Обеспечивать при необходимости в электростанциях с ВГ и УГ переход на питание потребителей от автономных ГА по сигналу об отклонении контролируемых параметров (частоты вращения, давления пара и др.) от допустимых норм.
Выключать (при отказах) систему ДАУ ГА и вводить в работу резервный ГА вручную; в случае отказа системы при остановке двигателя остановить его вручную;
Проверять нагрузку СЭС по штатным приборам при отключении автомата одного из параллельно работающих генераторов (в случае срабатывания защиты генератора, неисправности ГА или самопроизвольного отключения АВ), при необходимости немедленно выключать часть потребителей или вводить в действие резервный ГА (если не предусмотрен автоматический ввод в действие резервных ГА);
Проверять по штатным приборам (или по сигнализации) пороги загрузки ГА и при необходимости вводить или выводить резервные ГА;
Контролировать по штатным контрольно-измерительным приборам напряжение, частоту тока и сопротивление изоляции сетей, нагрузку ЭС и равномерность ее распределения между параллельно работающими ГА;
Производить ввод и вывод из действия ГА, включение генераторов на шины ГРЩ способом ручной, автоматической или полуавтоматической синхронизации, распределять нагрузку между параллельно работающими ГА, выбирать резервные ГА или устанавливать последовательность пуска резервных ГА;
Предварительный выбор очередности пуска агрегатов и их подключение к сборным шинам ГРЩ.
Автоматическое распределение нагрузки;
Автоматическая синхронизация и подключение;
На судах, на которых нормальное снабжение электрической энергией обеспечивается двумя или более генераторами, работающими параллельно, следует применять средства (например, автоматическое отключение потребителей менее ответственного назначения), не допускающие, при аварии одного из генераторов, перегрузки оставшихся при сохранении хода, управляемости и безопасности судна.
При восстановлении напряжения судовой сети после обесточивания включение ответственных механизмов, необходимых для управления судном, должно осуществляться автоматически по заданной программе, причем не должна возникать перегрузка сети.
В тех случаях, когда при снижении нагрузки электростанции предусматривается автоматическое отключение агрегатов, необходимо, чтобы оно не происходило также и при кратковременных колебаниях нагрузки.
Приводные механизмы генераторов с автоматическим пуском должны быть подготовлены к немедленному пуску.
При неготовности пуска должна быть предусмотрена индикация, предупреждающая о невозможности автоматического пуска агрегата.
Если предусмотрен автоматический пуск находящихся в резерве электрических агрегатов при перегрузке работающих, должно быть обеспечено следующее:
При уменьшении частоты вращения вала или снижении давления пара перед утилизационной турбиной (в случае применения валогенераторов или утилизационных электрических генераторов) до величин, при которых не могут быть обеспечены рабочие значения, автоматически должен пускаться, по крайней мере, один генератор с независимым приводом, обеспечивающий выполнение условий, указанных выше.
Автоматизированные судовые электростанции должны обеспечивать автоматическое или дистанционное включение электрических агрегатов с автоматической синхронизацией, принятием нагрузки и автоматическим распределением нагрузки.
Управление основными электростанциями
Эксплуатация систем управления судовыми электростанциями (СЭС) осуществляется вахтенным механиком, который несет ответственность в соответствии с инструкциями по эксплуатации.
Вахтенный механик при использовании систем управления автоматизированными СЭС должен:
Примечание. При необходимости длительной параллельной работы ГА с низкой нагрузкой (по условиям безопасности плавания) устройство контроля низкой нагрузки, если оно формирует сигнал на остановку части работающих ГА, должно быть временно отключено;
Обо всех случаях отключения АВ генераторов и потребителей вахтенный механик должен немедленно сообщать механику (электромеханику).
При обесточивании судна вахтенный механик должен принять все меры к немедленному восстановлению питания и включению ответственных потребителей, руководствуясь инструкциями, которые должны быть разработаны судовладельцем для каждого типа судна и вывешены в машинном помещении (ЦПУ).
Старший механик и электромеханик по вызову лиц вахтенной службы должны немедленно прибыть в машинное помещение и не покидать его до восстановления нормального режима работы СЭС и устранения причины обесточивания.
Уставки на автозапуск резервных ГА при увеличении нагрузки СЭС рекомендуется регулировать на основе опыта эксплуатации с учетом необходимости сокращения времени одновременной работы нескольких ГА, максимально возможной длительной загрузки первичных двигателей и их технического состояния.
При непосредственной угрозе затопления электрооборудования оно должно быть выведено из действия, а резервные ГА сняты с автозапуска.
Основные типы систем управления СЭЭС.
Системы управления СЭЭС на морских судах отечественной постройки имеют набор из следующих автоматических унифицированных устройств:
- синхронизации (типов УСГ-1П, УСГ-35);
- распределения нагрузки между параллельно работающими генераторами (типов УРЧН, УРМ);
- защиты от обрыва фазы и снижения напряжения при питании с берега (типа ЗОФН);
- звуковой и световой сигнализации (типа УЗС).
На базе указанных функциональных устройств построены системы «Иртыш», «Ижма», «Ижора». В этих системах каждое функциональное устройство выполнено в виде отдельного изделия с индивидуальным блоком питания. Элементной базой функциональных устройств являются транзисторы, диоды, резисторы, магнитные усилители, электромагнитные реле.
Позже стала применяться система управления СЭЭС типа «Ижора-М» с применением микроэлектроники. Эта система предназначена для морских транспортных судов с объемом автоматизации на знак А2 и А1. В состав этой системы входят следующие функциональные блоки автоматизации кассетного исполнения:
- синхронизации генераторов (БСГ);
- распределения активных нагрузок (БРНГ);
- контроля загрузки генераторов (БКЗГ);
- задания резерва (БЗР);
- блокировки пуска мощных потребителей (ББПП);
- контроля параметров генератора (БКПГ);
- контроля изоляции (БКИ).
Современные системы СЭЭС выполнены на базе микропроцессоров и микро-ЭВМ.
Автоматизированные устройства оценки параметров синхронизации
Любой из способов синхронизации может быть выполнен автоматически, полуавтоматически или вручную. Существующие автоматические синхронизаторы обеспечивают практически безударное включение генераторов на шины методом точной синхронизации. Синхронизация считается возможной, если разность напряжений генератора и сети , разность частот , угол сдвига фаз одноименных векторов фазных напряжений генератора и сети φ£10°.
