Современные и перспективные алгоритмы управления гребными синхронными электродвигателями Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

А.Н. Богданов1, 2, А.И. Ивановский2, 3, П.В. Адамович2, 4

1 Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО), Санкт-Петербург, Россия

2 АО «Новая ЭРА», Санкт-Петербург, Россия

3 Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, Санкт-Петербург, Россия

4 Санкт-Петербургский Государственный университет морского и речного флота имени С.О. Макарова, Санкт-Петербург, Россия

СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГРЕБНЫМИ СИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМИ

Объект и цель научной работы. Объектом исследования является синхронный привод гребной установки для судов гражданского флота. Целью сравнительного анализа является снабжение проектанта судна или системы электродвижения количественными данными для принятия технического решения о типе применяемого преобразователя частоты.

Материалы и методы. В процессе работы проводился анализ существующих гребных электроприводов с синхронными двигателями, рассматривались схемы перспективных преобразователей частоты для синхронных приводов.

Основные результаты. Произведен анализ особенностей эксплуатации судов гражданского флота различных типов, по результатам которого были определены и систематизированы технические требования, предъявляемые к их главной энергетической установке (ГЭУ). Предложен ряд функциональных схем гребных электроприводов на основе синхронных двигателей, предназначаемых для ГЭУ судов гражданского флота различных типов. Разработаны алгоритмы управления синхронными двигателями к предложенным схемотехническим решениям. В пакете Simulink реализованы их структурные модели.

В результате были определены области рационального применения предлагаемых функциональных схем построения гребных электроприводов в зависимости от мощности ГЭУ, уровня напряжения судовой сети, а также в зависимости от технических требований, предъявляемых к электроприводам.

Заключение. Рассмотренные технические решения пользуются заслуженной популярностью среди отечественных и зарубежных производителей электроприводов морского назначения, так как обеспечивают глубокое регулирование скорости, хорошую управляемость, динамику и высокую перегрузочную способность, следовательно, могут быть использованы для реализации всех требуемых режимов работы современных ГЭУ.

Ключевые слова: гребные электрические установки, синхронный электропривод, преобразователи частоты, алгоритмы управления, синхронный двигатель.

Авторы заявляют об отсутствии возможных конфликтов интересов.

Для цитирования: Богданов А.Н., Ивановский А.И., Адамович П.В. Современные и перспективные алгоритмы управления гребными синхронными электродвигателями. Труды Крыловского государственного научного центра. 2017; 4(382): 103-112.

УДК 629.5.035:62-83 DOI: 10.24937/2542-2324-2017-4-382-103-112

1 о о о о л

A. Bogdanov , , A. Ivanovsky , , P. Adamovich ,

1 ITMO University, St. Petersburg, Russia

2 JSC NE, St. Petersburg, Russia

3 Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University, St. Petersburg, Russia

4 Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping, St. Petersburg, Russia

MODERN AND ADVANCED CONTROL ALGORITHMS FOR SYNCHRONOUS PROPULSION MOTORS

Object and purpose of research. The object of this study is synchronous propulsion drive for commercial ships. The purpose of this comparative analysis is to provide designer of ship or her electric propulsion system with the quantitative data needed for decision making on the type of the frequency converter to be adopted.

Materials and methods. The study analyses existing electric propulsion drives with synchronous motors and investigated advanced frequency converter designs for synchronous drives.

Main results. The paper analyses operation specifics of various commercial ships to define and systematize technical requirements stated to their main power plants. The paper suggests a number of functional charts for the propulsion drives based on synchronous motors and intended for application in power plants of various commercial ships. Control algorithms for synchronous motors were developed with respect to suggested design solutions. Simulink package implements their generalized models.

As a result, optimal application areas were defined for the suggested functional charts of electric propulsion drives, depending on the power plant output, voltage of the ship network, as well as depending on the technical requirements stated to electric drives.

Conclusion. The technical solutions investigated in this paper are rightfully popular with Russian and foreign makers of marine electric drives because they offer deep speed regulation, good maneuverability, dynamics and high overload capacity, so they can be used in all required operational conditions of modern propulsion plants.

