряжения и двумя 12-пульсными выпрямителями, а также трансформатора с 4-я вторичными обмотками, предназначенного для обеспечения работы двух 12-пульсных выпрямителей позволяет снизить потери в гребных электродвигателях и в целом повысить КПД судовой электроэнергетической установки.Thus, in the proposed marine electric power installation of frequency converters with a three-level autonomous voltage inverter and two 12-pulse rectifiers, as well as a transformer with 4 secondary windings, designed to ensure the operation of two 12-pulse rectifiers, it allows to reduce losses in the propeller motors and in general increase the efficiency of the ship's electric power plant.
Показатели потерь в гребных электродвигателях и КПД судовой электроэнергетической установки могут быть дополнительно улучшены путем дальнейшего увеличения числа уровней у автономных инверторов напряжения, входящих в состав преобразователей частоты. Применение преобразователей частоты на базе четырехуровневого или пятиуровневого автономного инвертора напряжения позволяет в большей степени снизить потери в гребных электродвигателях и повысить КПД судовой электроэнергетической установки. Для обеспечения работы четырехуровневого автономного инвертора напряжения требуется три 12-пульсных выпрямителя, а для обеспечения работы трех 12-пульсных выпрямителей требуется трансформатор с 6-ю вторичными обмотками, соединенными по схемам - звезда, треугольник, звезда, треугольник, звезда, треугольник. Для обеспечения работы пятиуровневого автономного инвертора напряжения требуется четыре 12-пульсных выпрямителя, а для обеспечения работы четырех 12-пульсных выпрямителей требуется трансформатор с 8-ю вторичными обмотками, соединенными по схемам - звезда, треугольник, звезда, треугольник, звезда, треугольник, звезда, треугольник.The loss rates in the propeller motors and the efficiency of the ship’s electric power plant can be further improved by further increasing the number of levels of autonomous voltage inverters that are part of the frequency converters. The use of frequency converters based on a four-level or five-level autonomous voltage inverter allows to reduce to a greater extent the losses in the propeller motors and increase the efficiency of the ship’s electric power plant. To ensure the operation of a four-level autonomous voltage inverter, three 12-pulse rectifiers are required, and to ensure the operation of three 12-pulse rectifiers, a transformer with 6 secondary windings connected according to the schemes - star, triangle, star, triangle, star, triangle is required. To ensure the operation of a five-level autonomous voltage inverter, four 12-pulse rectifiers are required, and to ensure the operation of four 12-pulse rectifiers, a transformer with 8 secondary windings connected according to the schemes - star, triangle, star, triangle, star, triangle, star, triangle.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123065A RU2683042C1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Ship electric power installation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018123065A RU2683042C1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Ship electric power installation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2683042C1 true RU2683042C1 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018123065A RU2683042C1 (en) | 2018-06-25 | 2018-06-25 | Ship electric power installation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2683042C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716891C1 (en) * | 2019-09-16 | 2020-03-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Ship electric power plant |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001000485A1 (en) * | 1999-06-24 | 2001-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Propelling and driving system for boats |
| WO2002100716A1 (en) * | 2001-06-11 | 2002-12-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Marine propulsion system with reduced on-board network distortion factor |
| RU2436708C1 (en) * | 2010-09-20 | 2011-12-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Ship electric power generator unit |
| RU2529090C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" | Ship electric power plant |
-
2018
- 2018-06-25 RU RU2018123065A patent/RU2683042C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001000485A1 (en) * | 1999-06-24 | 2001-01-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Propelling and driving system for boats |
| WO2002100716A1 (en) * | 2001-06-11 | 2002-12-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Marine propulsion system with reduced on-board network distortion factor |
| RU2436708C1 (en) * | 2010-09-20 | 2011-12-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Ship electric power generator unit |
| RU2529090C1 (en) * | 2013-03-27 | 2014-09-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" | Ship electric power plant |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716891C1 (en) * | 2019-09-16 | 2020-03-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Ship electric power plant |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2436708C1 (en) | Ship electric power generator unit | |
| RU2458819C1 (en) | Ship electric power plant (versions) | |
| RU2529090C1 (en) | Ship electric power plant | |
| RU2551411C2 (en) | Power distribution system | |
| US7576443B2 (en) | Method and apparatus for generating electric power | |
| US6150731A (en) | Integrated high frequency marine power distribution arrangement with transformerless high voltage variable speed drive | |
| US9941772B2 (en) | Marine propulsion systems | |
| US9075593B2 (en) | Multiple voltage generator and voltage regulation methodology for power dense integrated power systems | |
| RU185666U1 (en) | MULTI-PHASE VESSEL ELECTRIC MOVEMENT SYSTEM | |
| JP2000217275A (en) | Centralized power feeding apparatus for ship | |
| RU157368U1 (en) | VEHICLE MOTION SYSTEM | |
| RU2521883C1 (en) | Marine electric power plant | |
| RU2683042C1 (en) | Ship electric power installation | |
| RU2733179C1 (en) | Ship electric power plant (embodiments) | |
| RU2692980C1 (en) | Ship electric power plant | |
| RU2658759C1 (en) | Propulsion electric power plant | |
| RU2716891C1 (en) | Ship electric power plant | |
| RU2709983C2 (en) | Ship electric power plant | |
| RU132774U1 (en) | SHIP ELECTRIC POWER PLANT | |
| RU2735189C2 (en) | Propulsion plant with cascade electric converter | |
| RU2765022C1 (en) | Electric propulsion installation with double dc buses | |
| RU2544029C2 (en) | Ship electric power plant | |
| RU2713488C1 (en) | Propellant electrical installation | |
| RU2575366C1 (en) | Marine electric power plant | |
| JP2018026902A (en) | Power distribution system |