Cтраница 1
Валы генераторов и их электромашинных возбудителей обычно жестко связаны и имеют одинаковую скорость вращения. В качестве возбудителей применяются генераторы постоянного тока и индукторные повышенной частоты с последующим выпрямлением тока с помощью твердых или ионных выпрямителей. В самых крупных генераторах используется система ионного возбуждения без возбудителя. [2]
Вал генератора жестко соединен с валом двигателя при помощи болтов, которые стягивают фланцы валов. Таким образом, валы генератора и двигателя представляют собой как бы одно целое. Поэтому генератор выполнен с одним подшипником 12, стойка которого установлена на общей фундаментной плите со станиной. Второй конец вала опирается на подшипник двигателя. [3]
Вал генератора жестко соединен с валом 13 гидротурбины. В центральное отверстие в валу генератора вставлен механизм поворота лопастей турбины. [4]
Вал генератора выполняют стальным, кованым или сварно-кованым с внутренним отверстием, которое используется для впуска воздуха под рабочее, колесо радиально-оее-вой турбины. Нижний конец вала генератора жестко соединен с валом турбины с помощью фланцевого соединения. Вал генера — — тора опирается при помощи опорной втулки на диск подпятника. Иногда вместе с валом отковывают колоколообразные шейки для направляющих подшипников. [5]
Вал генератора работает в лучших условиях, чем в случае вращающегося возбудителя с приводом от вала. [6]
Вал генератора вращается на двух шарикоподшипниках. [7]
Вал генератора 21 соединяют с муфтой 14 при помощи сменной головки, надеваемой с одной стороны на гайку крепления шкива генератора, а с другой стороны на шестигранную головку муфты. После этого рукояткой 12 закрепляют генератор. [8]
Вал генератора через соответствующую зубчатую передачу получает вращение от гребного вала. От щеток генератора переменный ток подводится к указателям. Так как число пар полюсов генератора величина неизменная, то и частота и число оборотов генератора в 1 мин. [10]
Валы генераторов и их электромашинных возбудителей обычно жестко связаны и имеют одинаковую скорость вращения. В качестве возбудителей применяются генераторы постоянного тока и индукторные повышенной частоты с последующим выпрямлением тока с помощью твердых или ионных выпрямителей. В самых крупных генераторах используется система ионного возбуждения без возбудителя. [12]
Вал генератора соединен с электродвигателем, после запуска которого начинает вращаться ротор генератора. [13]
Вал генератора, как правило, соединяется с валом дизеля без промежуточной передачи, поэтому длительная скорость вращения генератора равна скорости вращения дизеля. [14]
На вал генератора в горячем состоянии насажена втулка ротора 16, к которой привинчены два диска, а к ним — спицы 12 ротора, сваренные из листовой стали. На балках остова ротора центрируются сегменты 10 его обода. Полюса 8 с надетыми на них катушками прикреплены к ободу при помощи Т — образных выступов с клиньями. [15]
Страницы: 1 2 3 4
В 1832-м году неизвестным изобретателем был создан первый однофазный синхронный многополюсный генератор переменного тока. Но в самых первых электронных устройствах применялся только постоянный ток, в то время как переменный ток долгое время не мог найти своего практического применения. Тем не менее, вскоре выяснили, что намного практичнее использовать не постоянный, а переменный ток, то есть тот ток, который периодически меняет свое значение и направление. Преимущества переменного тока, состоят в том, что его удобнее вырабатывать при помощи электростанций, генераторы переменного тока экономичнее и проще в обслуживании, чем аналоги, работающие на постоянном токе. Поэтому были собраны надежные электрические двигатели переменного тока, которые сразу нашли свое широкое применение в промышленных и бытовых сферах. Надо отметить, что благодаря существованию переменного тока, его особенным физическим явлениям, смогли появиться такие изобретения, как радио, магнитофон и прочая автоматика и электротехника, без которой сложно представить современную жизнь.
Генератор переменного тока – это устройство, которые преобразует механическую энергию, в электрическую.
Состоит он из неподвижной части, которая называется статор или якорь (см. рисунок) и вращающейся части — ротор или индуктор. В генераторе переменного тока ротор — это электромагнит, который обеспечивает магнитное поле, которое передается на статор. На внутренней поверхности статора есть осевые впадины, так называемые пазы, в которых расположена обмотка переменного тока (проводник). Статор генератора изготавливается из 0.35 мм спрессованных стальных листов, которые изолированы покрытой лаком пленкой. Эти листы устанавливаются в станине устройства. Ротор крепится внутри статора и вращается посредством двигателя. Вал – одна из деталей, для передачи крутящего момента под действием расположенных на нём опор. На общем валу с генератором, располагается так называемый возбудитель постоянного тока, который питает постоянным током обмотки ротора. Аккумулятор в генераторе переменного тока выполняет функции стартерной батареи, которая имеет свойство накапливать и хранить электроэнергию при нехватке в отсутствии работы двигателя и при нехватке мощности, которую развивает генератор.
В течении последних лет, популярность использования электростанций и генераторов переменного тока значительно возросла. Используются они как в промышленных, так и в бытовых сферах. Промышленные генераторы являются наилучшим вариантом для использования на производстве, в больницах, школах, магазинах, офисах, бизнес центрах, а так же на строительных площадках, значительно упрощая строительство в тех зонах, где электрификация полностью отсутствует. Бытовые генераторы, более практичные, компактные и идеально подходят для использования в коттедже и загородном доме. Генераторы переменного тока широко применяются в различных областях и сферах благодаря тому, что могут решить множество важных проблем, которые связаны с нестабильной работой электричества или полным его отсутствием.
Практически любая дизельная электростанция в независимости от ее мощности и производителя имеет 2 главные составляющие. Это генератор переменного тока и двигатель внутреннего сгорания. Так как поддерживать данные узлы необходимо в рабочем исправном состоянии, в ходе их эксплуатации нужен определенный перечень обязательных работ по их техническому обслуживанию. К сожалению, подавляющее большинство владельцев считает, что можно ограничиться лишь своевременной заменой масла и фильтра, при этом «техническое обслуживание» можно провести и самостоятельно. Но результатом этого зачастую становится полный отказ работы устройства. В результате чего, не сложно сделать вывод, что проще и дешевле, доверить оборудование профессионалам, которые благодаря знаниям и огромному опыту, смогут увеличить срок службы ДГУ и сократить расходы при аварийных ситуациях.
Роль генератора заключается в поставке постоянного заряда аккумуляторной батарее при работе двигателя. Данная постоянная поставка мощности предотвращает разрядку аккумулятора и обеспечивает необходимую мощность электронным устройствам автомобиля. Генератор подключается и получает питание с помощью коленчатого вала через приводной ремень. При работе двигателя приводной ремень вращает генератор, преобразующий кинетическую энергию в электрический ток. Основной принцип — преобразовать движение, инициируемое маховым колесом, в электричество. Надежность, безопасность и высочайшее качество новых продуктов обеспечиваются постоянными инновациями и строгими критериями испытаний. Благодаря значительной составляющей оригинального оборудования компания Valeo может предложить генераторы для новейших моделей автомобилей через небольшое время после их выхода на рынок, это такие модели как Audi A6, Mercedes C Class, Renault Clio IV и Volkswagen Golf VII. Линейка новых устройств состоит из самых лучших продуктов благодаря требовательными стандартам испытаний оригинального оборудования Valeo.
Измерение тока и напряжение, испытание при электрической и циклической нагрузках продолжаются до 1000 часов. Кроме того, машины подвергаются испытаниям в экстремальных условиях, таких как солевой туман, температурные удары и вибрации до разрушения, чтобы соответствовать высочайшим требованиям. Valeo является новатором, имеющим более 100 лет опыта работы с вращающимися машинами, от Dynastar 1912 года до микрогибридного решения i-StARS® 2013 года.
Valeo удовлетворяет всем потребностям рынка и технологической эволюции, демонстрируя исторически сильное лидерство в области оригинального оборудования: однофазный генератор переменного тока, технология на основе водного охлаждения до современного производства эффективных и удобных генераторов, таких как генераторы EG. Valeo прокладывает путь к лучшим технологиям для производства генераторов: постоянное повышение мощности и эффективности при компактном дизайне. Генератор EG («Эффективное преобразование») использует специальные модули, которые на 10 очков более эффективны, чем традиционные диоды, и потому представляют собой революционную технологию. Данная технология подходит для автомобилей многих производителей, таких как Volkswagen, BMW и Mercedes. Генератор Standard Exchange Линейка генераторов Valeo Standard Exchange высшего класса насчитывает более 1500 наименований и потому подходит практически для всех моделей автомобилей на рынке, как европейском, так и азиатском.
Специальный процесс восстановления генераторов позволяет Valeo предлагать лучшие в своем классе продукты в отношении качества. После сбора генераторы отправляются в специальное производственное подразделение, где проходят через различные этапы процесса восстановления:
1. Все детали разбираются, и компоненты промываются, кроме ротора, который очищается с помощью проволочной щетки. Подшипники систематически заменяются новыми.
2. Ротор проходит испытание электричеством и покрывается краской для предотвращения коррозии. После промывки статор обрабатывается проволочной щеткой для удаления следов коррозии, а затем покрывается краской. Внутренний диаметр с высокой точностью калибруется, а концы фаз покрываются оловом и проходят испытание электричеством.
3. Шкивы проверяются, покрываются краской и хромом, шкивы шестерни холостого хода систематически заменяются.
4. Стеклоподъемники моются, высушиваются и подвергаются пескоструйной очистке. Щетки и пружины меняются.
5. Диоды выпрямительного моста проходят испытание по отдельности и, при необходимости, заменяются.
Перед окончательной окраской все обновленные компоненты собираются, и каждый готовый продукт проходит проверку на соответствующем испытательном стенде (измерение скорости и температуры, условия перенапряжения и испытание до разрушения). В течение всего процесса неукоснительно соблюдаются стандарты оригинального оборудования, а для проверки продукции в более чем 40 контрольных точках используются испытательные стенды и измерительные приборы, предназначенные для оригинального оборудования. После сборки 100% деталей проходят повторную проверку, после чего маркируются и упаковываются. Все произведенные компанией Valeo генераторы не содержат асбест.