Key words: electric propulsion plants, synchronous motor, frequency converters, control algorithms, synchronous motor. Authors declare lack of the possible conflicts of interests.

For citations: Bogdanov A., Ivanovsky A., Adamovich P. Modern and advanced control algorithms for synchronous propulsion motors. Transactions of the Krylov State Research Centre. 2017; 4(382): 103-112 (in Russian).

УДК 629.5.035:62-83 DOI: 10.24937/2542-2324-2017-4-382-103-112

Статья посвящена анализу существующих схем и алгоритмов управления электроприводами для ГЭУ напряжением до 6 кВ для гражданского флота на основе синхронных двигателей с целью определения областей рационального применения.

В настоящее время электродвижение активно внедряется в гражданском флоте на судах, режимы работы которых имеют специфические особенности, такие как длительная работа на пониженной мощности, продолжительные стоянки или частая работа на малых ходах с одновременным действием производственных механизмов большой мощности, резко изменяющиеся условия плавания, а также высокие требования по динамике, маневренности и экономичности [3]. Поэтому на данный момент все основные виды судов (пассажирские суда, ледоколы, паромы, буксиры, научно-исследовательские суда, суда технического флота) требуют включения в свой состав гребного регулируемого электропривода. Исключение составляют лишь грузовые суда, так как основной режим их работы - это движение с постоянной скоростью, и наличие частотного преобразователя только уменьшит общую эффективность системы [13].

Существующие методы управления синхронными двигателями обеспечивают глубокое регулирование скорости, хорошую управляемость, динамику и высокую перегрузочную способность, следовательно, могут быть использованы для реализации всех требуемых режимов работы ГЭУ. Однако их использование сопряжено с рядом особенностей, которые необходимо учитывать при проектировании.

Причины применения синхронных двигателей

Reasons for applying synchronous motors

Анализ технической литературы [3-5], посвященной вопросам автоматизированного регулируемого электропривода, позволяет сделать следующие общие заключения.

Применение электроприводов на основе синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением экономически оправдано для мощностей свыше 3 МВт [8, 20, 24]. Несмотря на то, что наличие скользящих колец увеличивает стоимость дальнейшего обслуживания, синхронный двигатель имеет больший воздушный зазор (улучшает надежность при эксплуатации), а также больший коэффициент мощности и коэффициент полезного действия по сравнению с асинхронным двигателем аналогичной мощности [13].

В синхронных электроприводах меньшей мощности целесообразно применять двигатели с возбуждением от постоянных магнитов [21, 23].

Благодаря замене электромагнитного возбуждения на возбуждение от постоянных магнитов исключаются потери на возбуждение, рассеиваемые в двигателе, что снижает общий его нагрев. Это дает возможность увеличивать ток статора, а следовательно, и электромагнитный момент двигателя при тех же его размерах [27].

При установке достаточно мощных постоянных магнитов с незначительным размагничиванием обеспечивается независимость потока возбуждения от тока статора. Это позволяет получить двигатели

с большой перегрузочной способностью (до 10-кратных значений от номинального момента двигателя). Синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов могут иметь большое число пар полюсов (5-8) [23], что делает их использование в гребных электроприводах весьма актуальным.

Синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов имеют некоторые особенности. К числу основных из них следует отнести следующее.

В результате старения материала поле постоянных магнитов может ослабевать, что приводит к уменьшению электромагнитного момента, развиваемого двигателем.

При коротких замыканиях, возникающих в цепях статора, в обмотках статора возможны термические повреждения. Возможность их появления объясняется тем, что даже при отключенном статическом преобразователе частоты (СПЧ) продолжается подпитка короткозамкнутой обмотки током, наводящимся в ней, в результате вращения магнитов ротора [13, 14]. Таким образом, для главного электродвигателя (ГЭД) с возбуждением от постоянных магнитов необходим надежный отвод тепловых потерь в режиме короткого замыкания.

