Пропульсивная система с асинхронизированным генератором и синхронным тихоходным электродвигателем

Гибридная пропульсивная система с генератором с двойным питаниемАсинхронизированные генераторы или электрические машины с двойным питанием длительное время применяются для генерации электроэнергии заданной частоты тока при переменной скорости вращения в ветроэлектростанциях. Развитие технологии управления мощными биполярными транзисторами с изолированным затвором позволяет обеспечить управление возбуждением асинхронизированного генератора для получения выходного напряжения, регулируемого по напряжению, частоте и фазе по сложным алгоритмам, подходящим, в том числе, для управления электродвигателями, подключенными к статорной обмотке асинхронизированного генератора.

Хотя управлением электродвигателем за счет регулирования возбуждения асинхронизированного генератора требует разработки специальных алгоритмов управления возбуждением генератора, особенно для электродвигателей с постоянными магнитами, такая схема позволяет снизить мощность применяемого силового полупроводникового преобразователя по сравнению со схемой непосредственного регулирования электродвигателя и увеличить ресурс электродвигателя за счет исключения влияния высокочастотной коммутации на обмотки электродвигателя. Особенно актуально увеличение ресурса изоляции электродвигателя для судовых электрических машин, поскольку часто выемка судовой силовой установки невозможна без частичной разборки палубных конструкций или борта, а в случае повреждения, ремонт изоляции электродвигателя в условиях корабля невозможен.

Для того, чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами, которые дает регулируемый электропривод, в судовых пропульсивных системах применяются синхронные тихоходные высокомоментные электродвигатели с постоянными магнитами в роторе. Такие электродвигатели специально предназначены для работы с регулируемой скоростью вращения, обладают высоким коэффициентом полезного действия и не требуют редуктора для привода гребного винта. Таким образом, коэффициент полезного действия прямого электропривода гребного винта может достигать 98% при том, что масса и габариты синхронного тихоходного электропривода существенно ниже массы других типов тихоходных приводов, например тихоходных дизельных двигателей. 

Применение асинхронизированного генератора и синхронного тихоходного судового электродвигателя позволяет управлять частотой вращения гребного вала при переменной частоте вращения вала генератора, что дает возможность изменять частоту вращения главного генератора в зависимости от требуемой мощности пропульсивной установки. Таким образом, при снижении требуемой мощности имеется возможность снизить частоту вращения двигателя главного генератора, тем самым существенно улучшив режим работы топливных форсунок и расход топлива, и при этом не потеряв возможности плавного управления скоростью гребного вала.

Результаты применения пропульсивных систем с асинхронизированными генераторами и синхронными тихоходными электродвигателями, достигнутые зарубежными судостроителями, позволяют утверждать, что реальная экономия топлива за счет использования этой схемы составляет величины, близкие к 70%.

Успешное выполнение составной части опытно-конструкторской работы по созданию экспериментальной установки для исследования работы пропульсивной системы с асинхронизированным генератором и синхронными тихоходным электродвигателем дало возможность проводить дальнейшие исследования в направлении разработки пропульсивных систем подобного типа для отечественного судостроения. В настоящий момент ООО "СКБ "Протон" готово выполнить разработку пропульсивной судовой системы с асинхронизированным генератором с применением серийных электрических машин и преобразовательной техники отечественного и зарубежного производства для обеспечения создания надежного судового электропривода.