Серии электродвигателей: ВСГ, ГС, СГВ, СМ, СМВ, СГД, СГ3, СГ, ГСБ, СГ2, СГДМ, ТПС, ТПСМ, СГТ
| Наименование | Мощность, кВт |
Синхронная частота вращения, об/мин |
Напряжение, В |
|---|---|---|---|
|
ГСБ-1800-6,3-1500УХЛ2 |
1800 |
1500 |
6300 |
|
ГСБ-1800-10,5-1500УХЛ2 |
1800 |
1500 |
10500 |
|
ГСБ-1120-0,69-1000УХЛ2 |
1120 |
1000 |
690 |
|
ГСБ-1120-6,3-1000УХЛ2 |
1120 |
1000 |
6300 |
|
ГСБ-1650-6,3-1000УХЛ2 |
1650 |
1000 |
6300 |
|
ГСБ-1650-10,5-1000УХЛ2 |
1650 |
1000 |
10500 |
|
ГСБ-1120-0,69-1000Т2 |
1120 |
1000 |
690 |
|
ГСБ-1650-10,5-1000Т2 |
1650 |
1000 |
10500 |
|
СГ-1250-1500У2 |
1250 |
1500 |
400 |
|
СГ-1500-6,3-500УХЛ4 |
1500 |
500 |
6300 |
|
СГД-16-69-6УХЛ4 |
3500 |
1000 |
6300 |
|
СГД-16-84-6УХЛ4 |
3500 |
1000 |
10500 |
|
СГД-16-84-8УХЛ4 |
3500 |
750 |
10500 |
|
СГД-16-69-6Т4 |
3500 |
1000 |
6300 |
|
СГД-16-84-6Т4 |
3500 |
1000 |
11000 |
|
СГД-16-71-8Т3 |
3500 |
750 |
6300 |
|
ГС-100-0,4-1500 |
100 |
1500 |
400 |
|
СГВ-500-10,5-300УХЛ4 |
500 |
300 |
10500 |
|
СМ-500-6,3-300УХЛ4 |
500 |
300 |
6300 |
|
СМВ-4000-18УХЛ4 |
4000 |
333,3 |
6300 |
|
ТПС-1,5-2M2У3 |
1500 |
3000 |
10500; 6300 |
|
ТПС-2,5-2M2У3 |
2500 |
3000 |
10500; 6300 |
|
ТПС-4-2M2У3 |
4000 |
3000 |
10500; 6300 |
|
ТПС-6-2ЕУ3 |
6000 |
3000 |
10500; 6300 |
|
ТПС-8-2ЕУ3 |
8000 |
3000 |
10500; 6300 |
|
ТПС-12-2ЕУ3 |
12000 |
3000 |
10500; 6300 |
|
ТПС-16-2ЕУ3 |
16000 |
3000 |
10500; 6300 |
|
СГДМ-1500 |
1500 |
1000; 750 |
400; 690 |
|
СГДМ-1850 |
1850 |
1000; 750 |
400; 690 |
|
СГДМ-2850 |
2850 |
1000; 750 |
6600; 690 |
|
СГДМ-3500 |
3500 |
1000; 750 |
6600; 690 |
|
СГДМ-4500 |
4500 |
1000; 750 |
6600; 690 |
|
СГДМ-6300 |
6300 |
1000; 750 |
6600 |
|
СГДМ-8000 |
8000 |
750 |
6600 |
|
СГДМ-9000 |
9000 |
750 |
6600 |
|
СГ3-200 |
200 |
1000; 5000 |
400; 690 |
|
СГ3-500 |
500 |
1000; 5000 |
400; 690 |
|
СГ3-630 |
630 |
1000; 5000 |
400; 690 |
|
СГ3-800 |
800 |
1000; 5000 |
400; 690 |
|
СГ3-1100 |
1100 |
1000; 5000 |
400; 690 |
Наши конкурентные преимущества:
При заказе вы можете выбрать:
Генератор предназначен для обеспечения питанием электропотребителей, входящих в систему электрооборудования, и зарядки аккумулятора при работающем двигателе автомобиля. Выходные параметры генератора должны быть таковы, чтобы в любых режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд аккумулятора. Кроме того, напряжение в бортовой сети автомобиля, питаемой генератором, должно быть стабильно в широком диапазоне частот вращения и нагрузок. Последнее требование вызвано тем, что аккумуляторная батарея весьма чувствительна к степени стабильности напряжения. Слишком низкое напряжение вызывает недозаряд батареи и, как следствие, затруднения с пуском двигателя, слишком высокое напряжение приводит к перезаряду батареи, и ее ускоренному выходу из строя. Не менее чувствительны к величине напряжения лампы освещения и сигнализация, акустическое оборудование.
Генератор – достаточно надежное устройство, способное выдержать повышенные вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие влажной среды, грязи и других факторов. Принцип работы электрогенератора и его принципиальное конструктивное устройство одинаковы у всех автомобильных генераторов, независимо от того, где они выпускаются.
Принцип действия генератора
В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции. Если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток. Таким образом, для получения переменного электрического тока требуются катушка, по которой протекает постоянный электрический ток, образуя магнитный поток, называемая обмоткой возбуждения и стальная полюсная система, назначение которой – подвести магнитный поток к катушкам, называемым обмоткой статора, в которых наводится переменное напряжение. Эти катушки помещены в пазы стальной конструкции, магнитопровода (пакета железа) статора. Обмотка статора с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой образуется электрический ток, а обмотка возбуждения с полюсной системой и некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) ротор, его важнейшую вращающуюся часть. Питание обмотки возбуждения может осуществляться от самого генератора. В этом случае генератор работает на самовозбуждении. При этом остаточный магнитный поток в генераторе, т.е. поток, который образуют стальные части магнитопровода при отсутствии тока в обмотке возбуждения, невелик и обеспечивает самовозбуждение генератора только на слишком высоких частотах вращения. Поэтому в схему генератора, там где обмотки возбуждения не соединены с аккумуляторной батареей, вводят такое внешнее соединение (обычно через контрольную лампу состояния генераторной установки). Ток, поступающий через эту лампу в обмотку возбуждения после включения выключателя зажигания и обеспечивает первоначальное возбуждение генератора. Сила этого тока не должна быть слишком большой, чтобы не разряжать аккумуляторную батарею, но и не слишком малой, т.к. в этом случае генератор возбуждается при слишком высоких частотах вращения, поэтому фирмы-изготовители оговаривают необходимую мощность контрольной лампы — обычно 2…3 Вт.
При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно «северный», и «южный» полюсы ротора, т.е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения.
За редким исключением генераторы зарубежных фирм, также как и отечественные, имеют шесть «южных» и шесть «северных» полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т.к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора.
Обмотка статора генераторов зарубежных и отечественных фирм – трехфазная. Она состоит из трех 3 частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т.е. на 120 электрических градусов. Фазы могут соединяться в «звезду» или «треугольник». При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения действуют между концами обмоток фаз, а токи протекают в этих обмотках, линейные же напряжения действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи . Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные. При соединении в «треугольник» фазные токи меньше линейных, в то время как у «звезды» линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в «треугольник», значительно меньше, чем у «звезды». Поэтому в генераторах большой мощности довольно часто применяют соединение в «треугольник», т.к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у «звезды» больше фазного, в то время как у «треугольника» они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения «треугольник» требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со «звездой».
Более тонкий провод можно применять и при соединении типа «звезда». В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в «звезду», т.е. получается «двойная звезда». Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых соединены с выводом «+» генератора, а другие три с выводом «—» («массой»). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в «звезду», т. к. дополнительное плечо запитывается от «нулевой» точки «звезды».
У многих генераторов зарубежных фирм обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю. Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля. Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. Следует обратить внимание на то, что под термином «выпрямительный диод», не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т.д. Иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, герметизированный на теплоотводе
Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т.е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генератор элементов ее защиты от скачков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении, он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения (напряжением стабилизации).
Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25… 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны «пробиваются «, т.е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе «+» генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после «пробоя» используется и в регуляторах напряжения.
Принцип действия регулятора напряжения (реле регулятора)
В настоящее время все генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными регуляторами напряжения, как правило, встроенными внутрь генератора. Схемы их исполнения и конструктивное оформление могут быть различны, но принцип работы у всех регуляторов одинаков. Напряжение генератора без регулятора зависит от частоты вращения его ротора, магнитного потока, создаваемого обмоткой возбуждения, а, следовательно, от силы тока в этой обмотке и величины тока, отдаваемого генератором потребителям. Чем больше частота вращения и сила тока возбуждения, тем больше напряжение генератора, чем больше сила тока его нагрузки – тем меньше это напряжение.
Функцией регулятора напряжения является стабилизация напряжения при изменении частоты вращения и нагрузки за счет воздействия на ток возбуждения. Конечно, можно изменять ток в цепи возбуждения введением в эту цепь дополнительного резистора, как это делалось в прежних вибрационных регуляторах напряжения, но этот способ связан с потерей мощности в этом резисторе и в электронных регуляторах не применяется. Электронные регуляторы изменяют ток возбуждения путем включения и отключения обмотки возбуждения от питающей сети, при этом меняется относительная продолжительность времени включения обмотки возбуждения.
Если для стабилизации напряжения требуется уменьшить силу тока возбуждения, время включения обмотки возбуждения уменьшается, если нужно увеличить – увеличивается.
Конструктивное исполнение генераторов
По своему конструктивному исполнению генераторные установки можно разделить на две группы – генераторы традиционной конструкции с вентилятором у приводного шкива и генераторы так называемой «компактной» конструкции с двумя вентиляторами во внутренней полости генератора. Обычно «компактные» генераторы оснащаются приводом с повышенным передаточным отношением через поликлиновый ремень и поэтому, по принятой у некоторых фирм терминологии, называются высокоскоростными генераторами. При этом внутри этих групп можно выделить генераторы, у которых щеточный узел расположен во внутренней полости генератора между полюсной системой ротора и задней крышкой (Mitsubishi, Hitachi), и генераторы, где контактные кольца и щетки расположены вне внутренней полости (Bosch, Valeo). В этом случае генератор имеет кожух, под которым располагается щеточный узел, выпрямитель и, как правило, регулятор напряжения.
Любой генератор содержит статор с обмоткой, зажатый между двумя крышками –передней, со стороны привода, и задней, со стороны контактных колец. Крышки, отлитые из алюминиевых сплавов, имеют вентиляционные окна, через которые воздух продувается вентилятором сквозь генератор.
Генераторы традиционной конструкции снабжены вентиляционными окнами только в торцевой части, генераторы «компактной» конструкции еще и на цилиндрической части – над лобовыми сторонами обмотки статора. «Компактную» конструкцию отличает также сильно развитое оребрение, особенно в цилиндрической части крышек. На крышке со стороны контактных колец крепятся щеточный узел, который часто объединен с регулятором напряжения, и выпрямительный узел. Крышки обычно стянуты между собой тремя или четырьмя винтами, причем статор оказывается зажат между крышками, посадочные поверхности которых охватывают статор по наружной поверхности. Иногда статор полностью утоплен в передней крышке и не упирается в заднюю крышку (Denso). Существуют конструкции, у которых средние листы пакета статора выступают над остальными, и они являются посадочным местом для крышек. Крепежные лапы и натяжное ухо генератора отливаются заодно с крышками, причем, если крепление двухлапное, то лапы имеют обе крышки, если однолапное — только передняя. Впрочем, встречаются конструкции, у которых однолапное крепление осуществляется стыковкой приливов задней и передней крышек, а также двухлапные крепления, при котором одна из лап, выполненная штамповкой из стали, привертывается к задней крышке, как, например, у некоторых генераторов фирмы Paris-Rhone прежних выпусков. При двухлапном креплении в отверстии задней лапы обычно располагается дистанционная втулка, позволяющая при установке генератора выбирать зазор между кронштейном двигателя и посадочным местом лап. Отверстие в натяжном ухе может быть одно с резьбой или без, но встречается и несколько отверстий, чем достигается возможность установки этого генератора на разные марки двигателей. Для этой же цели применяют два натяжных уха на одном генераторе.
Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами – полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы — полувтулки. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса. Обмотка возбуждения в сборе с ротором пропитывается лаком. Клювы полюсов по краям обычно имеют скосы с одной или двух сторон для уменьшения магнитного шума генераторов. В некоторых конструкциях для той же цели под острыми конусами клювов размещается антишумовое немагнитное кольцо, расположенное над обмоткой возбуждения. Это кольцо предотвращает возможность колебания клювов при изменении магнитного потока и, следовательно, излучения ими магнитного шума. После сборки производится динамическая балансировка ротора, которая осуществляется высверливанием излишка материала у полюсных половин. На валу ротора располагаются также контактные кольца, выполняемые чаще всего из меди, с опрессовкой их пластмассой. К кольцам припаиваются или привариваются выводы обмотки возбуждения. Иногда кольца выполняются из латуни или нержавеющей стали, что снижает их износ и окисление, особенно при работе во влажной среде. Диаметр колец при расположении щеточно-контактного узла вне внутренней полости генератора не может превышать внутренний диаметр подшипника, устанавливаемого в крышку со стороны контактных колец, т.к. при сборке подшипник проходит над кольцами. Малый диаметр колец способствует кроме того уменьшению износа щеток. Именно по условиям монтажа некоторые фирмы применяют в качестве задней опоры ротора роликовые подшипники, т.к. шариковые того же диаметра имеют меньший ресурс.
Валы роторов выполняются, как правило, из мягкой автоматной стали, однако, при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала цементируется и закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива. Однако, во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от проворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке, когда необходимо снять шкив и вентилятор.
Щеточный узел – это пластмассовая конструкция, в которой размещаются щетки т.е. скользящие контакты.
В автомобильных генераторах применяются щетки двух типов – меднографитные и электрографитные. Последние имеют повышенное падение напряжения в контакте с кольцом по сравнению с меднографитными, что неблагоприятно сказывается на выходных характеристиках генератора, однако они обеспечивают значительно меньший износ контактных колец. Щетки прижимаются к кольцам усилием пружин. Обычно щетки устанавливаются по радиусу контактных колец, но встречаются и так называемые реактивные щеткодержатели, где ось щеток образует угол с радиусом кольца в месте контакта щетки. Это уменьшает трение щетки в направляющих щеткодержателя, и тем обеспечивается более надежный контакт щетки с кольцом. Часто щеткодержатель и регулятор напряжения образуют неразборный единый узел.
Выпрямительные узлы применяются двух типов – либо это пластины-теплоотводы, в которые запрессовываются (или припаиваются) диоды силового выпрямителя или на которых распаиваются и герметизируются кремниевые переходы этих диодов, либо это конструкции с сильно развитым оребрением, в которых диоды, обычно таблеточного типа, припаиваются к теплоотводам. Диоды дополнительного выпрямителя имеют обычно пластмассовый корпус цилиндрической формы, либо в виде горошины или выполняются в виде отдельного герметизированного блока, включение в схему которого осуществляется шинками. Включение выпрямительных блоков в схему генератора осуществляется распайкой или сваркой выводов фаз на специальных монтажных площадках выпрямителя или винтами. Наиболее опасным для генератора и особенно для проводки автомобильной бортовой сети является перемыкание пластин-теплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора, случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи, что может привести к возгоранию. Во избежание этого пластины и другие части выпрямителя генераторов некоторых фирм частично или полностью покрывают изоляционным слоем. В монолитную конструкцию выпрямительного блока теплоотводы объединяются в основном монтажными платами из изоляционного материала, армированными соединительными шинками.
Подшипниковые узлы генераторов это, как правило, радиальные шариковые подшипники с одноразовой закладкой пластичной смазки на весь срок службы и одно или двухсторонними уплотнениями, встроенными в подшипник. Роликовые подшипники применяются только со стороны контактных колец и достаточно редко, в основном, американскими фирмами (Delco Remy, Motorcraft). Посадка шариковых подшипников на вал со стороны контактных колец обычно плотная, со стороны привода — скользящая, в посадочное место крышки наоборот — со стороны контактных колеи — скользящая, со стороны привода — плотная. Так как наружная обойма подшипника со стороны контактных колец имеет возможность проворачиваться в посадочном месте крышки, то подшипник и крышка могут вскоре выйти из строя, возникнет задевание ротора за статор. Для предотвращения проворачивания подшипника в посадочное место крышки помещают различные устройства — резиновые кольца, пластмассовые проставки, гофрированные стальные пружины и т.п. Конструкцию регуляторов напряжения в значительной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении схемы на дискретных элементах, регулятор обычно имеет печатную плату, на которой располагаются эти элементы. При этом некоторые элементы, например, настроечные резисторы могут выполняться по толстопленочной технологии. Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на керамической пластине и соединяются с полупроводниковыми элементами – диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в бескорпусном или корпусном исполнении распаиваются на металлической подложке. В регуляторе, выполненном на монокристалле кремния, вся схема регулятора размещена в этом кристалле.
Охлаждение генератора осуществляется одним или двумя вентиляторами, закрепленными на его валу. При этом у традиционной конструкции генераторов (воздух засасывается центробежным вентилятором в крышку со стороны контактных колец.
У генераторов, имеющих щеточный узел, регулятор напряжения и выпрямитель вне внутренней полости и защищенных кожухом, воздух засасывается через прорези этого кожуха, направляющие воздух в наиболее нагретые места — к выпрямителю и регулятору напряжения. На автомобилях с плотной компоновкой подкапотного пространства, в котором температура воздуха слишком велика, применяют генераторы со специальным кожухом закрепленным на задней крышке и снабженным патрубком со шлангом, через который в генератор поступает холодный и чистый забортный воздух. Такие конструкции применяются, например, на автомобилях BMW. У генераторов «компактной» конструкции охлаждающий воздух забирается со стороны как задней, так и передней крышек.
Генераторы большой мощности, устанавливаемые на спецавтомобили, грузовики и автобусы имеют некоторые отличия. В частности, в них встречаются две полюсные системы ротора, насаженные на один вал и, следовательно, две обмотки возбуждения, 72 паза на статоре и т. п. Однако принципиальных отличий в конструктивном исполнении этих генераторов от рассмотренных конструкций нет.
Привод генераторов и крепление их на двигателе
Привод генераторов всех типов автомобилей осуществляется от коленчатого вала ременной или зубчатой передачей. При этом возможны два варианта — клиновым или поликлиновым ремнем. Приводной шкив генератора выполняется с одним или двумя ручьями для клинового ремня и с профилированной рабочей дорожкой для поликлинового. Вентилятор, выполненный, как правило, штамповкой из листовой стали, в традиционной конструкции генератора крепится на валу рядом со шкивом. Шкив может выполняться сборным из двух штампованных дисков, литым из чугуна или стали, а также полученным методом штамповки или точеным из стали.
Качество обеспечения питанием потребителей электроэнергии, в том числе зарядка аккумуляторной батареи, зависит от передаточного числа ременной передачи, равного отношению диаметров ручьев приводного шкива генератора к шкиву коленчатого вала. Для повышения качества питания электропотребителей это число должно быть как можно больше, т.к. при этом частота вращения генератора повышается, и он способен отдать потребителям больший ток. Однако при слишком больших передаточных числах происходит ускоренный износ приводного ремня, поэтому передаточные числа передачи двигатель-генератор для клиновых ремней лежат в пределах 1,8…2,5, для поликлиновых до 3. Более высокое передаточное число возможно потому, что поликлиновые ремни допускают применение на генераторах приводных шкивов малых диаметров и меньший угол охвата шкива ремнем. Наилучшей конструкцией для генератора является индивидуальный привод. При таком приводе подшипники генератора оказываются менее нагруженными, чем в «коллективном» приводе, при котором обычно генератор приводится во вращение одним ремнем с другими агрегатами, чаще всего водяным насосом, и где шкив генератора служит натяжным роликом. Поликлиновым ремнем обычно приводится во вращение сразу несколько агрегатов. Например, на автомобилях Mercedes один поликлиновой ремень приводит во вращение одновременно генератор, водяной насос, насос гидроусилителя руля, гидромуфту вентилятора и компрессор кондиционера. В этом случае натяжение ремня осуществляется и регулируется одним или несколькими натяжными роликами при фиксированном положении генератора. Крепление генераторов на двигателе выполнено на одной или двух крепежных лапах, сочленяемых с кронштейном двигателя. Натяжение ремня производится поворотом генератора на кронштейне, при этом натяжная планка, соединяющая двигатель с натяжным ухом, может быть выполнена в виде винта, по которому перемещается резьбовая муфта, сочленяемая с ухом.
Встречаются конструкции, у которых прорезь в натяжной планке имеет зубчатую нарезку, по которой перемещается натяжное устройство, соединенное с натяжным ухом. Такие конструкции позволяют обеспечивать натяжение ремня очень точно и надежно.
К сожалению, на данный момент не существует международных нормативных документов, определяющих габаритные и присоединительные размеры генераторов легковых автомобилей, поэтому генераторы различных фирм существенно отличаются друг от друга, разумеется, кроме изделий, специально предназначенных в качестве запчастей для замены генераторов других фирм.
Бесщеточные генераторы
Бесщеточные генераторы применяются там, где возникают требования повышенной надежности и долговечности, главным образом на магистральных тягачах, междугородных автобусах и т.п. Повышенная надежность этих генераторов обеспечивается тем, что у них отсутствует щеточно-контактный узел, подверженный износу и загрязнению, а обмотка возбуждения неподвижна. Недостатком генераторов этого типа являются увеличенные габариты и масса. Бесщеточные генераторы выполняются с максимальным использованием конструктивной преемственности со щеточными. На выпуске генераторов такого типа специализируется американская фирма Delco-Remy, являющаяся отделением General Motors. Отличие этой конструкции состоит в том, что одна клювообразная полюсная половина посажена на вал, как у обычного щеточного генератора, а другая в урезанном виде приваривается к ней по клювам немагнитным материалом.
Генератор — основной источник электроэнергии машины. Расскажем подробно как работает, из чего состоит и его устройство внутри. Информация подойдет для начинающих и опытных автолюбителей.
При включении мощных потребителей (например, обогревателя заднего стекла, фар) и малых оборотов двигателя суммарный потребляемый ток может быть больше, чем способен отдать генератор. В этом случае нагрузка ляжет на аккумулятор, и он начнет разряжаться.