Опыт применения электроприводов для синхронных электродвигателей

Operation experience of electric drives for synchronous motors

Обращаясь к опыту зарубежных производителей регулируемых электроприводов [22, 25] на основе мощных синхронных двигателей, следует отметить, что последние отдают предпочтение преобразователям частоты с автономными инверторами напряжения. Причем в электроприводах мощностью от 3 до 5,6 МВт желательно используются СПЧ, рассчитанные на напряжение от 690 В до 3,3 кВ. В электроприводах мощностью более 5,6 МВт применяются преобразователи с напряжением от 3,3 до 6 кВ [12, 13]. При этом в целях уменьшения максимально напряжения на силовых ключах схемы преобразователей среднего напряжения, как правило, выполняются на основе многоуровневых инверторов [15].

Автономные инверторы тока требуют наличия управляемых выпрямителей с возможностью рекуперации энергии в сеть, что не всегда экономически оправдано. Кроме того, обязательным элементом таких преобразователей является силовой дроссель, присутствующий в звене постоянного тока, который обладает значительной индуктивностью, и, как след-

ствие этого, ухудшает массогабаритные и экономические показатели преобразователя частоты в целом.

В мощных электроприводах, получающих питание от сети с напряжением до 10 кВ, нашли применение СПЧ со звеном постоянного тока и многоуровневыми автономными инверторами напряжения, собранными из низковольтных ячеек. Отличительной особенностью этих преобразователей является последовательное соединение инверторов напряжения, что обеспечивает повышение выходного напряжения и улучшение показателей его качества [16].

Наряду с очевидными преимуществами [2], СПЧ с ячеечной структурой обладают и существенными недостатками. К числу основных следует отнести:

■ сложность изготовления и большую стоимость

многообмоточного трансформатора;

■ необходимость значительного усложнения схемы для реализации режимов торможения.

Фирма Siemens разрабатывает синхронные электроприводы на основе принципов векторного управления. Векторные системы управления осуществляет регулирование в осях ротора синхронного двигателя [9]. Эти системы управления применяются при высоких требованиях к динамике электропривода, широкому диапазону регулирования скорости, а также при высоких требованиях к его перегрузочной способности. Векторные системы управления используются в электроприводах на основе синхронных двигателей как с электромагнитным возбуждением, так и с возбуждением от постоянных магнитов.

Синхронные электроприводы с прямым управлением момента (Direct Torque Control - сокращенно DTC) применяется только фирмой ABB [26]. Такое управление позволяет быстро реагировать на изменение момента и скорости. При прямом управлении моментом в качестве основных регулируемых переменных используется магнитный поток статора и электромагнитный момент исполнительного двигателя. Оба эти физических параметра нельзя измерить напрямую. Поэтому они определяются на основании вычислений [7]. Основными недостатками системы управления с DTC являются большие, по сравнению с системами векторного управления, пульсации тока, и, следовательно, момента. Достоинство метода DTC заключается в наличии только одного регулятора, нуждающегося в настройке, а именно регулятора скорости. Релейные регуляторы, входящие в состав системы управления, настраиваются значительно проще, поскольку они определяют только частоту переключения ключей.

В дальнейшем приводятся наиболее рациональные функциональные схемы регулируемых элек-

троприводов на основе синхронных двигателеи переменного тока, которые целесообразно использовать в процессе проектирования ГЭУ для перспективных судов гражданского флота.

Гребной электропривод на основе вентильного главного электродвигателя с датчиком положения ротора

Electric propulsion drive based on brushless main motor with rotor position gauge

На рис. 1 представлена функциональная схема гребного электропривода на основе синхронного двигателя и системы управления, включающей в себя датчик положения ротора [6].

В соответствии с функциональной схемой в состав гребного электропривода входят: синхронный двигатель, М; управляемый выпрямитель, УВ; полупроводниковый коммутатор, ПК; тиристорный возбудитель, ТВ; датчик положения ротора, ДПР; датчик скорости, ДС;

система импульсно-фазового управления, СИФУ; система управления ключами полупроводникового коммутатора, СУ ПК. Рассматриваемый гребной электропривод представляет собой замкнутую систему автоматического регулирования с отрицательной обратной связью по скорости. Во всех режимах работы электропривода ГЭД работает при постоянстве магнитного потока,

Ua Ub Uc _

0 i? 0

создаваемого обмоткой ротора, которая получает питание от ТВ.

