CC BY
40
УДК 629.12.066:044:5(075.8)
УПРАВЛЕНИЕ СВЕТОВЫМ ПОТОКОМ РЫБОПРОМЫСЛОВОГО СВЕТОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
В.А. Герасимов; В.К. Усольцев; А.Н. Шеин, ДВГТУ, Владивосток
Рассмотрены варианты реализации процесса управления напряжением питания промыслового светотехнического оборудования, выполнен анализ технико-экономической эффективности применения различных способов регулирования.
Для повышения эффективности промысла сайры на рыбопромысловых судах широко используется световое поле, управление интенсивностью которого осуществляется изменением напряжения, подводимого к промысловым светильникам (люстрам). Источниками света в люстрах являются лампы накаливания, при этом общая мощность устанавливаемого на одном судне светотехнического оборудования составляет несколько сот киловатт и, очевидно, оптимизация затрат на регулирование напряжения может обеспечить значительный экономический эффект.
По относительному объему одновременно регулируемого светотехнического оборудования можно выделить: индивидуальное, групповое и общее регулирование.
Индивидуальное регулирование всех люстр требует больших технических и экономических затрат и поэтому используется редко.
Групповое регулирование позволяет получить определенную гибкость в управлении интенсивностью светового потока, упрощает размещение дополнительного оборудования на судне, но требует наличия соответствующего числа регуляторов напряжения.
Общее регулирование напряжения оказывается наиболее эффективным, если регулирование осуществляется специально выделенным для этих целей генератором судовой электростанции. При этом для регулирования напряжения не требуется дополнительного силового оборудования, а достаточно изменить систему возбуждения генератора.
При групповом регулировании используются тиристорные регуляторы напряжения (ТРН), число которых равно числу выделенных групп нагрузки. При этом может сохраняться общее регулирование напряжения, питающего ТРН и нагрузку, подключенную непосредственно к сети.
На кафедре электрооборудования, автоматики и технологии (ЭОАТ) ДВГТУ был выполнен сравнительный анализ различных тиристорных регуляторов переменного напряжения. Анализировались полууправляемые и полностью управляемые ТРН при наличии и отсутствии нулевого провода и различных способах включения
нагрузки. Были разработаны, установлены и проверены в эксплуатации различные типы ТРН, а также определены преимущественные области применения конкретного типа ТРН.
Наибольшее распространение на судах получило общее регулирование напряжения, которое при значительных снижениях затрат обеспечивает достаточную промысловую эффективность светотехнического оборудования. По ряду причин общее регулирование напряжения часто целесообразно выполнять при помощи регулятора напряжения синхронного генератора, выделенного из состава судовой электростанции исключительно для целей промыслового освещения.
Штатные регуляторы синхронных генераторов, применяемых на судах, не обеспечивают глубокого регулирования напряжения, необходимого для управления световым потоком. Поэтому были выполнены исследования различных вариантов глубокого регулирования напряжения при максимальном использовании элементов штатных систем возбуждения.
На отечественных рыбопромысловых судах применяются преимущественно синхронные генераторы (СГ) с управляемой системой прямого амплитудно-фазового компаундирования (ПАФК), функциональная схема которых приведена на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема СГ с управляемой системой ПАФК: ие, іе - выходные напряжение и ток генератора; Те кев - постоянная времени и коэффициент передачи нагруженного генератора; кви, к31 - коэффициенты компаундирования по напряжению и току; ир, квг - напряжение регулятора и коэффициент регулирования; ів, і®, іви, івг - ток возбуждения СГ и его составляющие
Исследования показали, что динамические параметры СГ зависят от выходного напряжения и тока (проводимости) нагрузки. Зависимость параметров СГ типа МСК от выходного напряжения ие и проводимости нагрузки де приведена на рис. 2.
Рис. 2. Зависимость параметров СГ от режима работы
Как следует из этого рисунка, параметры СГ существенно зависят от рабочего напряжения и сравнительно мало зависят от величины нагрузки. Компаундирование по току снижает чувствительность параметров СГ к характеру нагрузки, а компаундирование по напряжению увеличивает постоянную времени, коэффициент передачи и чувствительность параметров СГ к напряжению.
Были проведены исследования влияния рабочего напряжения на качество переходного процесса при ступенчатом изменении заданного напряжения. На рис. 3 приведены переходные характеристики, характеризующие влияние изменения параметров СГ на качество переходных процессов.
Рис. 3. Влияние рабочего напряжения СГ на качество переходного процесса при линейном ПИ-регуляторе
Переходной характеристике системы регулирования с линейным ПИ-регулятором в точке настройки регулятора соответствует кривая 1,
при рабочем напряжении выше точки настройки - кривая 2, при напряжении ниже точки настройки - кривая 3. Линейный регулятор при глубоком регулировании напряжения не обеспечивает удовлетворительного регулирования напряжения во всем рабочем диапазоне.
Существенное улучшение качества процесса регулирования можно получить при использовании нелинейного ПИ-регулятора, включающего нелинейную модель компенсируемой части передаточной функции СГ. На рис. 4 приведена блок-схема нелинейной модели СГ с нелинейным ПИ-регулятором. Моделирование показало, что переходные характеристики при применении нелинейного регулятора не чувствительны к рабочему напряжению СГ. Результаты моделирования были экспериментально подтверждены на лабораторном СГ с системой возбуждения типа МСК.
Рис. 4. Нелинейная модель СГ и ПИ-регулятора в среде Ма^аЬ
Практическое применение нелинейного регулятора связано с определенной сложностью его настройки. Вместе с тем, если в системе регулирования допускается изменение задающего сигнала с некоторой ограниченной интенсивностью (как, например, в рассматриваемом случае), то достаточно высокие показатели качества процесса регулирования можно получить при использовании задатчика интенсивности. Рис. 5 иллюстрирует эффективность применения этого устройства.
Для различных типов генераторов, отличающихся системами возбуждения, были разработаны, установлены на судах и проверены в эксплуатации пять типов регуляторов напряжения. В общей сложности переоборудовано свыше 70 судовых отечественных и зарубежных синхронных генераторов. Результаты эксплуатации показали высокую техническую и экономическую эффективность от применения разработанных регуляторов напряжения.
б
Рис. 5. Влияние задатчика интенсивности на качество процессов: а - переходный процесс при ступенчатом задании изменения напряжения СГ и линейном ПИ-регуляторе; б - переходный процесс изменения напряжения СГ с линейным ПИ-регулятором и задатчиком интенсивности;
1 - изменение задающего напряжения; 2 - изменение напряжения СГ
а