В СЭЭС напряжение генераторов поддерживается постоянным при помощи АРН. Поэтому на долю аппаратуры, осуществляющей синхронизацию, остаются процессы подгонки частоты и определение момента выдачи сигнала на включение генераторного автомата.
Этот сигнал необходимо подавать с некоторым опережением по времени относительно момента совпадения фаз, т.к. автомат имеет собственное время срабатывания.
Принцип действия автоматических синхронизаторов.
По принципу действия различают АС с постоянным временем опережения и постоянным углом опережения. В каждом из них для определения момента выдачи импульса на включение генераторного АВ используется напряжение биения Uб= Uс – Uг.
Для получения этого и других напряжений, применяемых в синхронизаторах, используют схему с гипотетическими трансформаторами.
На схеме (рис. 1) трансформаторы TV1 и TV2 включены на напряжения работающего и подключаемого генераторов. Вторичные обмотки подключены одноименными выводами а1 и а2 к первичной обмотке трансформатора TV3. Поэтому на ней образуется напряжение биения Uб с амплитудой, равной двойной амплитуде фазного напряжения. Частота скольжения зависит от частоты сети и генератора.
Рисунок 1- Схема гипотетического трансформатора
Выпрямленное напряжение биения Uбвыпр получается при помощи диодов VD1 и VD2 в цепи вторичной обмотки w3.
Производная напряжения огибающей Us¢ = dUs/dt представляет собой напряжение, полученное при помощи дифференцирующей цепочки R2-C2 в цепи вторичной обмотки w5.
Суммарное напряжение (Us + U¢s) на резисторе R3 вцепи вторичной обмотки w6 получено совмещением схем цепей обмоток w4 и w5
Применение напряжения (Us + U¢s) позволило создать автоматические синхронизаторы с постоянным временем опережения. В таких синхронизаторах импульс на включение генераторного АВ выдается в точках L, M или N содним и тем же временем опережения ton, равным собственному времени срабатывания АВ. Поэтому включение генератора происходит в узлах В", D" или f¢¢ и будет безударным при любых допустимых значениях частоты скольжения.
Автоматические синхронизаторы с постоянным углом включения выдают сигнал на включение генераторного автомата при уменьшении угла сдвига фаз одноименных векторов фазных напряжений до значения φ≤10º. В этих синхронизаторах напряжение огибающей Us сравнивается с некоторым постоянным напряжением Us.вкл и при выполнении условия Us.вкл ≥ Usвыдает сигнал на включение генераторного автомата.
Блок синхронизации генераторов БСГ в системе «Ижора - М»
Блок входит в состав СУ СЭЭС «Ижора-М» и предназначен для включения СГ на параллельную работу методом точной синхронизации с предварительной автоматической подгонкой частоты подключаемого генератора к частоте сети.
Блок выдает сигнал на включение автомата при:
– разности напряжений DU ≤ 0,12 Uном;
– разности частот 0,2 Гц ≤ Df ≤ 0,6Гц;
– угле сдвига фаз φ ≤10º.
Элементной базой блока являются микросхемы, которые включают в себя логические элементы, генераторы импульсов, счетчики, дешифраторы, триггеры и т.д.
Напряжение работающего генератора G1 подается на трансформаторы TV1 и TV3, а подключаемого генератора на TV2. Напряжение с TV3 подается на узел питания УП. С выходов трансформаторов TV1 и TV2 напряжение поступает на вход узла УСН сравнения напряжений и входы формирователей Ф1 и Ф2.
При DU > 0,12 Uном с выхода узла УСН поступает запрет на синхронизацию в виде логического нуля.
Формирователи Ф1 и Ф2 предназначены для получения импульсов двух видов: коротких и длинных с продолжительностью, равной половине периода напряжения генератора. Длинные импульсы поступают на вход узла синхронизации УС, а короткие на узел подгонки частоты УПЧ.
Квантовый генератор UZ вырабатывает импульсы стабильной частоты 100 кГц, которые после триггера DТ, выполняющего роль делителя частоты, с частотой 50 кГц поступают на УС и УПЧ. Узел уставки УУ устанавливает все триггеры БСГ в исходное состояние при включении блока.
УПЧ вырабатывает сигналы на увеличение или уменьшение частоты подключаемого генератора, а при допустимой разнице частот выдает логическую единицу, поступающую на вход узла УС. УС выдает сигнал на включение автомата генератора при условии, что DU, Df, φ находятся в установленных пределах. Для повышения надежности используются два блока БСГ, выходы которых включаются последовательно (схема совпадений).
Устройство синхронизации генераторов УСГ-35 в системе «Ижора»
Устройство синхронизации УСГ-35 входит в состав системы «Ижора» и предназначен для включения генераторов на параллельную работу методом точной синхронизации с автоматической подгонкой частоты подключаемого генератора к частоте работающего. Устройство подключается к сети и синхронизируемому генератору через измерительные трансформаторы напряжения.
В состав устройства УСГ-35 входят:
– трансформаторно-выпрямительный блок ТВБ;
– основной канал синхронизации ОКС;
– резервный канал синхронизации РКС;
– блоки подгонки частоты БПЧ1 и БПЧ2;
– блок развода генераторов БРГ;
– схема совпадения СС.
Рисунок 4 – Функциональная схема устройства УСГ-35
Резервный канал синхронизации устройства УСГ-35. Предназначен для контроля выполнения всех условий синхронизации и состоит из трех основных узлов:
– контроля разности напряжений;
– контроля разности частот;
– контроля угла рассогласования напряжений.
Узел контроля разности напряжений построен на триггере Тr 1 Шмитта. Если разность напряжений не превышает установленного значения, узел разрешает синхронизацию.
Узел контроля разности частот построен на триггере Тr 2 Шмитта, на вход которого поступает напряжение (Us2+Us2’). Этот узел обеспечивает постоянство времени опережения при любой допустимой разности частот. При частоте fs<fs доп узел выдает разрешение на синхронизацию.
Узел контроля угла рассогласования напряжений контролирует этот угол косвенно по напряжению Us1 огибающей. Если угол рассогласования φ ≤ 10º, то узел разрешает синхронизацию.