Статор набирается из стальных листов толщиной 0.8…1 мм, но чаще выполняется навивкой «на ребро». При выполнении пакета статора навивкой ярмо статора над пазами обычно имеет выступы, по которым при навивке фиксируется положение слоев друг относительно друга. Эти выступы улучшают охлаждение статора за счет более развитой наружной поверхности.
Необходимость экономии металла привела к созданию конструкции пакета статора, набранного из отдельных подковообразных сегментов. Скрепление между собой отдельных листов пакета статора в монолитную конструкцию осуществляется сваркой или заклепками. Практически все генераторы автомобилей массовых выпусков имеют 36 пазов, в которых располагается обмотка статора. Пазы изолированы пленочной изоляцией или напылением эпоксидного компаунда.Особенностью автомобильных генераторов является вид полюсной системы ротора. Она содержит две полюсные половины с выступами — полюсами клювообразной формы по шесть на каждой половине. Полюсные половины выполняются штамповкой и могут иметь выступы. В случае отсутствия выступов при напрессовке на вал между полюсными половинами устанавливается втулка с обмоткой возбуждения, намотанной на каркас, при этом намотка осуществляется после установки втулки внутрь каркаса.
Валы роторов выполняются из мягкой автоматной стали. Но при применении роликового подшипника, ролики которого работают непосредственно по концу вала со стороны контактных колец, вал выполняется из легированной стали, а цапфа вала закаливается. На конце вала, снабженном резьбой, прорезается паз под шпонку для крепления шкива.
Во многих современных конструкциях шпонка отсутствует. В этом случае торцевая часть вала имеет углубление или выступ под ключ в виде шестигранника. Это позволяет удерживать вал от поворота при затяжке гайки крепления шкива, или при разборке генератора, когда необходимо снять шкив и вентилятор.
Наиболее опасным является замыкание пластин теплоотводов, соединенных с «массой» и выводом «+» генератора случайно попавшими между ними металлическими предметами или проводящими мостиками, образованными загрязнением, т.к. при этом происходит короткое замыкание по цепи аккумуляторной батареи и возможен пожар.
Регуляторы напряжения обладают свойством термокомпенсации — изменения напряжения, подводимого к аккумуляторной батарее, в зависимости от температуры воздуха в подкапотном пространстве для оптимального заряда АКБ. Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение должно подводиться к батарее и наоборот. Величина термокомпенсации достигает до 0,01 В на 1°С. Некоторые модели выносных регуляторов имеют ручные переключатели уровня напряжения (зима/лето).
Электрическая система современного автомобиля отличается высокой сложностью. От ее исправной работы зависит функционирование практически всех систем, от аппаратуры контроля и управления двигателем, до ходовых фар, указателей поворота и стеклоподъемников. Сердце электросети — автомобильный генератор. Интересно то, что с усложнением конструкции автомобиля, принцип действия и устройство генератора осталось практически неизменным.
Основные конструкционные детали генератора:
Некоторые генераторы дополнительно оснащаются различными датчиками и электронными реле, но принцип остался тот же — ротор вращается на двух подшипниках в электромагнитном поле статора и вырабатывает ток требуемого напряжения. Приводится в движение ротор от ремня, соединенного с валом двигателя.
Если не затрагивать электронную часть, то наиболее распространенная неисправность генератора — выход из строя подшипника. Их у генератора два — передний и задний. Передний подвержен большим нагрузкам, поэтому делается более массивным и прочным. Задний испытывает меньшие воздействия, часто он запрессовывается в корпус или вал ротора и не подлежит замене.
Каталог подшипников генератора включает десятки позиций, среди которых преимущественно роликовые радиальные однорядные подшипники. Но есть и двухрядные, и шариковые. Все подшипники генератора принадлежат к закрытому типу, что предполагает надежную защиту от проникновения влаги и грязи в узел вращения и обеспечивает длительный срок эксплуатации. Подшипники радиальные шариковые по ГОСТ выходят в среднем до 100 000 км, роликовые — несколько больше.
Но не следует стремиться заменить снятый подшипник на более выносливый другой конструкции — устанавливать можно только аналогичный, рекомендованный производителем. Вращение вала статора происходит с высокой скоростью, а расстояние от обмоток ротора и статора очень маленькое. Малейший перекос оси вращения может привести к необратимой поломке. Подшипник испытывает радиальные нагрузки от натяжения ремня, поэтому должен быть надежно закреплен в корпусе. Подбор запчасти для замены следует делать исключительно по рекомендациям автопроизводителя.
Каталог шариковых подшипников компании «Арсенал-подшипник» содержит много моделей известных производителей мира, которые с успехом заменяют отечественные на автомобилях прежних лет выпуска. Также можно найти и российские изделия достойного уровня качества, характеризующиеся не меньшим пробегом, но более доступные по цене. Много артикулов содержит и каталог подшипников ступиц для легковых и грузовых авто. Выбор можно сделать по индексу детали или VIN-коду автомобилей или спецтехники различных брендов.
Трехмерная иллюстрация системы валогенератора, Источник: Wärtsilä SAM Electronics
Валогенератор подходит для судов с дизель-механической движительной установкой для всех возрастов.
4-тактные вспомогательные двигатели меньшего размера по сравнению с более крупными 2-тактными главными двигателями, как правило, менее эффективны, поскольку имеют более высокий расход топлива, что приводит к более дорогостоящим операциям и более высоким выбросам. На судах существует множество различных типов и конфигураций вспомогательных и главных двигателей, но подавляющее большинство используют большие двухтактные двигатели в сочетании с меньшими вспомогательными двигателями.Валогенератор на этот более эффективный двигатель может быть установлен непосредственно на главный приводной вал или с коробкой передач на главный вал. В качестве резерва или усилителя для основного двигателя существуют также валогенераторы, которые можно использовать в качестве электродвигателя, приводимого в действие мощностью вспомогательного двигателя.
Последние конфигурации валогенераторов можно использовать независимо от скорости вала и поддерживать стабильное выходное напряжение и частоту; это позволяет оптимизировать каждый маршрут с помощью параллельной вспомогательной операции.Использование валогенераторов может снизить затраты на техническое обслуживание и смазку вспомогательных двигателей. Количество вспомогательных двигателей или размер вспомогательных двигателей также может быть уменьшено. Использование валогенераторов вместо вспомогательного двигателя для выработки электроэнергии обычно также снижает уровень шума и вибрации.
Установка валогенератора на типичный основной двигатель сама по себе более эффективна, чем выработка той же мощности с помощью меньшего и менее эффективного вспомогательного двигателя, но во многих случаях валогенератор дополнительно увеличивает общую нагрузку основного двигателя ближе к оптимальной. точка нагрузки с минимальным удельным расходом мазута.
Вал-генератор — это опция для многих типов судов, особенно тех, которым требуется большее количество энергии для обогрева или охлаждения, а также для длительных переходов.
Рекомендуемые дополнительные меры включают новые расчеты крутильных колебаний.
Валовые генераторы могут снизить эксплуатационные расходы, сократить выбросы и повысить экологический профиль корабля, но они требуют большего, чем когда-либо, размышления, пишет Стиви Найт
Как объясняет Юсси Пуранен из The Switch, «хотя вспомогательные двигатели по-прежнему необходимы в качестве резервных, использование валогенератора означает, что они могут оставаться на холостом ходу большую часть времени, что значительно снижает эксплуатационные расходы на топливо и техническое обслуживание генераторной установки».
В основном это сводится к тому, что удельный расход топлива (SFOC) двухтактного двигателя ниже, чем у четырехтактных вспомогательных агрегатов, но Пуранен добавляет: «Обычные генераторные установки работают на полной скорости — независимо от потребляемой мощности — для поддержания постоянной частоты сети. в то время как система SG может работать в режиме переменной скорости ».
В то время как наибольшая экономия топлива обычно достигается за счет движения судов с меньшей скоростью, необходимо также сосредоточить внимание на тех (иногда длительных) периодах, когда судно находится в оживленных водах или на подходе к причалу.Это может создать несколько проблем — хотя, по словам Пуранена, речь идет не о самом SG: он «обычно может работать даже почти на нулевой скорости, но у главных двигателей обычно гораздо более узкий диапазон».
Параметры требуют некоторого внимания, говорит Майкл Кранц из Wärtsilä, то есть, «какие обороты двигателя обеспечивают какую мощность». В то время как для большинства рабочих профилей диапазон до 70% от максимальной скорости вращения является достаточно широким, иногда требование снижается до 50%. Для валогенератора это возможно — за определенную плату.«Физика имеет значение: если вы хотите получить ту же мощность на более низкой скорости, вам нужен более высокий крутящий момент; для этого потребуется машина большего размера, — говорит Кранц, — хотя это может убить ваш бизнес ». И, добавляет он, это все еще может быть невыполнимо для самого главного двигателя.
Кроме того, есть небольшая проблема, «которую часто упускают из виду», — говорит Ян Бакман из WE Tech. «В то время как загрузка гостиницы в несколько сотен киловатт — как, например, на нефтяном танкере — может быть покрыта за счет нормального запаса двигателя, это не относится к чему-то вроде большого контейнеровоза, имеющего места для рефрижераторов.Пуранен добавляет, что «на практике» это часто может означать использование главного двигателя на 15% больше.
Для новых судов, чувствительных к выбросам, шахтная генерация также интересна, потому что она может производить электроэнергию из топлива, для которого еще нет, — объясняет Бакман вспомогательный агент DF. Например, WE Tech поставляет ПГ для пары новых газовозов Geogas Maritime LPG, которые будут доставлены этой весной: эти ПГ позволяют сжиженному нефтяному газу покрывать всю электрическую нагрузку в пути, ограничивая дизель-генераторы для работы в гавани и маневрирования.
ДОБАВЛЕННАЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Хотя стандартное решение вырабатывает электроэнергию для сети, это не такой уж большой скачок, чтобы рассмотреть возможность изменения направления и поддержки главного двигателя с помощью электропривода. «Использование валогенератора в качестве бустерного двигателя для снижения пиковых нагрузок может позволить вам выбрать основной двигатель меньшего размера», — говорит Пуранен — это шаг в сторону уменьшения объема двигателя, а не увеличения.
Довольно простой аргумент. Он продолжает: «Если в 99% случаев необходимая тяговая мощность ниже 90% от максимальной, имеет смысл производить оставшиеся 10% мощности, переводя валогенератор в реверсивный режим, используя его в качестве наддувного двигателя для движения. против сильного встречного ветра или сквозь лед.”
Конечно, это реверсирование мощности означает запуск генераторных установок или использование аккумуляторной батареи для питания валогенератора.
Кроме того, есть режим «забери меня домой», в котором, если есть проблема с главным двигателем, можно оставить валогенератор для привода гребного винта. Это гораздо более медленный транзит с низким энергопотреблением, но он может вернуть корабль в безопасное место.