При переходе электропривода в режим торможения, который возникает в случаях, когда напряжение на входных клеммах ПК и, соответственно, на обкладках конденсатора С превышает напряжение на выходе УВ, последний закрывается.

В этом режиме периодически включается и выключается транзисторный ключ УБт, в результате чего энергия, запасенная в ГЭД, рассеивается на резисторе Rr. Интенсивность торможения зависит от величины сопротивления этого резистора.

Гребной электропривод, выполненный в соответствии с рассматриваемой функциональной схемой, целесообразно использовать в ГЭУ мощностью до 3,5 МВт и напряжением до 3000 В. Целесообразная область применения рассматриваемого гребного электропривода - это ГЭУ научно-исследовательских и круизных судов.

Электропривод на основе статического преобразователя частоты с активным выпрямителем и двухуровневым инвертором на IGBT-транзисторах

Electric drive based on static frequency converter with active rectifier and two-level inverter on IGBT-transistors

Функциональная схема электропривода показана на рис. 2. В режимах электрического торможении энергия, накопленная в ГЭД, возвращается в сеть

Рис. 1. Функциональная схема гребного электропривода на основе синхронного гребного электродвигателя, работающего в режиме вентильной машины

Fig. 1. Functional chart of electric propulsion drive based on synchronous propulsion motor working as brushless machine

Рис. 2. Функциональная схема гребного электропривода

Fig. 2. Functional chart of electric propulsion drive

UA-UB-Uc-

Кв1 КвЗ к-5.

J W

Др *sa

Др 'Uab ïsb^

Др ■Ubc *sc

Кв2 Кв4 Квб

H

Uo-

Isa "" isb " *sc ""

Uab" Ubc"

Векторная система управления выпрямителем

-Кв1 -Кв2 -Кв3

-Кв4 Ida

-Кв5 idb

-Квб Idc

Ки1 Ки2 Ки3 Ки4 Ки5 Ки6

посредством входного инвертора. При невозможности сети принять энергию торможения, последняя рассеивается на тормозном резисторе, подключаемом ключом Кт.

Схема системы управления активным выпрямителем представлена на рис. 3. На схему приходят сигналы с датчиков тока и напряжения. Система управления построена по векторному принципу с ориентацией на вектор напряжения [9]. Она со-

держит контур активного тока подчиненного контуру регулирования напряжения.

Схема системы управления приводом представлена на рис. 4. В системе управления, построенной по векторному принципу, регулирование переменных осуществляется в синхронно вращающейся системе координат, жестко связанной с осями ё, ц ротора.

Для оптимального использования габаритной мощности двигателя необходимо поддерживать

Рис. 3. Схема системы управления активным выпрямителем

Fig. 3. Layout of active rectifier control system

^sa

Isb Isc

Uab-Ubc*"

-Кт

Ud Кв1

e-J5 м td о K ^ т н Кв2 Кв3

Uq , та д; Кв4 Кв5

-»►Квб

Рис. 4. Схема системы

управления

электроприводом

Fig. 4. Layout of electric drive control system

Ida •-Idb •Idc •-

EDtD^CMElH

3^-2

e)°r

Uq Ua

е о

»мпенсащ рекрестн! связей Ud e-JOr U, SV PWM

х *

-Ки1 -Ки2 -Ки3 -Ки4 - Ки5 -Киб

z •

I

dz

I

q

I

потокосцепление статора на номинальном уровне, и обеспечить работу двигателя с коэффициентом мощности, равным единице.

Гребной электропривод, выполненный в соответствии с рассматриваемой функциональной схемой, целесообразно использовать в ГЭУ с мощностью ГЭД до 3,5 МВт и напряжением до 3000 В. В таких электроприводах в качестве ГЭД могут использоваться синхронные двигатели как с электромагнитным возбуждением, так и с возбуждением от постоянных магнитов. Гребные электроприводы, построенные по такой схеме, обладают высоким быстродействием, и смогут обеспечивать высокую маневренность судна, в составе ГЭУ которого они используются. Область их рационального применения - это ГЭУ буксирных судов, паромов.