Симметричный триггер TrC1 служит для проверки выполнения всех условий синхронизации. На его вход подаются выходные напряжения триггеров Tr1 и Tr2 и напряжение Us1 узла контроля угла рассогласования. Если все три условия выполняются одновременно, с выхода триггера TrC1 через выходной усилитель ВУ поступает сигнал на включение реле KV1, контакты которого включены в цепь включающего электромагнита генераторного автомата.
Рисунок 5 – Функциональная схема резервного канала синхронизации устройства УСГ-35
Принципиальная схема резервного канала синхронизации представлена на рис. 6. По окончании пуска РДГ формируется сигнал «Готов к приему нагрузки». По этому сигналу в схему резервного канала синхронизации от источника постоянного тока подается напряжение питания 12 и 24 В, и напряжение смещения 3 В. При этом образуется цепь заряда конденсаторов С1 и С1¢: «+»12 В – диод VD6 – переход эмиттер – база транзистора VT1 – резистор Rб1 – конденсаторы С1 и С1¢ - резистор R3 – «-»12 В. Зарядный ток конденсаторов кратковременно удерживает триггер Tr1 в опрокинутом состоянии, когда VT1 открыт, а VT2 – закрыт.. Коллектор транзистора VT2 приобретает отрицательный потенциал, поэтому транзистор VT6 открывается током базы по цепи «+»12 В- переход эмиттер-база транзистора VT6 – R6 – Rк2 - «-» 12 В. Симметричный триггер TrC1 автоматически устанавливается в исходное состояние, при котором VT6 открыт, а VT5 закрыт. Открытый VT6 шунтирует вход составного транзистора VT7 – VT8, поэтому оба транзистора закрыты,а реле KV1 обесточено.
По окончании заряда конденсаторов С1 и С1¢ триггер Tr1 возвращается в исходное состояние, а триггер TrC1 продолжает оставаться в прежнем состоянии. Открытое состояние VT6 поддерживает ток базы через резисторы Rс1и Rк5.
Входным сигналом узла контроля разности напряжений являются линейные напряжения сети и подключаемого генератора Uа1с1 и Uа2в2, которые понижаются, выпрямляются, фильтруются, а затем сравниваются. Если величина DU¢ достаточна для опрокидывания триггера Tr1, то на симметричный триггер поступает сигнал запрета на синхронизацию, так как восстанавливается цепь тока базы транзистора VT6 через R6 и Rк2.
Для контроля разности напряжений генераторов используется схема сравнения на резисторах R1, R2 и R5, R6 (блоки 1, 2). На резисторы R5 и R6 подаются выпрямленные диодами VD16, VD17 и VD22, VD23 напряжения, пропорциональные линейным напряжениям Uа1с1и Ua2b2 генераторов. Алгебраическая сумма напряжений UR5и UR6, действующих встречно, приложена к входу выпрямителя UZ1. Если напряжения генераторов одинаковы, то напряжения UR5и UR6 взаимно компенсируются, поэтому напряжение на выходе выпрямителя DU¢ = UR5 - UR6 = 0. При неодинаковых напряжениях генераторов полярность напряжения DU¢ зависит от того, какое из напряжений (UR5 или UR6) больше. Напряжение DU¢ является входным для триггера Tr1 и должно иметь одну полярность, которую обеспечивает выпрямитель UZ1.
В узле контроля разности частот входным напряжением является напряжение биения Uа1а2, которое выпрямляется, а затем фильтруется.
Рисунок 6 – Принципиальная схема резервного канала синхронизации
В узле контроля разности частот на резистор R7 подается выпрямленное диодами VD7 и VD8 напряжение Us2огибающей, пропорциональное напряжению биения Ua1a2 первичной обмотки трансформатора TV2. С помощью конденсатора С2 и резистора R8 напряжение Us2 преобразуется в суммарное напряжение (Us2 + Us2¢), поступающее на вход триггера Тг2. При положительном входном сигнале транзистор VT3 открыт, а транзистор VT4 закрыт, конденсатор C1 заряжается током базы транзистора VT6. При изменении полярности входного сигнала транзистор VT3 открыт, а транзистор VT4 закрыт, конденсатор C1 заряжается
В узле контроля угла рассогласования на делитель напряжения R1-R2 блока 2 подается напряжение Uslбиения, полученное с помощью диодов VD9, VD10 и конденсатора С6. При угле рассогласования напряжений j > 10° напряжение Usl достаточно для пробоя стабилитрона VD32, вследствие чего узел выдает запрет на синхронизацию.
В качестве выходного усилителя ВУ использован составной транзистор VT7-VT8. Напряжение на его вход поступает с коллектора транзистора VT6, т. е. с правого выхода триггера TrC1. В выходной цепи транзистора VT8 включено реле напряжения KV1, замыкающие контакты которого находятся в цепи включающего электромагнита генераторного АВ.
Устройство синхронизации УСГ-35. Работа блока подгонки частоты БПЧ
Блоки БПЧ1 и БПЧ2 входят в состав устройства синхронизации генераторов УСГ-35 СУ СЭЭС типа «Ижора» и служат для автоматической подгонки частоты подключаемого генератора к частоте сети путем воздействия на серводвигатель рейки топливного насоса.
Схема и принцип действия блоков БПЧ идентичны. Блок БПЧ1 включает в себя триггер Шмидта Tr5 на транзисторах VT1, VT2, одновибратор ОВ1 на транзисторах VT3, VT4 и конденсаторе С3, а также реле KV3. Триггер и одновибратор связаны между собой при помощи конденсатора С2.
Для управления блоками используются напряжения огибающей Us1и Us2, полученные при помощи трансформаторов TV2, TV3 и TV4. К первичной обмотке трансформатора TV2 приложено напряжение биения Ua1a2. Напряжение вторичной обмотки TV2 выпрямляется диодом VD11 и фильтруется конденсатором С6. Полученное таким образом напряжение Us1подается на вход блокаБПЧ1. К первичным обмоткам трансформаторов TV3 и TV4 приложены соответственно напряжения Uв2a2.и Uс1a1. Вторичные обмотки этих трансформаторов включены последовательно для получения напряжения биения U2= Uс1a1 + Uв2a2, которое выпрямляется диодом VD24 и фильтруется конденсатором С10 и подается на вход блока БПЧ2. Напряжения Us1и Us2сдвинуты по фазена угол 60°.