ТОПОРЫ
К преимуществам также относится лучшее энергопотребление.
«Спрос на бортовую электроэнергию снижается, освещение современное, а вентиляторы и другие системы теперь имеют регулировку скорости», — говорит Кранц.Итак, теперь эффективность сдерживается в первую очередь тяговым усилием.
Для некоторых судов валогенераторы могут иметь решающее значение. Широкий спектр судов, таких как балкеры и газовозы, имеют относительно большие двигатели мощностью 1,5 или 2 МВт, «но их гостиничная нагрузка примерно такого же размера или даже меньше», — объясняет он. Учитывая это, можно переключать питание с одного на другой с полным контролем скорости с помощью частотно-регулируемого привода.
Эти частотно-регулируемые приводы позволили сэкономить валогенераторы, добавляет Томас Хартманн из DNV GL, указывая на то, что в более старых версиях использовалось постоянное передаточное число, и они часто были довольно просто подключены к сети, но «колебания скорости гребного вала создавали колебания в частота».Из-за этого были напряжены параллельно расположенные генераторные установки на судовой решетке и возникло больше проблем при использовании гребных винтов с регулируемым шагом. В результате VFD теперь занимают центральное место в большинстве современных инсталляций.
Они также помогли освободить размеры других систем. «Иногда вы можете захотеть инвестировать в SG немного большего размера, чем вам нужно для повседневного использования, просто чтобы удовлетворить спрос», — говорит Кранц. Либо «это означает, что вам не нужно устанавливать негабаритные и дорогие генераторные установки для того, чтобы ваши двигатели работали, скажем, на тридцать минут один раз в неделю», либо, в качестве альтернативы, это может позволить более широкое использование гребных винтов с регулируемым шагом, «поскольку некоторые суда могут использовать большую часть подхода к причалу на SG и CPP в комбинаторном режиме, — говорит он, — хотя вы должны учесть относительные достоинства на этапе проектирования.
ЧЕТЫРЕХТАКТНЫЙ
Самым очевидным домом для ПГ могут быть большие двухтактные корабли, но они далеко не единственное применение: танкеры СПГ успешно сочетают ПГ с четырехтактными двигателями DF, сжигающими отходящий газ в течение некоторого времени, — говорит Кранц.
Хотя, по общему признанию, не так эффективен, как их более крупные низкоскоростные собратья, четырехтактные двигатели SG все же имеют одну или две хитрости. Например, с их помощью можно разместить экономичные индукционные генераторы на цилиндрической части редуктора.«Индуцированное» магнитное поле требует очень плотной посадки между короткозамкнутым ротором и ротором — это нелегко сделать на типичном линейном двухтактном двигателе; для перемещения вала требуется больший воздушный зазор.
Кроме того, крепление коробки передач также позволяет просто отключить двигатель и упростить обслуживание.
ГИБРИДЫ
Еще больше возможностей открывается при соединении SG с батареей … «тем более, что теперь батареи становятся намного дешевле и эффективнее», — говорит Пуранен.
Однако существует более одной гибридной конфигурации. «Есть знакомый метод — вы покупаете батарею и инвертор и подключаете их через главный распределительный щит», — говорит Кранц. «Но мы увидели, что за небольшую дополнительную плату можно расширить ВОМ / PTI и подключить аккумулятор к основному преобразователю частоты SG».
Это дает преимущества. Направление мощности через шину постоянного тока к выделенным инверторам крупных потребителей, таких как носовые подруливающие устройства или большие компрессоры, «может повысить эффективность до 35%», — говорит Бакман, поскольку это позволяет избежать потерь при распределении и преобразовании, а также позволяет лучше контролировать запускать.
Этот подход применим как к двухтактным, так и к четырехтактным двигателям; Решение Wärtsilä в настоящее время изучается компанией Finnlines (входит в группу Grimaldi) на борту двух паромов Superstar, используемых на переходах через Балтийский регион. Кранц объясняет, что в этих новостройках будут индукционные ПГ, соединенные с главными двигателями Wärtsilä 46F: это включает в себя управление подруливающим устройством, ПГ, который работает как генератор или двигатель для обеспечения режима наддува двигателя, а также накопитель энергии. «Они также попросили об эффективной подзарядке аккумулятора», — объясняет Кранц.«Вы можете подключиться к береговому источнику питания, если таковой имеется, или вместо этого использовать аккумулятор, чтобы не сжигать топливо у причала».
НА ДРУГОМ КОНЦЕ
Безусловно, поставка типичного дальномагистрального VLCC с валогенератором — отличная ставка, так как это обычно может снизить расход топлива «примерно на 5%» в целом, говорит Мун Хва Юнг из DNV GL Korea. Когда речь идет о двухтопливных судах, как эксплуатационные расходы, так и экологическая экономия потенциально могут быть даже больше.
Несмотря на все это, физические размеры также играют большую роль в определении того, возможна ли установка SG, объясняет Бён Хун Квон из Центра перспективных исследований KSOE.
Фактически, для двухтактных линейных установок требуется удлинение промежуточного вала на 2 м или более.
В результате Hyundai Electric & Energy Systems, KSOE и HHI объединились, чтобы разработать генератор, устанавливаемый непосредственно на двигатель (EMG), первая модель мощностью 1,3 МВт в сочетании с большим главным двигателем мощностью 24,5 МВт на борту нового 318000 машин SK Shipping. dwt VLCC.
И Квон, и его коллега по HHI Чон Хо Сон подчеркивают, что основным принципом выработки электроэнергии EMG является «проверенная технология», но его главное отличие заключается в компоновке структуры, подобной компакт-диску, и ее непосредственной связи с главным двигателем.
Это привело к проблемам в развитии, — говорит Сон.
Производительность EMG определяется размером, но в то же время более крупный механизм либо по диаметру, либо по глубине увеличивает статическую нагрузку на коленчатый вал. Он объясняет, что это обеспечивает физический предел, поэтому конструкция требует тщательной адаптации к конкретным нагрузкам двигателя.
Кроме того, он находится на месте, обычно занимаемом гасителем крутильных колебаний или настроечным колесом. Фактически, дополнительная масса самого EMG может смягчить проблему, но она требует тщательной интеграции с двигателем, иначе она будет увеличивать, а не уменьшать крутильные колебания на линии карданного вала.
Учитывая все это, стабильность выходного сигнала EMG в условиях работы основного двигателя была тщательно протестирована и подтверждена DNV GL, HHI Group и SK Shipping.
Это стоящая разработка, несмотря на усилия: «Эти особенности сокращают длину монтажного пространства на 40% по сравнению с обычным SG, — добавляет Сон, — без промежуточной коробки передач».
В результате увеличивается емкость резервуара. Квон объясняет, что исследование достаточно стандартного танкера для сжиженного нефтяного газа показало, что замена EMG на валогенератор в обычном машинном отделении позволила увеличить грузовое пространство, «которое увеличилось с 90 000 м3 до 91 000 м3, добавив 1 000 м3 газа».
Кроме того, это обещает минимизировать затраты верфи. По словам Квона, возможность установить и проверить как валогенератор, так и двигатель перед доставкой сокращает время и усилия на установку: поставка полностью интегрированного блока делает обычно сложную процедуру центровки намного проще и короче.
СТАНКИ ПМ
Совсем недавно валогенераторы стали использовать машины с постоянными магнитами (PM), разработанные компаниями The Switch и WE Tech.
В то время как блоки PM меньшего размера существуют уже более века, блоки необходимого мегаваттного масштаба, пригодные для транспортировки, были правдоподобными только с учетом недавних разработок в отношении состава материалов постоянных магнитов, которые привели к увеличению плотности мощности.
Они не нуждаются во внешнем источнике энергии, поскольку магнитное поле является естественным, а не питается, объясняет Пуранен, добавляя, что это дает «значительно более компактный, более простой и надежный с механической точки зрения генератор». Кроме того, более высокая удельная мощность означает, что «их легче установить в линию, где пространство ограничено», — говорит Бакман, добавляя, что они, как правило, практически не требуют обслуживания.
Однако «бесплатного обеда не бывает», — говорит Хартманн, и Пуранен признает, что было что-то вроде проблемы, которую нужно было преодолеть.Магнитное поле этих машин с ПМ является внутренним, поэтому — в отличие от других разновидностей — они не перестают работать при отключении питания.
В результате наиболее эффективные линейные генераторы PM SG стали предметом особого внимания классовых обществ. Если нет муфты для разъединения генератора, «вал все время движется… и даже при возникновении неисправности в машине он будет продолжать вкладывать энергию в неисправность», — говорит Хартманн.
Кроме того, хотя в идеале SG должен быть отключен в течение нескольких минут, «это просто невероятно для больших линейных машин PM», — добавляет он.
Кранц отмечает, что по тем же причинам «при установке их в сосуд с одним валом обсуждение имеет решающее значение, поскольку при некоторой неисправности в SG вы должны остановить главный двигатель и при этом соблюдать особые правила резервирования».
«Всем машинам PM может потребоваться дополнительная электрическая защита», — говорит Хартманн. Однако ответ DNV GL состоит в том, чтобы учесть скользящую шкалу ответа. Он объясняет: «В так называемом резервировании класса 3 мы уравновешиваем риск отказа, запрашивая дополнительную защиту машины, а также более качественную обмотку и другие требования к конструкции и испытаниям, так что мы достигаем точки, когда внутренняя неисправность является разумно маловероятной.Тогда мы примем, что для остановки вращающегося магнитного потока потребуется больше времени ».
Итак, валогенераторы с постоянным магнитом нуждаются в уходе, но они являются важной частью предложения. Стоит отметить, что при нажатии команды KSOE и HHI сообщили MS, что «машинная версия EMG с постоянным магнитом» находится в стадии разработки. Учитывая это, предварительная заводская интеграция с двигателем имеет большое значение. Работать с этими большими магнитами «непросто», — объясняет Хартманн; это может быть преуменьшением: Кранц лишь отчасти шутит, когда добавляет, что неосторожно «может никогда больше не увидеть их ящик с инструментами».
Это позволяет главному двигателю и силовым установкам работать с переменными скоростями
, в том числе при оптимальных оборотах двигателя и шаге гребного винта, без влияния
на доступность электроэнергии на судне.
Когда судно
может работать при оптимальных оборотах двигателя и шаге гребного винта, оно ходит более эффективно (с меньшим расходом топлива) и плавно (с минимальными колебаниями гребного винта
, которые вызывают износ).
Позволяя судну двигаться таким образом, привод HSG снижает расход топлива
и выбросы, а также — за счет снижения вибрации —
снижает затраты на техническое обслуживание силовой установки.
Дополнительная мощность или тяга.
Генератор
AnsaldoEnergia сфокусировалась на турбогенераторах
с начала 1920-х годов, когда мы начали нашу первую очередь-
производство охлаждаемых турбогенераторов.С того времени,
Ansaldo Energia постоянно совершенствует
Портфель услуг OEM и не-OEM.
