С двигателями постоянного тока

Функциональная схема гребного электропривода с ДПТ по типу Г-Д приведена на рис.4.11. Гребной ДПТ получает питание типу "источник тока – двигатель". Эта схема питания является наиболее распространенной и ее достоинство состоит в том, что регулирование частоты вращения ГЭД является двух контурным с подчиненным контуром тока, благодаря чему регуляторы не содержат Д-части, что является залогом помехозащищенности системы управления электропривода.

Рисунок 4.11 - Функциональная схема ГЭУ с ДПТ по типу Г-Д

 

Подчиненный контур тока призван поддерживать постоянным ток якоря i_Я в силовой цепи схемы. Контур содержит регулятор тока РТ, входным сигналом которого является сигнал ошибки ε_Т регулируемого тока i_Я, управляемый выпрямитель УВГ, обеспечивающий ток i_ВГ в обмотке возбуждения генератора (ОВГ). Генератор приводится во вращение приводным двигателем ПД (дизелем).

Основной контур скорости (внешний по отношению к токовому) обеспечивает поддержание постоянства частоты вращения ω_Д ГЭД. Контур содержит регулятор скорости РС (частоты вращения ω_Д), входным сигналом которого является сигнал ошибки ε_С регулируемой частоты ω_Д, управляемый выпрямитель УВД, обеспечивающий ток i_ВД в обмотке возбуждения двигателя (ОВД).

Если в схеме применены ПИ-регуляторы тока и скорости, то она описывается системой уравнений

(4.18)

где Ф (i_ВГ) и Ф (i_ВД) – функции характеристик намагничивания обмоток возбуждения генератора и двигателя;

Т_ИТ, Т_ИС и k_ПТ, k_ПС – постоянные времени И-части и коэффициенты передачи П-части ПИ-регуляторов тока и скорости.

Система (4.18) нелинейная и не может быть решена аналитически.

Для составления уравнений механики используем схему приложения сил и моментов, приведенную на рис.4.12. Гребной электродвигатель развивает вращающий момент М, а винт оказывает ему момент сопротивления М_СВ. Движущая сила винта F_УП через вал прикладывается к упорному подшипнику. Судно движется со скоростью v_C и при движении преодолевает силу сопротивления F_СС воды. Сила F_СС пропорциональна квадрату скорости v_C.

Рисунок 4.12 - Схема приложения сил и моментов на элементы судна с гребным электрическим двигателем

 

Момент упора винта М_УП нелинейно зависит не только от частоты вращения ω_Д, но и от скорости v_C движения судна (рис.4.13).

 

Рисунок 4.13 - Нагрузочные характеристики гребного винта при различных скоростях движения ν_с при переднем ходе (а)и при реверсе судна (б) (в о.е.)

 

В режимах разгона и торможения судна на переднем ходу момент упора гребного винта аппроксимируется выражением

, (4.19)

где k_Ш – коэффициент момента в швартовном режиме (0<k_Ш<1).

Так как момент упора винта зависит от ω_Д и v_C, то уравнений механики будет два:

(4.20)

где т – масса судна;

F_УП – сила в упорном подшипнике, равная тяговой силе винта,

(4.21)

В целом математическая модель гребной электрической установки является нелинейной и описывается системами дифференциальных уравнений (4.18) и (4.20). Порядок этой системы – седьмой.

Вопросы для самоконтроля

1. Поясните состав и взаимодействие элементов функциональной схемы ГЭУ с ДПТ по типу Г-Д.

2. Составьте уравнения. описывающие функциональную схему ГЭУ с ДПТ.

3. Поясните схему приложения сил и моментов судна с гребным электродвигателем.

4. Составьте уравнения механики гребной электрической установки.

 

Литература [1-9]