Если напряжение Us1на входе БПЧ1 недостаточно для пробоя стабилитрона VD11, то VT1 закрыт, а VT2 открыт. Конденсатор С2 заряжается до напряжения 12 В по цепи: (+)12 В – R3 - VT2 (блок 7) – R4 – C2 – Rк1 (блок 6) – (-)12 В.
VT4 открыт базовым током через R7 и шунтирует вход VT3. Реле KV3 не получает питание. Конденсатор С3 заряжен током базы по цепи: (+)24 В – ЭБ VT4 – C3 – R6 – VD3 – (-)24 В.
Аналогичное состояние БПЧ2. Очередность работы БПЧ зависит от соотношения частот подключаемого генератора fг и сети fс. Если fг > fс, то Us1опережает Us2.
При увеличении напряжение Us1до напряжения пробоя стабилитрона VD11 триггер Tr5 опрокидывается, при этом VT1 открывается, а VT2 закрывается. Напряжение конденсатора С2 через открытый VT1 прикладывается ко входу VT4 и запирает его. VT3 открывается базовым током через R5 и Rк3. При этом реле KV3 включается и своими контактами подключает питание к электродвигателю рейки топливного насоса. Рейка смещается в сторону уменьшения подачи топлива. Длительность срабатывания реле определяется временем разряда конденсатора С3 через R7, источник питания 24 В, VT3 и VD2. В течение этого времени С3 удерживает VT4 закрытым. После разряда конденсатора С3 одновибратор ОВ1 устанавливается в исходное состояние и KV3 обесточивается.
Одновременная работа блоков БПЧ1 и БПЧ2 исключается тем, что в момент опрокидывания триггера Tr5 конденсатор С2 (блок 7) перезаряжается ДР напряжения 12 В с обратной полярностью по цепи : (+)12 В – Rсм2 – Rб4 – C2 – R4 (блок 7) – Rк2 (блок 6) – (-) 12 В. Поэтому включение триггера Tr6 не приведет к включению реле KV4. Кроме того, одновременное включение реле исключается применением размыкающих контактов одного реле в цепи питания катушки другого.
Рисунок7 – Функциональная схема блоков подгонки частоты и развода генераторов
Рисунок 8 – Блоки подгонки частоты и развода генераторов
Структурная схема синхронизации, выполненная на базе устройства УСГ-35 представлена на рис. 9.
Рисунок 9 – Структурная схема автоматической синхронизации на базе УСГ-35
Автоматизированные устройства распределения активных нагрузок
При параллельной работе синхронных генераторов активные нагрузки должны распределяться пропорционально их номинальным активным мощностям. При этом соотношение мощностей параллельно работающих СГ не должно превышать 3:1, в противном случае параллельная работа СГ становится неустойчивой.
Согласно Правилам Регистра неравномерность распределения активных нагрузок при параллельной работе генераторов не должна превышать ±10% мощности меньшего генератора. Поэтому для каждого генератора, работающего в параллель, должно быть предусмотрено устройство автоматического распределения активных нагрузок. К таким отечественным устройствам относятся:
1) УРЧН – устройство регулирования частоты и нагрузки;
2) УРМ – устройство распределения активной мощности (СУ «Ижора»);
3) БРНГ – блок регулирования нагрузки генераторов (СУ «Ижора - М»).
Во всех перечисленных выше устройствах для автоматического распределения активных нагрузок используется метод базового генератора. Для оценки величины загрузки генераторов по активной мощности используются датчики активного тока. Конструктивно датчики могут быть выполнены в виде отдельного блока (БИАТ) или входить в состав самого устройства (УРМ-35).
Блок измерителя активного тока БИАТ.
Блок входит в СУ СЭЭС типа "Ижора-М" и предназначен для получения на каждом из двух его выходов напряжения, пропорционального активной мощности (активному току) СГ. Блок устанавливают на каждом СГ и подключают к нему при помощи трансформатора тока ТА1 и трансформаторов напряжения TV1 и TV2.
В состав блока входят 2 кассеты: контроля неисправности типа ККН и формирования активного тока типа КФАТ.
Кассета ККН предназначена для выдачи светового сигнала при выходе из строя элементов кассеты КФАТ.
Кассета КФАТ предназначена для получения напряжения, пропорционального активной мощности СГ, и включает в себя 2 одинаковых канала формирования активного тока. Каждый канал состоит из согласующего трансформатора тока ТА2 (ТАЗ), выпрямителей UZ1, UZ2 (UZ3, UZ4), транзисторных ключей VT1, VT2, VT4, VT5 (VT6, VT7, VT9, VT10), эмиттерного повторителя на транзисторе VT3 (VT8) и узла защиты элементов схемы от токов перегрузки на транзисторе VT11 (VT12). Применение двух каналов объясняется необходимостью получения двух напряжений на выходах каналов. Первое напряжение с резистора R9 подается на вход блока БКЗГ контроля загрузки генератора, а второе с резистора R20 - на вход блока БРНГ распределения активных нагрузок генераторов. Кроме того, наличие двух каналов позволяет обеспечить "перекрестный" контроль исправности каналов.
Рассмотрим принцип действия кассеты КФАТ на примере 1-го канала. Канал представляет измеритель активного тока и имеет вход по току нагрузки и вход по напряжению (вход по току образован при помощи согласующего трансформатора тока ТА2, вход по напряжению обеспечивается трансформаторами напряжения TV3 или TV4). Напряжение управления U отпирает пары транзисторных ключей VT1-VT2 и VT4-VT5 поочередно (со сдвигом на угол 180°).
При активной нагрузке ток и напряжение генератора совпадают по фазе: угол φ = 0°. Поэтому совпадают по фазе напряжение Uупропорциональное напряжению генератора, и ток І1 первичной обмотки трансформатора тока ТА2, пропорциональный току нагрузки. В положительный полупериод напряжения U управления открыты транзисторы VT1, VT2. В этот полупериод на выводах 5- 7 вторичной обмотки трансформатора ТА2 под действием магнитного потока тока І1 возникает напряжение с полярностью, обозначенной на схеме, вызывающее протекание тока І1 по цепи: "+" на выводе 6-R2, R3 - выпрямитель UZ1 - транзисторы VT1, VT2 - выпрямитель UZ1 - "-" на выводе 5. В следующий полупериод напряжения Uууправления запираются транзисторы VT1, VT2 и отпираются VT4, VT5. Одновременно изменяется мгновенная полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора ТА2. Ток І2 течет по цепи: "+" на выводе 6-R2, R3-UZ2-VT4, VT5-UZ2 - "-" на выводе 7. Таким образом, через резисторы R2, R3 протекает выпрямленный 2-полупериодный ток. Напряжение U1на резисторах R2, R3, пропорциональное выпрямленному току, поступает на вход эмиттерного повторителя на транзисторе VT3 и одновременно на выпрямитель UZ5 на входе кассеты ККН. На выходе эмиттерного повторителя включен резистор R9, с которого напряжение Uвых1 подается на вход БКЗГ.