Электропривод на основе статического преобразователя частоты с 12-пульсным выпрямителем и трехуровневым инвертором напряжения

Electric drive based on static frequency converter with 12-pulse rectifier and three-level voltage inverter

СПЧ, предназначенные для использования в составе гребных электроприводов мощностью от 3 до

27 МВт и напряжением судовой сети до 6 кВ, должны быть выполнены на полностью управляемых тиристорах типа ЮСТ [19]. Эти тиристоры рассчитаны на высокие рабочие напряжения, обладают низкими потерями и не требуют интенсивного охлаждения. Использование в СПЧ трехуровневых инверторов напряжения позволяет повысить выпрямленное напряжение в звене постоянного тока.

Функциональная схема рассматриваемого гребного электропривода приведена на рис. 5. Такое включение существенно уменьшает искажения синусоидальности напряжения судовой сети, возникающие при работе СПЧ. Средняя точка диодных выпрямителей не соединена со средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока. Для выравнивания напряжений на конденсаторах и организации режима электродинамического торможения служат ключи Кт1 и Кт2, соединенные последовательно с резисторами Ыт1 и Ыт2. Рассматриваемый электропривод содержит наблюдатель координат и не имеет датчиков механических величин.

При частых реверсах и непрерывном регулировании скорости возникает необходимость рекуперирования энергии, запасенной в ГЭД, в судовую сеть. В целях реализации такой возможности неуправляемые диодные выпрямители заменяются активным выпрямителем.

Ки1

Ки5 — Ки9

A B

C

Тр

Z

_VZÏ

Rt2

Uo1 Uo2

Idb

Idc

Наблюдатель координат

^__^ Вычисление , I ^

Вычисление Iq2

Id

Вычисление

Ud, Uq

Ud U

UaH]U£

2»-3

Ки1...Ки12

. Ки1 . Ки2 . Ки3

- Ки4

- Ки5

- Ки6

- Ки7

- Ки8

- Ки9

• Ки10

• Ки11

• Ки12

Блок торможения

- Кт1 ■ Кт2

Рис. 5. Функциональная схема гребного электропривода с трехуровневым тиристорным инвертором напряжения

Fig. 5. Functional chart of the propulsion drive with three-level thyristor-based voltage inverter

a

PWM

I

q

2

Рис. 6. Функциональная схема гребного электропривода с трехуровневым тиристорным инвертором напряжения и активным выпрямителем

Fig. 6. Functional chart the propulsion drive with three-level thyristor-based voltage inverter and active rectifier

A

Uz

Uo1 < Uo2 < Uab < Ubc. Isa < Isb . Isc «

Блок управления выпрямителем

Кв1...Кв12

Uo1 ■ Uo2 Ida , Idb , Idc

Блок управления инвертором

Кт1 Кт2 Ки1...Ки12

B

C

Функциональная схема гребного электропривода с активным выпрямителем приведена на рис. 6. Активный выпрямитель выполнен на тиристорах типа IGCT по трехуровневой схеме.

Гребные электроприводы, построенные в соответствии с функциональными схемами, приведенными на рис. 5 и 6, обладают хорошими динамическими свойствами, достаточно большой мощностью и могут быть рекомендованы для круизных судов, крупнотоннажных судов неограниченного плавания.

Гребной электропривод на основе синхронного главного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов

Electric propulsion drive based on synchronous main motor with excitation from constant magnets

На рис. 7 представлена функциональная схема гребного электропривода с векторной системой управления. Активный выпрямитель, входящий в состав электропривода, аналогичен выпрямителю, представленному на рис. 2. Система его управления также не отличается от системы управления, приведенной на рис. 3. Система управления синхронным двигателем с постоянными магнитами построена по векторной схеме [11], которая аналогична схеме, представленной на рис. 4. Отличие заключается в расчетных формулах для вычислений заданий по токам Isd, Ц.

Гребной электроприводы на основе синхронного главного электродвигателя с прямым управлением момента

Electric propulsion drive based on synchronous main motor with direct torque control

Метод прямого управления моментом и потоком статора впервые был предложен Takahashi и Noguchi [17] для асинхронного привода. Впоследствии этот метод был применен для управления синхронным двигателем.