Сегодня Ansaldo Energia также может предложить полные
обслуживание, восстановление и модификация
услуги на сторонних турбо-
генераторы.
Линия валов генератора предлагает комплексные решения
для турбо- и гидрогенераторов в широком диапазоне
приложений, используя внутренние ресурсы,
запатентованные ноу-хау и технологии, а также
глобальная сеть внешних поставщиков.
Механический ремонт, частичный или полный ремонт статора
ветры, ремонт магнитопровода (в том числе частичный
повторная укладка) являются некоторыми примерами полного диапазона
высокотехнологичных услуг, которые мы предоставляем нашим
Клиенты.
Ansaldo Energia может обслуживать широкий спектр
турбогенераторных технологий для планируемых
и незапланированные перебои в обслуживании, охватывающие
следующие виды:
• Турбогенератор с воздушным охлаждением
• Косвенно H
2
-охлаждаемый турбогенератор
• H
2
-ЧАС
2
Турбогенератор с водяным охлаждением
• Гидрогенератор
Работа WeKnowOur
Знания и опыт Ansaldo Energia
происходит от:
• Вековой опыт в дизайне и
производство электрических машин для энергетики
производство
• Около 500 блоков с воздушным охлаждением в 10–330 МВА
ассортимент разработан и производится с 1950 года.
• Более 200 блоков мощностью 40-1220 МВА
охлаждается водородом и водородом + вода,
спроектированы и изготовлены за последние 60 лет
• Около 40 лет технологического
соглашения с GE и ABB
• Более 500 генераторов с явным полюсом
выпускается с 1950 г.
• Сильный продуктовый портфель, объединяющий все типы
турбогенераторов, независимо от того, в том числе
все охлаждающие среды и типы растений (ископаемые,
газовые, геотермальные) и гидроагрегаты для низкоэнергетических
средне-высокая скорость.
команда может предоставить вам технологические знания
как OEM по каждому типу технологий.
Гибкий подход, проактивный
структура и узкоспециализированные компетенции
над различными технологиями, мы опираемся на
Знания OEM и возможности нашей организации
опыта, чтобы научиться работать, как
на автопарке OEM и на генераторах сторонних производителей.
Судовой асинхронный валогенератор нового типа имеет преимущества регулируемого возбуждения и коэффициента мощности по сравнению с традиционным синхронным валогенератором и получил широкое распространение. Однако традиционная система имитации синхронного валогенератора до сих пор используется в отечественных симуляторах судовых электростанций, что серьезно ограничивает обновление подготовки экипажей.Чтобы преодолеть нехватку системы моделирования валогенератора с двойным питанием для симулятора судовой энергетической установки, в данной статье впервые создается математическая модель судовой системы вала с двойным питанием в соответствии с характеристиками машины с двойным питанием и судовой валогенератор. В этой статье реализовано разделение мощности за счет ориентации магнитного потока статора, а также моделируется и анализируется асинхронный валогенератор в подсинхронных рабочих условиях. Тенденция изменения каждой физической величины в форме волны моделирования соответствует математическим соотношениям фактической физической величины, что доказывает правильность математической модели и закладывает теоретическую основу для разработки системы моделирования асинхронного валогенератора.
Судовой асинхронный валогенератор отличается от традиционного синхронного валогенератора. Он имеет много замечательных характеристик, но традиционный синхронный валогенератор не имеет таких характеристик. Эти замечательные характеристики включают регулируемый коэффициент мощности, широкий диапазон изменения скорости и небольшую емкость преобразователя. Емкость преобразователя — это всего лишь мощность скольжения. Он подходит для систем выработки электроэнергии с регулируемой скоростью и постоянной частотой, таких как частота вращения главного двигателя корабля, которая часто изменяется из-за сложных и изменчивых морских условий.Поэтому асинхронный генератор больше подходит для судового валогенератора, чем синхронный генератор. Статор морского асинхронного валогенератора подключен к морской электросети, и обмотка ротора обычно обеспечивает трехфазный низкочастотный ток возбуждения с регулируемой амплитудой, частотой, чередованием фаз и фазой через сдвоенный преобразователь ШИМ [1] .
Судовой асинхронный валогенератор — это новый тип судового валогенератора, который выполняет функцию энергосбережения и защиты окружающей среды и постепенно заменит традиционный синхронный валогенератор.Он будет способствовать обновлению системы судовых валогенераторов и постепенно выйдет на лидирующие позиции в системе судовых валогенераторов. Однако обновление морского механического и электрического оборудования поставит перед морскими инженерами или инженерами-электриками задачу обновления знаний и навыков эксплуатации. Также большой трудностью является повышение уровня управления и опыта эксплуатации системы судового асинхронного валогенератора за короткое время.Эффективный метод — использовать симулятор судовой электростанции, чтобы обучить их, не управляя реальным кораблем.
Но в настоящее время в имитаторе морской электростанции нет судовой системы асинхронного валогенератора. В сложившейся ситуации обучение экипажа морского асинхронного валогенератора проводится только на базе синхронного валогенератора в устной форме, без реальной работы на судовом асинхронном валогенераторе. Это значительно отстает от обновления существующего электромеханического оборудования.Создание системы моделирования судового асинхронного валогенератора имеет большое значение для содействия развитию судовых электронных и электрических технологий и даже для развития судоходства.
Необходимым условием для разработки системы моделирования судового асинхронного валогенератора является правильное математическое моделирование системы. Правильность и достоверность математической модели очень важны, потому что только правильная и полная математическая модель может точно отражать типичные характеристики и динамический процесс в реальном времени системы судового валогенератора [2, 3].
В соответствии с принципом работы судового главного двигателя и валогенератора структурная схема судовой асинхронной валогенераторной системы спроектирована, как показано на рисунке 1. Система использует избыточную мощность главный двигатель приводит в движение воздушный винт для привода асинхронного генератора для выработки электроэнергии. Скорость вращения вала главного двигателя корабля будет изменяться в зависимости от состояния моря и водного пути, что привело к соответствующему изменению скорости ротора (обозначенной буквой n , как показано на рисунке 1) асинхронного генератора.Следовательно, морской асинхронный валогенератор может работать в различных рабочих состояниях, таких как подсинхронизация, синхронизация и суперсинхронизация.
Чтобы гарантировать, что частота выходного напряжения статора морского асинхронного валогенератора является постоянной при различных рабочих условиях, в системе используется двойной ШИМ-преобразователь для реализации возбуждения переменного тока. Двойной ШИМ-преобразователь выпрямляет переменный ток морской электросети в постоянный ток, а затем преобразует его в подходящий переменный ток с определенной амплитудой, определенной частотой и определенной фазой и отправляет его на ротор морского асинхронного валогенератора для возбуждения. .
Предполагается, что обмотка ротора и обмотка статора симметричны, а количество пар полюсов составляет p . Когда на статор асинхронного генератора подается напряжение частотой f 1 , поступающее от судовой электросети, обмотка статора протекает через трехфазный симметричный переменный ток, который создает вращающееся магнитное поле на статоре. . Скорость вращения вращающегося магнитного поля выражается буквой n 1 .Связь между скоростью вращения вращающегося магнитного поля и числом полюсов (обозначается буквой p ) может быть представлена следующей формулой:
Аналогично, когда ток возбуждения ротора с определенной частотой (выражается как letter f 2 ) применяется к трехфазной симметричной обмотке ротора, создается вращающееся магнитное поле относительно самого ротора. Соответствующие скорость и частота выражаются как n 2 и f 2, соответственно, что также соответствует выражению, показанному как формула (1).
Из формулы (1) видно, что частота (выраженная буквой f 2 ) тока возбуждения, исходящего от ротора, определяет скорость (выраженную буквой n 2 ) соответствующего магнитного поля. вращение [4], а последовательность фаз тока возбуждения определяет направление вращения соответствующего магнитного поля [5].
Когда частота судовой электросети составляет 50 Гц, скорость вращающегося магнитного поля статора морского асинхронного валогенератора выражается буквой n 1 .Чтобы гарантировать, что частота (обозначенная буквой f 1 ) напряжения статора морского асинхронного валогенератора постоянна при различных скоростях ротора, синхронная скорость статора (выраженная буквой n 1 ) должна быть постоянной. .
Следующее выражение может быть получено из принципа рисунка 1 и формулы (1):
То есть, когда скорость ротора (обозначается буквой n ) не равна синхронной скорости (обозначается буквой n 1 ) статора, частота тока возбуждения ротора (выраженная буквой f 2, соответствующая скорость вращающегося магнитного поля, выраженная буквой n 2 ) и последовательность фаз тока возбуждения ротора можно отрегулировать, чтобы обеспечить постоянство синхронной скорости статора (обозначенной буквой n 1 ) или соответствующей частоты (обозначенной буквой f 1 ).Есть три различных отношения между фактической скоростью ротора и синхронной скоростью статора. Эти три отношения больше, равны и меньше. Согласно этим трем различным отношениям скоростей морской асинхронный валогенератор будет работать в трех различных состояниях. Это суперсинхронизация, синхронизация и подсинхронизация. В этой статье только обсуждается и анализируется рабочее состояние подсинхронизации морского асинхронного валогенератора.
Перед созданием математической модели морского асинхронного валогенератора необходимо сделать следующие предположения [6]: (1) Обмотка статора и обмотка ротора полностью симметричны, а положение в пространстве составляет 120 ° друг к другу. . Магнитная движущая сила синусоидально распределена по окружности воздушного зазора, и гармоники не учитываются. (2) Эффектом насыщения магнитного пути следует пренебречь. Предполагается, что взаимная индуктивность и самоиндукция обмоток линейны.(3) Влияние частоты и температуры на сопротивление обмотки статора и обмотки ротора будет игнорироваться. (4) Потери на гистерезис и потери на вихревые токи будут проигнорированы. (5) Трение и потребляемая мощность между главным валом гребного винта и коробкой передач. рассматриваться не будет; трение и потребляемая мощность между коробкой передач и ротором пока не рассматриваются. (6) Соглашение о двигателе будет принято в отношении различных физических величин, включая ток, напряжение и магнитную связь статора и ротора.
(1) Выражение баланса энергии . Из рисунка 1 видно, что энергопоглощение морского асинхронного валогенератора состоит из двух частей. Одна часть энергии поступает от главного двигателя корабля, который обозначается буквой P SG . Другая часть идет от преобразователя мощности, который обозначается буквой P C .Две части энергии передаются в судовую электросеть через судовой асинхронный валогенератор. В случае игнорирования потерь в судовой электросети общая выходная мощность морского асинхронного валогенератора равна суммарной мощности, потребляемой всеми нагрузками в судовой электросети [7, 8]. Уравнение баланса энергии системы выглядит следующим образом:
В уравнении баланса энергии, показанном как формула (3), буква P M используется для представления выходной мощности главного двигателя корабля; буква P P обозначает мощность, потребляемую гребным винтом судна; буква P SG используется для обозначения мощности, передаваемой основным двигателем на валогенератор через коробку передач; буква ( P L ) SG обозначает общую мощность, передаваемую судовым асинхронным валогенератором в судовую электросеть; буква P C представляет электрическую мощность, подаваемую двойным ШИМ-преобразователем на сторону ротора асинхронного генератора; формула используется для представления электроэнергии, потребляемой всеми электрическими нагрузками на судне в текущих навигационных условиях; буква означает КПД морского асинхронного валогенератора.