При активно-индуктивной нагрузке ток отстает от напряжения на угол 90° > φ > 0°. В течение каждого полупериода напряжения Uу направление тока через резисторы R2, R3 изменяется дважды. Например, в положительный полупериод в промежутке времени t1 ток I < 0, чему соответствует полярность напряжения на выводах 5- 7, обратная указанной на схеме. Ток i1 через резисторы R2, R3 протекает в направлении от R3 к R2. В промежутке времени t2 ток I1 > 0, поэтому направление тока i1 изменяется на обратное. В результате среднее значение тока через резисторы R2, R3 уменьшается, поэтому уменьшается напряжение U1 на этих резисторах. В отрицательный полупериод напряжения Uусреднее значение выпрямленного тока через резисторы R2, R3 определяется аналогичным действием тока i2.
При индуктивной нагрузке φ = 90°, кривая тока через резисторы R2, R3 становится симметричной относительно оси абсцисс. Поэтому среднее значение выпрямленного тока, а значит, и напряжения U1уменьшается до нуля.
Для повышения надежности канала в схему введены элементы защиты. При возникновении токов КЗ генератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТА2 увеличивается до значения, при котором пробиваются стабилитроны VD1, VD3 или VD2, VD4 (в зависимости от полупериода). Тем самым шунтируется вторичная обмотка трансформатора ТА2, поэтому напряжения U1и Uвых1 ограничиваются до безопасных значений.
При индуктивной нагрузке φ = 90°, кривая тока через резисторы R2, R3 становится симметричной относительно оси абсцисс. Поэтому среднее значение выпрямленного тока, а значит, и напряжения U1уменьшается до нуля.
Для повышения надежности канала в схему введены элементы защиты. При возникновении токов КЗ генератора напряжение на вторичной обмотке трансформатора ТА2 увеличивается до значения, при котором пробиваются стабилитроны VD1, VD3 или VD2, VD4 (в зависимости от полупериода). Тем самым шунтируется вторичная обмотка трансформатора ТА2, поэтому напряжения U1и Uвых1 ограничиваются до безопасных значений.
Дополнительно защиту от токов перегрузки обеспечивает транзистор VT11, включённый по схеме с общим эмиттером. Делитель напряжения на резисторах R33, R39 служит для получения на резисторе R39 напряжения смещения транзистора VT11. Резистор R9, включенный в общую эмиттерную цепь транзисторов VT3 и VT11, обеспечивает по отношению к транзисторам отрицательную Обратную связь по току. При увеличении нагрузки генератора напряжение Uвых1 увеличивается. Это приводит к уменьшению напряжения на входе транзистора VT11, так как оно определяется разностью напряжений на резисторах R39 и R9. Вследствие этого ток через транзистор VT11 и резисторы R29, R9 уменьшится. Тем самым напряжение Uвых1 будет ограничено до значения, безопасного для входных цепей блока БКЗГ
Принцип действия кассеты ККН заключается в сравнении напряжений U1 и U2, подаваемых через резисторы R35 и R36 на выпрямитель UZ5 навходе кассеты. Если оба канала кассеты КФАТ исправны, напряжения U1 и U2одинаковы и компенсируют одно другое на входе выпрямителя UZ5, т. е. напряжение на выходе выпрямителя отсутствует. Транзистор VT1 открыт током базы, протекающим через резисторы R3, R5, диод VD13 и переход база - эмиттер транзистора VT1, поэтому шунтирует вход транзистора VT2. Последний закрыт, напряжение на его выходе равно 24 В, поэтому конденсатор С5 заряжен до напряжения 24 В через резистор R9 и диод VD20. Транзистор VT3 открыт базовым током через резисторы R9, R10 и диод VD20 и шунтирует вход транзистора VT4. Последний закрыт, реле KV1 обесточено.
Рисунок 10 – Блок измерителя активного тока БИАТ
При выходе из строя элементов кассеты КФАТ, приводящем к изменению напряжений Uвых1 или Uвых2 на 1 В, на выходе выпрямителя UZ5 появляется напряжение, запирающее транзистор VT1. Вследствие этого открывается VT2, напряжение на выходе которого уменьшается до нуля. Конденсатор С5 разряжается через RI0, R12 и тем самым в течение 2-4 с поддерживает падение напряжения на R12, удерживающее транзистор VT3 в открытом состоянии. Таким образом, исключается ложное срабатывание кассеты при кратковременном нарушении равновесия напряжений Uвых1 и Uвых2. По истечении выдержки времени транзистор VT3 запирается, пробивается стабилитрон VD21. Поэтому транзистор VT4 отпирается током базы, протекающим через резисторы R13, R17, стабилитрон VD21 и переход эмиттер - база транзистора VT4: реле KV1 включается.
Для проверки исправности кассеты ККН нажимают кнопку SA1, которая своим контактом шунтирует вход транзистора VT1. Последний запирается, и далее схема ККН работает как при неисправности элементов кассеты КФАТ. Если кассета исправна, включается реле KV1 и загорается сигнальная лампочка HL.
При номинальных значениях тока нагрузки и коэффициенте мощности напряжение на выходе каждого канала составляет 20 В. Для контроля напряжения, на выходе 1-го канала используют гнезда XS1 и XS2, на выходе 2-го канала - гнезда XS1 и XS3.
Блок распределения активных нагрузок генераторов БРНГ.
Блок входит в состав СУ СЭЭС типа "Ижора-М" и предназначен для автоматического распределения активных нагрузок между параллельно работающими СГ. Работа блока начинается с момента включения АВ резервного генератора, т. е. сразу после окончания процесса синхронизации и продолжается в течение 8-38 с, после чего блок автоматически отключается при помощи реле времени. Таким образом; распределение нагрузок осуществляется только на время приема нагрузки резервным генератором. В дальнейшем распределение активных нагрузок выполняют АРЧ генераторных агрегатов.
