Судовая пропульсивная гибридная установка Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.3

О.С. Хватов, доктор технических наук, зав. кафедрой, ФБОУВПО «ВГАВТ» И.А. Тарпанов, канд. технических наук, ст. преподаватель, ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а

СУДОВАЯ ПРОПУЛЬСИВНАЯ ГИБРИДНАЯ УСТАНОВКА

В статье рассматриваются судовые гибридные установки, способные работать как

в двигательном, так и в генераторном режимах.

Ключевые слова: судовая, гибридная, пропульсивная, валогенератор.

Судовая пропульсивная гибридная установка создаётся путём объединения про-пульсивной установки с тепловым двигателем и дизель - электрической установки. Система сочетает в себе высокую эффективность и высокий КПД при полной нагрузке, характерные для дизельных пропульсивных установок, а так же удобство использования и качество регулирования скорости при малой нагрузке, свойственные для дизель - электрических установок. Основная область применение гибридных установок - суда, для которых основным режимом работы являются частые реверсы (ледоколы) или длительное движение малым ходом с маневрированием, при таких скоростях, когда нагрузка на главные двигатели недопустимо мала. К ним относятся гидрографы, траловые суда, укладчики, пассажирские суда [1]. В судовой гибридной установке электродвигатель выступает в роле не основной, а вспомогательной пропуль-сивной установки.

На рис. 1 изображены функциональные схемы судовых гибридных установок на основе асинхронной машины с короткозамкнутым ротором (а) и машины двойного питания (б).

Продолжительный ход судна с полной скоростью обеспечивается тепловыми двигателями (дизели, работающие на валовую линию) с электропитанием общесудовых потребителей от собственных гибридных установок, работающих как валогенераторы. В штормовых условиях осуществляется переход на вспомогательные дизель-генераторы. Продолжительная работа судна на малых ходах и при маневрировании осуществляется на гибридных установках, работающих в качестве гребных электродвигателей. Питание электродвигателей и общесудовых потребителей осуществляется от вспомогательных дизель-генераторов [2].

О. С. Хватов, И.А Тарпанов

Судовая пропульсивная гибридная установка

Рис. 1. Структурная схема валопроводов с судовыми пропульсивными гибридными установками (а - асинхронная машина с короткозамкнутым ротором, б - машина двойного питания).

Анализ динамических режимов работы гибридных установок, работающих в двигательном режиме, основывается на математических моделях асинхронных машин. Систему уравнений для описания асинхронной машины с фазным ротором, записанную в единой системе координат, вращающейся с произвольной скоростью, можно представить в виде [3]:

к

иЯх = Г (1 + ТЯ Р)1Кх - (фК - РФт Чу - = Wsx ;

TS

иЯу = Г (1 + ТЯЯУяу + (фК - РФт ) 1'еЬх - ksPФm¥sx

USx = -kSRSiRx + Т Vsx + PWsx ; (1)

TS

USy = -kSRSiRy + Фк¥sx ; т = KR¥sxiRy;

Jpam = М - Мн.

Система уравнений для описания асинхронной машины с короткозамкнутым ротором, записанная в единой системе координат, вращающейся с произвольной скоростью, может быть представлена в следующем виде [3]:

к

USx = Г (1 + Т8P)iSx - ФкКiSy - = WRx;

^ и

иЯУ = Г (1 + T'ss)isy + ФЛiSx + кяР®т¥ях 0 = -kRRRisx + -1 VRx + р^ях ;

ТЯ

0 = -kRRRiSy + (фК - РФт )VRx ;

т = KR^RxiSy; ^Фт = М - МН .

(2)

По уравнениям 1, 2 разработаны структурные схемы (рис. 2, 3) судовых гибридных установок на основе машины двойного питания и асинхронной машины с корот-козамкнутым ротором.

Рис. 2. Структурная схема судовой гибридной установки на основе асинхронной машины с фазным ротором

Рис. 2. Структурная схема судовой гибридной установки на основе асинхронной машины с короткозамкнутым ротором

Левые части структурных схем соответствуют системе автоматического регулирования скорости, центральные, в соответствии с 1, 2 представляют собой модели

О. С. Хватов, И.А. Тарпанов

Судовая пропульсивная гибридная установка

асинхронных двигателей, а нижние являются моделью гребного винта. Для исследования переходных процессов, математические модели единых электроэнергетических установок, в состав которых входят судовые гибридные установки, разработаны в пакете программ «MATLAB». На основе математических моделей могут быть исследованы процессы плавного пуска асинхронного двигателя, отключения и подключения нагрузки на двигатель, когда винт оголяется при переходе судна через волну и других режимов работы гибридных установок.

Список литературы:

[1] Хватов О.С., Тарпанов И.А., Тарасов И.М. Судовая гибридная пропульсивная установка. // Междунар. науч.-технич. конф. XV - Бенардосовские чтения «Состояние и перспективы развития электротехнологии». - Иваново, 2009. - С. 41.

[2] Тарпанов И.А. Судовая гибридная пропульсивная установка // 14 Нижегородская сессия молодых учёных (технические науки). Сб. тезис. докладов. - Н.Новгород: 2009.

[3] Герман-Галкин С. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. - СПб.: Корона принт, 2001.

SHIP PROPULSION HYBRID INSTALLATION O.S. Khvatov, I.A. Tarpanov

The work of ship propulsion hybrid installation, that can run in the motor and generating modes, is considered in the article.