Среди всех стратегий управления, основанных на потоке статора, DTC-метод имеет очень простую схему управления. В принципе DTC - гистерезисное управление потоком статора и электромагнитным моментом, при этом система управления непосредственно выбирает один из шести ненулевых и двух нулевых дискретных векторов напряжения инвертора. Для синхронного двигателя нулевые векторы не используются, благодаря чему можно получить наибольшее быстродействие системы. Использование этого принципа позволяет управлять потоком и электромагнитным моментом без применения координатных преобразований. Выбор соответствующего вектора напряжения основан на простой таблице коммутации. Однако наличие гистерезисных регуляторов приводит к переменной частоте переключений ключей инвертора и колебаниям момента. Ширина петли гистерезисных регуляторов влияет на амплитуду колебаний момента и частоту переключений

Кв1|квз]кв51

т т

UA -UB-UC-Uo-

Isa -isb -

!sc

Uab-Ubc"

Uo ( Ida ( Idb t

Idc '

Др

Др J Uab isb

Др }Ubc isc

Блок управ. выпрям.

Кв2

:КВ2л

-КвЗ - Кв4 ■ Кв5 • Кв6

Кв4

J

Кв6

Jl

Кт,

Ки1| Киз| Ки5|

X

Rt

ida

о idb

idc

2 Ки4 Ки6

PMSM

Наблюдатель координат

Вычисление . ^ 11 I w

4- -Iqz

Вычисление Iqz

Вычисление Ud, Uq

Ud_,U,

2»~з

SV PWM

Ки1...Ки6

Блок торможения

■ Кт1

Рис. 7. Функциональная схема электропривода с векторным управлением с возбуждением от постоянных магнитов

Fig. 7. Functional chart of the vector-control electric drive with excitation from constant magnets

Ки1 Ки2 КиЗ ■ Ки4 Ки5 Ки6

ключей инвертора. Функциональная схема привода с БТС на основе синхронного двигателя с постоянными магнитами приведена на рис. 8.

В регуляторе скорости сравниваются заданная частота вращения ротора и расчетная, и формируется задание на электромагнитный момент. В регуляторе скорости производится ограничение величины электромагнитного момента.

В релейных регуляторах момента и потокос-цепления сравниваются заданные значения регулируемых величин с вычисленными и формируются логические сигналы для блока выбора вектора напряжения, в котором и формируются сигналы управления ключами инвертора. Эффективность такого алгоритма управления очень высока, так как релейные регуляторы имеют самое высокое

UA-UB-Uc-Ц,н

isa -5 isb J isc ' UabH Ubc-

Кв1

^Кв^К

Кв5

Др isa

Др . Uab isb

Др . Ubc isc

Кв2 Кв4 Кв6

Блок управ. выпрям.

Кт,

X

Rt

Ки1| КиЗ| Ки5|

idb_

2 Ки4 Ки6 idc

Pc Mz

PMSM

Ц,'

Ida • Idb> Idc '

Ки1 Ки2 ■ КиЗ . Ки4 Ки5 Ки6

Рис. 8. Функциональная схема электропривода с DTC на основе синхронного двигателя с постоянными магнитами

Fig. 8. Functional chart of the electric drive with DTC based on synchronous motor with constant magnets

sa

С

U

U

U

q

1

d

I

q

z

С

Таблица. Области применения синхронных гребных электроприводов

Table. Application areas of synchronous electric propulsion drives

Единичная мощность ГЭД, МВт

Тип судна

(вид характеристики гребных винтов ГЭУ)

До 3,5

Свыше 3,5

Линейное напряжение ГЭД, кВ

0,4 3,0 6,0 0,4 3,0 6,0

Пассажирские, промысловые, научно-исследовательские суда (ход в свободной воде) I, II I, II III, IV III, IV III, IV III, IV

Буксиры, паромы (буксировочная) I, II I,II III III III III

Ледоколы, транспортные суда, буксиры и паромы ледового плавания (ледовая) III, V III, V III, V III, V III, V III, V

Суда технического флота: земснарялы, плавкраны, кабелеукладчики, пожарные суда I, II I, II II III, IV III, IV III, IV

быстродействие и не накапливают ошибок рассогласования.