Блок вырабатывает непрерывный или импульсный сигнал в зависимости от значения степени неравномерности DР распределения активных нагрузок, граничное значение которого DРгр может устанавливаться в пределах ±0,15, ±0,25, ±0,35Рном генератора. При DР > DРгр блок обеспечивает непрерывное включение серводвигателя резервного ГА, ускоряя процесс распределения нагрузок; при DР < DРгр - импульсное включение серводвигателя, что позволяет избежать перерегулирования
Элементной базой блока в основном являются микросхемы (логические элементы, генератор импульсов, усилитель и др.).
В состав блока входят: узел уставки УУ с двухполюсным переключателем уставок SA1, при помощи которого задают указанные выше значения DРгр; двух-полюсные кнопки SB1-SB4 для контроля исправности блока; формирователь сигналов UV; компараторы DD1.1-DD1.4, представляющие сравнивающие устройства с аналоговым входом и дискретным выходом; логические элементы DD2.1, DD2.2 (И - НЕ), DD3.1-DD3.4 (НЕ), DD4.1, DD4.2 (ИЛИ - НЕ) и выходные усилители А1, А2. На выходах этих усилителей включены реле «увеличение нагрузки» и «уменьшение нагрузки».
Алгоритмы функционирования логических элементов:
элемент «И – НЕ» - если на всех без исключения входах логические единицы, на выходе логический 0; если хотя бы на одном входе 0, на выходе 1;
элемент «ИЛИ – НЕ» - если на любом входе 1, на выходе 0; если на всех без исключения входах 0, на выходе 1;
элемент «НЕ» - если на входе 1, на выходе 0; если на входе 0, на выходе 1.
Выходные усилители А1 и А2, не являясь собственно логическими элементами, реализуют логическую функцию «ДА» (повторение): если на входе 1, на выходе 1; если на входе 0, на выходе 0.
Питание элементов блока обеспечивает узел питания АG, на вход которого подается напряжение 220 В (127 В) частотой 50 Гц, а с выхода снимаются напряжения: не стабилизированное +27 В и стабилизированные +5, +12,6 и -12,6 В.
После включения на шины резервного генератора (обозначим резервный генератор СГ2, а базовый генератор – СГ1) выходы блоков измерителей активного тока БИАТ-1 и БИАТ-2 обоих генераторов соединяются последовательно. Поэтому при неодинаковых активных нагрузках генераторов через контакты 3-1 кнопок SB1-SB4 на вход формирователя UV подается напряжение DU, пропорциональное степени неравномерности активных нагрузок генераторов. С выходов 1-4 формирователя через контакты 4-2 кнопок SB1-SB4 напряжения Uф поступают на нижние входы компараторов DD1.1-DD1.4. Из узла уставок УУ на верхние входы этих компараторов подаются напряжения уставок Uуст, причем на входы компараторов DD1.2 и DD1.4 непосредственно, а на DD1.1 и DD1.3 через переключатель уставок SA1.
Принцип действия компаратора основан на сравнении двух входных напряжений: уставки Uуст и формирователя Uф. На выходе компаратора устанавливается логический 0 при Uуст > Uф и логическая 1 при Uуст < Uф. Напряжение уставки компаратора DD1 I (DD1.3) выше, чем DD1.2 (DD1.4). Схемы компараторов построены на операционных усилителях типа К1УТ401Б.
Предположим, что активная нагрузка СГ1 больше, чем СГ2. Напряжение Uф на входе формирователя UV имеет полярность напряжения на выходе блока БИАТ-1. При этом на выходах 2, 4 формирователя напряжение Uф = 0, а на выходах 1, 3 напряжение Uф пропорционально степени неравномерности активных нагрузок. Таким образом, на нижние входы компараторов DD1.3 и DD1.4 напряжения с формирователя не поступают. Поэтому на выходах этих компараторов будут логические нули, вследствие чего становится невозможным включение реле «уменьшение нагрузки». С выходов 1, 3 формирователя напряжение Uф поступает на нижние входы компараторов DD1.1 и DD1.2. Уровень сигналов (0 или 1) на выходах компараторов DD1.1 и DD1.2 зависит от степени неравномерности нагрузок генераторов.
Если степень неравномерности нагрузок DР > DРгр, а такое возможно сразу после включения СГ2 на шины, когда вся нагрузка находится на СГ1, то на выходах компараторов DD1.1 и DD1.2 будут логические единицы. С выхода компаратора DD1.1 логическая 1 поступает на верхний вход элемента DD4.1. Поэтому на его выходе будет логический 0, поступающий на вход элемента DD3.3. С выхода элемента DD3.3 логическая 1 поступает на вход усилителя А1, в результате реле «увеличение нагрузки» работает непрерывно.
По мере перевода нагрузки на СГ2 степень неравномерности нагрузок уменьшается до заданного переключателем SA1 граничного значения DРгр. В этом случае на входе компаратора DD1.1 напряжение формирователя уменьшается до значения Uф < Uуст , поэтому на выходе элемента DD1.1 устанавливается логический 0. Однако уменьшение напряжения на входе элемента DD1.2 недостаточно для изменения состояния DD1.2, поэтому на выходе элемента DD1.2 сохраняется логическая 1, поступающая на верхний вход элемента DD2.1. В промежутки времени, когда генератор импульсов G выдает сигнал в виде логической 1, на оба входа элемента DD2.1 поступают логические единицы, вследствие чего на его выходе будет логический 0. В результате на выходах элементов DD3.1 - логическая 1, DD4.1 - логический 0, DD3.3 - логическая 1. На выходе усилителя А1 включается реле «увеличение нагрузки». При снятии сигнала генератора G на выходе усилителя А1 устанавливается логический 0, упомянутое реле отключается. Таким образом, реле «увеличение нагрузки» включается в такт сигналам генератора импульсов G.
При уменьшении степени неравномерности нагрузки до некоторого минимального значения DPmin (обычно DPmin £ Рном ) на выходе компаратора DD1.2 устанавливается логический 0. В этом случае на выходах элементов устанавливаются следующие сигналы: DD2.1 - логическая 1, причем импульсы генератора G не изменяют состояние этого элемента; DD3.1 - логический 0; DD4.1 - логическая 1; DD3.3 - логический 0. Реле «увеличение нагрузки» отключается.