(2) Выражение связи потока . Выражение потокосцепления обмоток статора и обмоток ротора в системе координат d — q описывается следующим образом:
Следы физических величин статора и ротора представлены цифрами 1 и 2, соответственно, в выражении ( 4). Буква L представляет индуктивность, поэтому буква L 1 представляет реактивное сопротивление обмотки статора. Буква R обозначает сопротивление, поэтому буква R 1 обозначает сопротивление обмотки статора.Другие буквы имеют схожее физическое значение.
(3) Выражение напряжения . Выражение напряжения обмоток статора и обмоток ротора в системе координат d — q описывается следующим образом:
В формуле (5) формула, описанная как, используется для представления электрической угловой скорости скольжения; буква D обозначает дифференциальный привод.
Комбинируя формулу (4) и формулу (5), выражение напряжения можно переписать следующим образом:
(4) Выражение мощности статора .Выражение активной мощности статора и реактивной мощности статора можно описать следующей формулой:
Из выражения (7) и формулы (6) видно, что составляющая напряжения и составляющая тока на d — q оси связаны и должны быть развязаны.
Согласно выражению мощности, показанному в формуле (7), активная мощность и реактивная мощность статора определяются составляющими напряжения и тока на d — q ось.Поскольку напряжение и ток оси d — q можно контролировать независимо, можно реализовать разделение активной и реактивной мощности. Чтобы реализовать развязку, вышеупомянутая математическая модель должна быть переписана с ориентацией потока статора в системе координат M — T . Векторное соотношение между различными параметрами статора и ротора в разных системах координат показано на рисунке 2.
Согласно соотношению между параметрами на рисунке 2, выражение мощности (7) может быть переписано в M — Система координат T как формула (8), а взаимосвязь между составляющими тока статора и тока ротора на оси T может быть описана как выражение (9).
В уравнении (9) буква представляет потокосцепление, показанное следующим образом:
Из уравнения (9) можно сделать вывод о том, что сумма двух составляющих тока равна нулю, что описывается следующим образом:
Если потокосцепление статора ориентировано по оси M , потокосцепление (обозначенное буквой) и составляющая напряжения статора на оси T будут постоянными; составляющая напряжения статора на оси M равна нулю, что можно описать следующим образом:
Согласно формуле (9), формуле (10), формуле (11) и формуле (12), активная мощность и реактивная мощность статора, показанная в уравнении (8), может быть переписана следующим образом:
Из уравнения (13) видно, что активная мощность статора (выраженная буквой P 1 ) пропорциональна напряжению статора. составляющая на оси T (обозначенная буквой) и составляющая тока ротора на оси T (обозначенная буквой).Из уравнения (14) видно, что реактивная мощность статора Q 1 связана с тремя физическими величинами, которые включают составляющую напряжения статора на оси T (обозначенную буквой), ток ротора. компонент на оси M (обозначается буквой), а константа обозначается как.
Для реализации развязки на основе выражения (13) управление активной мощностью принимается в качестве внешнего контура управления составляющей тока ротора на оси M , а управление реактивной мощностью используется в качестве внешнего контур управления составляющей тока ротора по оси T .Другими словами, выходной сигнал, генерируемый регулятором мощности, используется как заданный сигнал управления током ротора.
В этой статье составляющая входного тока ротора на оси M и T -оси, обозначенная и, используется для управления выходным током на стороне статора, обозначенной и, соответственно. В сочетании с литературой 9 [9] принято управление IP. Чтобы выражение было более лаконичным, пусть, и. В соответствии с выражением (5) может быть получена следующая формула:
Из формул (15) — (18) есть четыре неизвестных и четыре уравнения [10, 11].После решения четырех неизвестных они переносятся в формулу (13) и формулу (14). Согласно формуле (12) можно получить выражение развязки мощности статора, показанное следующим образом:
Согласно вышеприведенной математической модели, описанной как формула (9) в формулу (16), процесс изменения крутящего момента, скорости, тока, напряжения, реактивной мощности и активной мощности морского асинхронного валогенератора в подсинхронном состоянии получается с помощью программного обеспечения для моделирования под названием Matlab / Simulink.
В соответствии с рабочим механизмом морского асинхронного валогенератора, функциональными характеристиками преобразователя на стороне ротора и преобразователя на стороне сети модуль моделирования части системы, показанный на рисунке 3, построен в среде Simulink.
В моделировании значение напряжения на шине постоянного тока (обозначается буквой U DC ) составляет 460 В. Линейное напряжение судовой электросети установлено на 190 В, а коэффициент трансформации трансформатор 380/190.Трехфазная симметричная чисто резистивная нагрузка ( R = 50 Ом) соединена звездой. Если предположить, что частота вращения главного двигателя корабля постоянна, крутящий момент морского асинхронного валогенератора составляет 5 Н · м, что позволяет ему работать в подсинхронном состоянии. Параметры морского асинхронного валогенератора показаны в таблице 1.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Когда судно стабильно движется по морю на полной скорости, он с постоянным крутящим моментом направляется в морской асинхронный валогенератор.
Судовой асинхронный валогенератор запускается при этом крутящем моменте, а скорость ротора будет постепенно увеличиваться и достигать стабильного состояния. Соответствующий сигнал скорости показан на рисунке 4.
На рисунке 4 примерно через 1,6 с скорость ротора может быть в основном стабильной, примерно 1340 об / мин, что ниже, чем синхронная скорость (обозначается буквой ). № 1 ).Синхронная скорость составляет 1500 об / мин, потому что полюсов (обозначенных буквой p ) два, как показано в Таблице 1. Судовой асинхронный валогенератор будет работать в подсинхронном состоянии.
Когда судно устойчиво движется на полной скорости по морю, крутящий момент, передаваемый на морской асинхронный валогенератор, будет постоянным, и соответствующий процесс изменения электромагнитного крутящего момента морского асинхронного валогенератора показан на рисунке 5.
Когда время (обозначенное буквой t ) равно нулю, морской асинхронный валогенератор запускается от крутящего момента главного двигателя. В течение периода пуска 0–1,6 с форма кривой крутящего момента сильно меняется. После 1,6 с стабильности электромагнитный крутящий момент составляет около -5 Н · м. Электромагнитный момент отрицательный, что означает, что направление электромагнитного момента противоположно направлению скорости ротора.
Линейное напряжение между фазой A и фазой B преобразователя на стороне ротора показано на рисунке 6, которое составляет около 460 В и в основном стабильно и обеспечивает возбуждение ротора.Значение напряжения, показанное на рисунке 6, соответствует значению настройки напряжения 460 В промежуточной шины постоянного тока с двойной ШИМ. Из рисунка 6 видно, что частота напряжения относительно высока до 1,6 секунды на этапе запуска морского асинхронного валогенератора, а через 1,6 секунды частота становится ниже и почти не меняется. Форма волны напряжения обычно стабильна. А судовой асинхронный валогенератор находится в стабильном подсинхронном состоянии.
Составляющие напряжения и тока ротора на оси d и q -оси показаны на рисунках 7 и 8. , который обычно составляет около 1,6 секунды. Нестабильное состояние до 1,6 секунды определяется как процесс запуска морского асинхронного валогенератора.
Из рисунков 7 и 8 видно, что компоненты напряжения ротора и тока ротора на оси d и q -оси после стабилизации постоянны, без чередования, а частота равна нулю. .
Форма волны тока ротора фазы A показана на рисунке 9 (a), а форма волны тока ротора фазы ABC показана на рисунке 9 (b). Морской асинхронный валогенератор переходит в стабильное состояние примерно через 1,6 секунды после запуска, а величина и частота тока возбуждения ротора остаются неизменными после стабилизации.
Формы моделирования сигналов активной и реактивной мощности в подсинхронном состоянии показаны на рисунке 10.Отрицательный знак, показанный на рисунке 10, означает выходную мощность генератора. Реактивная мощность и активная мощность стабилизируются через 1,6 секунды, а реактивная мощность (обозначенная буквой Q 1 ) равна примерно нулю после стабилизации, активная мощность (обозначенная буквой P 1 ) равна примерно постоянный.
Чтобы отобразить тенденцию изменения тока фазы A статора и напряжения фазы A в одной и той же координате, ток усиливается в −10 раз.Увеличение отрицательное, потому что в процессе моделирования используется моторное соглашение; фаза напряжения и тока противоположна. В противном случае, поскольку значение тока слишком мало, изменение течения тока нельзя будет четко увидеть в той же системе координат, что и напряжение. Форма волны моделирования формы волны напряжения статора и тока статора показана на рисунке 11 (a) с отрицательной десятикратной формой волны тока.
Из рисунка 11 (а) видно, что период напряжения статора А-фазы и тока А-фазы равен 0.02 с. То есть частота 50 Гц. Поскольку данная нагрузка представляет собой чисто резистивную нагрузку, напряжение и ток в результатах моделирования имеют одинаковую частоту и фазу, а фактическая форма волны тока фазы А статора показана на рисунке 11 (b).
Напряжение и ток фазы А статора на рис. 11 (а) имеют одинаковую частоту и одинаковую фазу. Можно сделать вывод, что реактивная мощность равна нулю, что согласуется с формой сигнала моделирования нулевой реактивной мощности, описанной на рисунке 10, и согласуется с предпосылкой моделирования, что нагрузка представляет собой чисто резистивную нагрузку.
Ток фазы А статора (пиковое значение составляет около 3 А) показано на рисунке 11 (b), а напряжение статора (пиковое значение составляет около 160 В) показано на рисунке 11 (a), и может быть рассчитана соответствующая мощность, включая активную мощность и реактивную мощность; коэффициент мощности также может быть рассчитан. Расчетная активная мощность составляет около 720 Вт, реактивная мощность равна нулю, соответствующий коэффициент мощности равен 1. Расчетные результаты согласуются с формами сигналов моделирования, показанными на рисунке 10.
Согласно расчетной активной мощности 720 Вт и скорости 1340 об / мин, описанным на рисунке 4, соответствующий крутящий момент может быть рассчитан при условии моделирования, который составляет около 5 Н · м. Результаты расчета крутящего момента согласуются с формой волны электромагнитного моделирования, показанной на рисунке 6.