Гребной электропривод с БТО обладает хорошими динамическими свойствами и может быть рекомендован для использования в ГЭУ буксирных и ледокольных судов, паромов. Также возможна установка этих электроприводов на плавучих буровых платформах с позиционированием с помощью ГЭУ.

Заключение

Сопс^эюп

Подводя итог, можно рекомендовать области рационального применения гребных электроприводов на основе синхронных двигателей, выполненных в соответствии с функциональными схемами, рассмотренными выше. Эти области определяются единичными мощностями ГЭД, уровнями напряжений, а также типом механических характеристик гребных винтов ГЭУ [1, 3, 4], зависящих от режимов работы и условий плавания судов гражданского флота различного назначения. В целях удобства эти рекомендации сведены в таблице.

Вариантам гребных электроприводов, указанных в таблице, присвоены следующие номера:

I - электропривод на основе вентильного ГЭД

с датчиком положения ротора;

II - электропривод на основе СПЧ с активным вы-

прямителем и двухуровневым автономным инвертором напряжения на ЮБТ-транзисторах;

III - электропривод на основе СПЧ с 12-пульсными

выпрямителями и трехуровневыми автономными инверторами напряжения;

IV - электропривод на основе синхронного ГЭД

с возбуждением от постоянных магнитов;

V - электропривод на основе синхронного ГЭД

с прямым управлением момента.

Библиографический список

References

1. Акулов Ю.И. Гребные электрические установки. М.: Транспорт, 1972. [Yu. Akulov. Electric propulsion plants. Moscow: Transport, 1972. (in Russian)].

2. АнучинА.С. Системы управления электроприводов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015. [A. Anuchin. Control systems for electric drives. Moscow: Publishing House of Moscow Power Engineering Institute, 2015. (in Russian)].

3. Дареньков А.Б., Мирясов ГМ, Титов В.Г., Охотников М.Н., Умяров Д.В. Гребные электрические установки. Нижний Новгород: Издательство Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), 2014. [A. Darenkov, G. Miryasov, V. Titov, M. Okhotnikov, D. Umyarov. Electric propulsion plants. Nizhny Novgorod: Publishing House of Nizhny Novgorod State Technical University (NSTU) named after R.E. Alekseev, 2014. (in Russian)].

4. Сержантов ВВ., Спешилов В.С. Гребные электрические установки. Л.: Судостроение, 1970. [V. Ser-zhantov, V. Speshilov. Electric propulsion plants. Leningrad: Sudostroyeniye, 1970. (in Russian)].

5. Пронин М.В., Воронцов А.Г., Калачиков ПН., Емельянов А.П. Электроприводы и системы с электрическими машинами и полупроводниковыми преобразователями (моделирование, расчет применение). СПб.: Электросила, 2004. [M. Pronin, A. Vorontsov, P. Kala-chikov, A. Yemelyanov. Electric drives and systems with electric machines and semiconductor-based converters: modeling, calculation, applications. St. Petersburg: Elektrosila, 2004. (in Russian)].

6. Слежановский О.В., Дацковский ЛХ., Кузнецов И.С. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. М.: Энергоатомиздат, 1983.

[O. Slezhanovsky, L. Datskovsky, I. Kuznetsov et al. Slave regulation systems for DC electric drives with brushless converters. Moscow: Energoatomizdat, 1983. (in Russian)].

7. French C, Acarnley P. Direct torque control of permanent magnet drive // inlEEE Ind. Applicat. Society Annu. Meet. 1995: 199-206.

8. Parasiliti F, Bertoldi P. Energy efficiency in motor driven systems. London: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2003.

9. JovanovicM.G., BetzR.tE, PlattD. Sensorless vector controller for a synchronous reluctance motor // IEEE Transactions on Industry Applications. 1998; 34(2): 346-54.

10. Kirtley J.L., Banerjee A., Engelbretson S. Motors for ship propulsion // Proc. IEEE. 2015; 103(12):2320-32.

11. Jones L., Lang J. A state observer for the permanent magnet synchronous motor // IEEE Trans. Ind. Electron. 1989; 36(3): 374-82.