Исправность БРНГ проверяют при помощи кнопок SB1-SB4. Нажатие любой из них приводит к снятию напряжений Uф со входов компараторов DD1.1-DD1.4 вследствие размыкания контактов 3-1 нажатой кнопки и подаче на вход соответствующего компаратора сигнала из узла уставок УУ через замыкающие контакты 2-6 этой кнопки. Для получения непрерывного (импульсного) сигнала на выходе усилителя А1 нажимают кнопку SB1 (SB3), на выходе усилителя А2 - кнопку SB2 (SB4).
Устройство распределения мощности УРМ-35.
Устройство входит в состав СУ СЭЭС типа "Ижора" и обеспечивает распределение активных нагрузок между параллельно работающими СГ с погрешностью ±0,05Рном при изменении суммарной нагрузки судовой электростанции от 0,2 до 1,1 Рном. Устройство состоит из трех блоков:
- УРМ-35Д - датчик активного тока;
- УРМ-35Ф - формирователь импульсов;
- УРМ-35У -усилитель.
Последние два блока конструктивно объединены в общем корпусе УРМ – 35 ФУ.
Датчик активного тока типа УРМ-35Д
Предназначен для получения на его выходе напряжения, пропорционального активной мощности СГ. Датчик устанавливают на каждом генераторе и подключают при помощи трансформаторов напряжения TV1, TV2 и трансформатора тока ТА1. В состав датчика входят тороидальные трансформаторы напряжения ТVЗ, TV4, TV5, согласующий трансформатор тока ТА2, выпрямители UZ1, UZ2 и резисторы R1-R4.
а — синхронного генератора; б — на входе трансформатора TV3 датчика активного тока; в, г, д — на выходе датчика активного тока соответственно при активной, активно-индуктивной и индуктивной нагрузках
Трансформатор TV3 состоит из двух тороидальных магнитопроводов с первичными обмотками, включенными через понижающие трансформаторы TV1, TV2 на линейные напряжения и генератора. Магнитопроводы охвачены вторичными обмотками с выводами н1-к1 и н2-к2, соединенными последовательно-согласно для получения напряжения , совпадающего по фазе с напряжением фазы А. При этом напряжения и на указанных вторичных обмотках одинаковы () и приложены к первичным обмоткам трансформаторов TV4 и TV5. Трансформатор тока ТА2 подключен к выводам вторичной обмотки трансформатора тока ТА1 фазы А. Поэтому напряжение U3 на резисторе R2 совпадает по фазе с током фазы А.
При холостом ходе , поэтому к первичным обмоткам трансформаторов TV4 и TV5 приложены одинаковые напряжения: и . Вторичные напряжения этих трансформаторов одинаковы и после выпрямления компенсируют одно другое на выходе датчика, т.е. Uвых=0.
При активной нагрузке напряжения , и в один полупериод переменного тока имеют полярность, обозначенную на схеме. При этом напряжения и совпадают по фазе, а напряжения и противоположны по фазе. В результате напряжение на первичной обмотке трансформатора TV4 увеличится до значения , а на первичной обмотке трансформатора TV5 уменьшится до . На выходе датчика появится напряжение Uвых=0.> 0.
По мере увеличения угла φ сдвига тока нагрузки относительно напряжения разница между напряжениями и уменьшается и при индуктивной нагрузке (φ = 90°) эти напряжения становятся одинаковыми. В последнем случае Uвых=0.
Таким образом, напряжение на выходе датчика имеет наибольшее значение при активной нагрузке и равно нулю при индуктивной нагрузке.
При параллельной работе СГ выходы датчиков соединяют посредством вспомогательных контактов генераторных АВ. Например, при включении на параллельную работу базового СГ1 и резервного СГ2 генераторов замыкаются вспомогательные контакты К1 и К2, образуя последовательную цепь, в которой выходные напряжения Uвых1 и Uвых2 датчиков направлены встречно и при одинаковой активной нагрузке генераторов взаимно компенсируются. Напряжение рассогласования DU = Uвых1 - Uвых2 = 0. При неодинаковых активных нагрузках на выходе цепи возникает напряжение DU определенной полярности, которое подается на вход блока УРМ-35Ф.
Блок формирователя импульсов УРМ-35Ф
Предназначен для преобразования напряжения DU рассогласования на его входе в пакет импульсов напряжения прямоугольной формы на выходе. В состав блока входят элементы питания, формирования импульсов «больше» и «меньше», а также генератор пилообразного напряжения ГПН (на рисунке не показан). Элементы питания включают в себя многообмоточный трансформатор TV1, а также диоды, фильтры и стабилизаторы напряжения
Элементы формирования импульсов «больше» и «меньше» построены одинаково и включают в себя триггер Trl (Тг2) Шмитта на транзисторах VT1, VT3 (VT2, VT4), эмиттерный повторитель на транзисторе VT5 (VT6), стабилитрон VD7 (VD8), тиристор VS11 (VS12) с управлением по аноду и выпрямитель UZ1 (UZ2). Указанные элементы имеют входы: общий с выводами 8в и 7в и раздельные, образованные диодом VD6 (VD5) и резистором R4(R5). На общий вход поступает напряжение DU рассогласования.
Рисунок14 - Принципиальные схемы формирователя УРМ-35Ф и усилителя УРМ-35УЗ
На раздельные входы с выхода генератора пилообразного напряжения ГПН поступает напряжение Uп с обозначенной на схеме полярностью.
Исходному состоянию схемы формирователя соответствует равенство активных нагрузок параллельно работающих СГ, при котором DU = 0. Под действием напряжения Uп транзисторы VT1 и VT2 закрыты. Поэтому открыты транзисторы VT3 и VT4, их выходные напряжения малы и недостаточны для пробоя стабилитронов VD7 и VD8. Резисторы R22 и R23 (имеют большое сопротивление) включены на стороне постоянного тока последовательно с вторичными обмотками трансформатора TV1 блока УРМ-35Ф и уменьшают практически до нуля напряжения Uвых1 и Uвых2, поступающие на первичные обмотки трансформаторов TV1 и ТVЗ блока УРМ-35УЗ.