Согласно кривой скорости 1340 об / мин, показанной на рисунке 4, можно рассчитать соответствующую частоту скорости ротора, которая составляет около 44,7 Гц. Сумма этой частоты со значением 44.7 Гц, а частота тока возбуждения ротора, показанная на рисунке 9 (около 5,5 Гц), составляет 50,17 Гц, что в основном соответствует соответствующей частоте (50 Гц) синхронной скорости статора, поскольку при чтении изображений могут быть некоторые ошибки.
Аппаратная часть экспериментальной платформы морского асинхронного валогенератора в лаборатории в основном включает в себя главную схему и схему управления, которая в основном состоит из двигателя переменной частоты, используемого для моделирования главного двигателя корабля, асинхронного генератора, трансформатор, преобразователь частоты, двойной преобразователь ШИМ, реакторы и реле, подключенное к сети.Принципиальная схема показана на рисунке 12.
На рисунке 12 городская мощность на стене лаборатории используется для моделирования судовой электросети 380 В. Преобразователь частоты приводит в действие двигатель переменной частоты, имитирующий главный двигатель корабля. Устанавливаются разные частоты для имитации скорости основного двигателя в разных рабочих условиях. Двигатель переменной частоты приводит в действие асинхронный генератор для выработки электроэнергии. Вышеупомянутое оборудование вместе составляет экспериментальную платформу морского асинхронного валогенератора.Выходное напряжение статора валогенератора с двойным питанием может быть подключено к электросети корабля через главный выключатель, показанный на Рисунке 12, после понижающего трансформатора. Коэффициент трансформации трехфазного трансформатора равен 2 (380/190). В то же время напряжение подается на выпрямительный каскад двойного ШИМ-преобразователя. А инверторный каскад двойного ШИМ-преобразователя выдает синусоидальный переменный ток на ротор генератора с двойной подачей на валу для возбуждения.
Аппаратная схема экспериментальной платформы показана на рисунке 13.Мощность преобразователя частоты, двигателя переменной частоты и асинхронного генератора составляет 3,7 кВт, 7,5 кВт и 6 кВт соответственно, а пары полюсов двигателя переменной частоты и генератора с двойным питанием равны 2. Максимальная скорость двигатель с регулируемой частотой и генератор с двойным питанием — 1800 об / мин.
Скорость моделируемого главного двигателя устанавливается преобразованием частоты, и в то же время ротор асинхронного генератора приводится во вращение. Частота преобразователя частоты изменяется, чтобы реализовать изменение скорости главного судового двигателя, моделируемое двигателем с регулируемой частотой.Скорость ротора стабильна на уровне 1340 об / мин за счет изменения частоты преобразователя частоты. Судовой асинхронный валогенератор будет работать в подсинхронном режиме. Нагрузка в эксперименте представляет собой трехфазную симметричную нагрузку с чистым сопротивлением (обозначенную буквой R L , R L = 50 Ом), соединенную звездой.
Кривые экспериментальных результатов показаны на рисунках 14–16.
Стабильная форма волны напряжения шины постоянного тока показана на рисунке 14, и она составляет 460 В после стабилизации, что закладывает основу для обеспечения подходящего тока возбуждения ротора. Экспериментальная форма волны согласуется с формой волны моделирования 460 В, показанной на рисунке 6.
Экспериментальная форма волны трехфазного тока обмотки ротора во время стабильной подсинхронной работы показана на рисунке 15.
Период тока возбуждения ротора в подсинхронном стабильном состоянии можно считать из рисунка 15 следующим образом:
Из формулы (20) период (обозначенный буквой T ) тока возбуждения ротора составляет 0,18 секунды. Можно рассчитать, что частота тока возбуждения ротора (обозначенная буквой f 2 ) равна:
Из-за наличия ошибки в считывании графиков расчетная частота, описываемая как формула (21), в основном согласуется. с частотой скольжения, соответствующей частоте вращения ротора 1340 об / мин.А частота скольжения представлена буквой f s , что показано в следующей формуле:
Напряжение и ток фазы A статора показаны на рисунке 16.
Чтобы иметь возможность видеть тенденцию изменения и фазовое соотношение напряжения и тока в той же системе координат, форма выходного сигнала экспериментальный ток, показанный на рисунке 16, был в 4 раза больше фактического тока.Из рисунка 16 видно, что напряжение и ток статора представляют собой синусоидальный переменный ток с тем же периодом и одинаковой частотой, амплитуда напряжения составляет 160 В, а амплитуда тока составляет около 3 А. Период (представленный letter T ) можно рассчитать следующим образом:
Фаза между током статора фазы A и напряжением статора фазы A противоположна. Причина в том, что направление тока при экспериментальном измерении противоположно фактическому направлению тока генератора.Фактическое направление формы волны тока противоположно форме волны тока на Рисунке 16. Разность фаз составляет 180 °, как показано на Рисунке 16. Следовательно, на Рисунке 16 тенденция изменения выходного напряжения статора и тока статора согласуется с этим. сигнала моделирования, показанного на рисунке 11.
Из сравнения формы волны моделирования и экспериментальной формы волны можно сделать следующие выводы: (1) Значение, частота и тенденция изменения параметров статора и ротора на диаграмме моделирования согласуются с экспериментальными результатами.(2) Поскольку влияние температуры, частоты и других физических параметров на сопротивление обмотки статора и ротора игнорируется в процессе моделирования, результаты моделирования обычно более гладкие, чем экспериментальные, а гармоники меньше. (3) Приведенные выше результаты моделирования хорошо согласуются с реальной ситуацией, что доказывает правильность математической модели, которая помогает при разработке симулятора морского асинхронного валогенератора.
В этой статье проводится моделирование и подсинхронное моделирование нового морского асинхронного валогенератора. Соотношение между физическими величинами в форме волны моделирования соответствует реальной ситуации, которая подтверждается экспериментами. Согласованность результатов моделирования и экспериментальных форм сигналов доказывает правильность математической модели. Он закладывает теоретическую основу для разработки системы виртуального моделирования и системы диагностики неисправностей морского асинхронного валогенератора, которая полезна для обучения экипажа.
В эту статью включены все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
DC-Hub EBL Одноприводный валогенератор с постоянными магнитами Привод Одинарные приводы Преобразователи с воздушным охлаждением
Валовые генераторы с постоянными магнитами (PM) предлагают судам беспрецедентные преимущества, включая высокую удельную мощность, лучшую надежность и более низкие эксплуатационные расходы.
Более высокая эффективностьВалогенератор с постоянными магнитами обеспечивает высокую эффективность во всем рабочем диапазоне, значительно сокращая расход топлива. Машина с постоянным магнитом обычно на 2–4% эффективнее при полной нагрузке и на 10% эффективнее при частичной нагрузке по сравнению с асинхронными машинами. Такой КПД обусловлен отсутствием потерь тока в роторе, отсутствием возбудителя и уменьшенными потерями в обмотке.
Высокая удельная мощностьСинхронный генератор на валу с постоянными магнитами содержит неодим-железо-борные магниты (NdFeB), материалы с очень высокой плотностью магнитного потока, что делает их идеальными для генераторов с регулируемой скоростью во всем диапазоне скоростей.Магнитное поле создается с практически нулевыми потерями.
Гибкость конструкцииБлагодаря улучшенной высокой плотности валогенератор с PM может быть более компактным, легким и меньшим по размеру. Это приводит к большей гибкости при ограниченном пространстве, доступном в конфигурациях корабля.
PM доказали свою высокую надежность и долговечность в чрезвычайно тяжелых условиях эксплуатации во многих промышленных областях.Они обладают отличными характеристиками, устойчивостью к коррозии и температурным режимом. Благодаря усовершенствованному управлению температурным режимом рабочие температуры могут поддерживаться на низком уровне, что, в свою очередь, обеспечивает увеличенный срок службы машины.
Самый широкий ассортиментАссортимент бесщеточных синхронных машин с постоянным магнитом от Switch является самым широким на рынке. Мы предлагаем приводы мощностью от 1 МВт до 10 МВт на низкой, средней и высокой скорости. Машины могут использоваться как генератор или как двигатель.
Наша технология PM соответствует стандартам ведущих мировых классификационных обществ. Они были протестированы, одобрены и сертифицированы для обеспечения максимальной надежности судов и соответствия строгим международным стандартам безопасности и охраны окружающей среды.
Чтобы узнать больше о преимуществах перехода на генераторы на валу с постоянными магнитами, загрузите наш технический документ:
Технический документ:
Создание новых сбережений в морской отрасли
«Механическая динамика и анализ» (MD&A) был привлечен коммунальным предприятием для выполнения ремонта втулки вала со стороны коллектора ротора генератора.Заказчик сообщил, что в роторе генератора повреждено коллекторное кольцо, а также произошло заземление главного вала. На поковочном валу ротора генератора возникли серьезные дуговые и тепловые повреждения.
Утилита весила несколько вариантов ремонта. К ним относятся сварка ротора, которая потребовала бы много времени и средств, а также замена на месте, что потребовало недопустимо долгого времени и высоких затрат. Третий вариант — ремонт короткого вала — оказался лучшим выбором с точки зрения затрат и времени простоя для приносящего доход актива.Компания MD&A спроектировала и выполнила ремонт, который включал отсечение ротора снаружи цапфы коллектора, а затем установку закрепленного болтами короткого вала.
В рамках ремонта конец вала ротора генератора был снят, а закрепленный болтами поворотный вал был установлен в зоне внешнего уплотнения шейки. Чтобы гарантировать отсутствие утечки водорода вокруг этой поверхности фланца, были установлены канавка для уплотнительного кольца и уплотнительное кольцо. Кроме того, чтобы гарантировать, что новое болтовое соединение поворотного вала может выдерживать крутящий момент сборки, а также возбудитель, который болтами прикреплен к валу, специалисты MD&A подготовили расчеты, используя исходное отверстие на конце вала, шпонку, удерживающую натяжную муфту, и болтовое крепление стяжной муфты к возбудителю.
Обработка конца вала ротора включала отрезание ротора сразу за шейкой конца коллектора посередине диаметра наружного масляного уплотнения. После разрыва торцевая поверхность вала была фрезерована, просверлена и нарезана резьба, чтобы учесть фланец с болтовым соединением, центрирующую втулку с внутренней резьбой и канавку под уплотнительное кольцо.
Обработка нового втулочного вала включала в себя все переделанные элементы исходного конца вала коллектора. Поковка была расточена до исходного диаметра отверстия вала, чтобы обеспечить посадку заглушки.На поверхности фланца было обработано 14 сквозных отверстий и вставная втулка с наружной резьбой для крепления болтов к исходному валу. Вал был подвергнут механической обработке с учетом всех посадочных диаметров коллекторных колец, ступицы вентилятора и муфты с натяжкой. Для узла радиальной шпильки коллекторного кольца просверлены четыре радиальных отверстия.
После окончательной обработки втулка вала была проверена на размеры и подвергнута неразрушающему контролю со стороны MD&A. Перед возвратом ротора заказчику были завершены окончательные проверки качества, включая визуальные, габаритные и электрические испытания.