12. Bergh L., Hellden U. Electrical systems in pod propulsion // Master of Science Thesis. Goteborg: Chalmers University of technology, 2007.

13. Makund R.Patel. Shipboard Propulsion // Power Electronics and Ocean Energy. Boca Raton, Taylor&Francis Group, LLC, 2012.

14. Lindegger M. Economic viability, applications and limits of efficient permanent magnet motors. Switzerland: Swiss Federal Office of Energy, 2009.

15. BimalK.Bose, Modern Power electronics and AC Drives. Pretence-Hall, Inc. 2002

16. Ogasawara Satoshi, Akagi Hirofumi, Nabae Akira. A novel PWM scheme of Voltage Source Inverters based on Space Vector Theory. EPE Aachen, 1989.

17. TakahashiI., Noguchi T. A new quick-response and high efficiency control strategy of an induction machine // IEEE Trans. on Industry Applications. 1986; 22(5): 820-7.

18. Pankaj Prabhakar Pandit. Modeling and analysis of active front-end induction motor drive for reactive power compensation // Master's Thesis. University of Tennessee, 2005.

19. Clausen Т., Backlund B. High Power IGCT Switches -State-Of-The-Art and Future. Iss. 3. Power Electronic Europe, 2011.

20. Motor for applications with highest power and torque [Электрон. ресурс] / Сайт компании Siemens. URL: https://w3.siemens.com/drives/global/en/motor/high-voltage-motors/synchronous-motors/Pages/synchronous-motors.aspx

21. Three-phase synchronous motors based on permanent magnet technology. Catalog D86.2. Siemens, 2007.

22. SINAMICS medium voltage drives - the optimal drive for every application Web-site of Siemens. URL: https: //www.industry.siemens.com/drives/global/en/converter/ mv-drives/Pages/medium-voltage-converters.aspx.

23. Permanent magnet motors. Web-site of ABB. URL: shttp://new.abb.com/motors-generators/iec-low-voltage-motors/frequency-controlled-motors/permanent-magnet-motors

24. Synchronous propulsion motors, ABB, Product note.

25. ABB drives for marine. Medium voltage drives for reliable and efficient operations at sea. Industry brochure. ABB, 2011.

26. DTC. A motor control technique for all seasons. ABB. White paper.

27. Технические преимущества приводов на основе вентильных двигателей [Электрон. ресурс] / Сайт ОАО «Научно-производственное объединение «Русский электропривод». URL: http://ruselprivod.ru/en/ efficiency/technical_efficiency/ [Technical advantages of drives based on brushless motors. Web-site of JSC OJSC "Research and Production Association Russian Electric Drive. (in Russian)].

Сведения об авторах

Богданов Андрей Николаевич, инженер-конструктор АО «Новая ЭРА». 195248, Россия, Санкт-Петербург, ул. Партизанская, д. 21. Телефон: +7 (921) 567-15-63; e-mail: [email protected]. Ивановский Александр Игоревич, начальник сектора АО «Новая ЭРА». 195248, Россия, Санкт-Петербург, ул. Партизанская, д. 21. Телефон: +7 (921) 422-85-31; e-mail: [email protected]. Адамович Павел Владимирович, инженер-конструктор АО «Новая ЭРА». 195248, Россия, Санкт-Петербург, ул. Партизанская, д. 21. Телефон: +7 (951) 683-20-81; e-mail: pavel.adamovich@newelectro .ru.

About the authors

Bogdanov, Andrey N., Design Engineer, JSC NE, address: 21, Partizanskaya st., St. Petersburg, Russia, post code 195248, Tel.: +7 (921) 567-15-63; e-mail: [email protected].

Ivanovsky, Aleksandr I., Head of Sector, JSC NE, address: 21, Partizanskaya st., St. Petersburg, Russia, post code 195248, Tel.: +7 (921) 422-85-31; e-mail: [email protected].

Adamovich, Pavel V., Design Engineer, JSC NE, address: 21, Partizanskaya st., St. Petersburg, Russia, post code 195248. Tel.: +7 (951) 683-20-81; e-mail: [email protected].

Поступила / Received: 21.02.16 Принята в печать / Accepted: 26.07.17 © Коллектив авторов, 2017