Блок усилителя УРМ-35У
Предназначен для усиления импульсов напряжения, поступающих на его вход из формирователя импульсов УРМ-35Ф, имеет 5 модификаций, отличающихся типом серводвигателя, подключаемого к выходу усилителя. В качестве примера рассмотрим усилитель типа УРМ-35УЗ, предназначенный для управления серводвигателем постоянного тока напряжением 27 В с независимым возбуждением.
В состав блока усилителя входят элементы питания и элементы импульсов «больше» и «меньше». Элементы питания включают в себя трансформатор напряжения TV2 и выпрямители UZ2 и UZ3. Элементы импульсов «больше» и «меньше» одинаковы по устройству. Элемент «больше» («меньше») включает в себя трансформатор TV1 (ТVЗ), выпрямитель UZ1 (UZ4), тиристор VS3 (VS14), диод VD2 (VD13) и резисторы R1, R2 (R3, R4). Нагрузкой для усилителя является обмотка якоря серводвигателя М.
Если активная нагрузка базового генератора СГ1 больше, чем резервного СГ2, то напряжения на выходах датчиков активного токаУРМ-35Д неодинаковы Uвых1 > Uвых2. В результате к входу 8-7 формирователя УРМ-35Ф будет приложено напряжение DU с полярностью, обозначенной на рисунке 14.
Рисунок 15 – Графики напряжений на входе (а) и на выходе (б) формирователя УРМ-35Ф
Принцип действия формирователя основан на сравнении двух напряжений: рассогласования DU и пилообразного Uп, (рисунок 5 а). Если DU > Un (участок АВ), через диод VD3, резисторы R4 и R2 протекает ток, создающий на VD3 напряжение, удерживающее транзистор VT2 закрытым. Тем самым исключается срабатывание элемента импульса «меньше». Напряжение на резисторе R4 (полярность обозначена на рисунке) опрокидывает триггер Tr1. При этом транзистор VT1 открывается, а транзистор VT3 закрывается. Напряжение на выходе закрытого VT3 увеличивается до напряжения пробоя стабилитрона VD7. Последний открывается, при этом образуется цепь: "+" 15 В - R18-VD7 - управляющий электрод - катод тиристора VS11 - переход эмиттер - база транзистора VT5-R16 - "-" 15 В. В результате открываются тиристор VS11 и транзистор VT5. Открытый VS11 шунтирует резистор R22, и напряжение Uвых1 увеличивается до 24 В. Поэтому увеличивается напряжение на выходе выпрямителя UZ1 и открывается тиристор VS3, шунтирующий резистор R2. Через обмотку якоря серводвигателя потечет ток по цепи: «+» UZ2-VS3 - обмотка якоря Я1-Я2- «-» UZ2.
Если DU < Uп (участок ВС на рисунке 15, б), то полярность напряжения на резисторе R4 изменится на обратную под действием большего напряжения Uп. Это приводит к запиранию транзистора VT1 и исключению действия элемента импульса «больше». Таким образом, на выходе формирователя появляется напряжение с длительностью импульса t1 и длительностью паузы t2 . Периодическое включение серводвигателя приводит к увеличению активной нагрузки СГ2 и уменьшению напряжения DU. При DU = 0 серводвигатель останавливается. При большей разности активных нагрузок обоих генераторов, что может происходить сразу после синхронизации СГ2, серводвигатель работает не в импульсном, а непрерывном режиме. При этом напряжение рассогласования DU1 непрерывно превосходит пилообразное напряжение Un (рисунок).
На рисунке 16 приведена схема включения устройства УРМ-35 для электростанции с тремя генераторами. На шины каждого генератора устанавливают датчик активного тока. Выходы датчиков соединяют по дифференциальной схеме.
Рисунок 16 – Схема включения блоков устройства УРМ-35 для трех генераторов.
СГ – синхронный генератор;
ПД – первичный двигатель;
СД – серводвигатель;
МИПТ – механизм изменения подачи топлива;
АВ – автоматический выключатель;
ТТ – трансформатор тока;
ТН – трансформатор напряжения.
Коммутация дифференциальной цепи для случая параллельной работы двух и более генераторов производится контактами генераторных автоматов.
Поскольку выходы датчиков соединены между собой, при равенстве нагрузок на генераторах напряжение на входах блоков УРМ-35ФУ равно нулю, и напряжение на их выходах тоже равно нулю. При неравенстве нагрузок генераторов датчики дают разный по величине выходной сигнал, что обуславливает напряжение на входах блоков УРМ35ФУ. На их выходах появляется сигнал, подаваемый на серводвигатели. Последние воздействуют на регуляторы первичных двигателей таким образом, что выравнивают нагрузки на параллельно работающих генераторах.
Автоматизированные устройства включения резерва
Автоматизированные устройства включения резерва типа УВР предназначены для выдачи сигналов в следующих случаях: при увеличении нагрузки на базовом генераторе до (0,85-0,90)Рном (по сигналу устройства происходит пуск резервного ГА с последующим включением резервного СГ на шины); при уменьшении нагрузки на каждом из параллельно работающих генераторов до (0.3+0,4)РНОМ (включаются световая и звуковая сигнализации, а решение об отключении резервного генератора принимает оператор). Таким образом, применение подобных устройств обеспечивает практически бесперебойное и экономичное производство электроэнергии на судах.
Конструктивно устройства могут выполняться в виде отдельного унифицированного устройства (например УВР-1) или входить в состав устройств с расширенными функциональными возможностями (БКЗГ).
Блок контроля загрузки генераторов БКЗГ.
Предназначен для формирования сигналов при увеличении (уменьшении) активной мощности генератора до заданного значения на вход блока БКЗГ подается напряжение с выхода первого канала блока БИАТ. Этот вход образован параллельно
Рисунок 17 - Принципиальная схема канала контроля загрузки генератора с уставкой 0,9
включенными входами шести каналов контроля загрузки генератора: первый из каналов срабатывает при снижении активной мощности генератора до 0,ЗРН остальные - при повышении активной мощности до 0,7; 0,7 (0,8); 0,9 (1,0); 1,0 (1,1) и 1,3 (1,5)Рном.
Рассмотрим работу канала повышения нагрузки до 0,9 (1,0)РНОМ (рисунок 17). Канал построен на интегральных операционных усилителях DA1 и DA2 типа К1УТ401Б и транзисторной матрице DD1 типа К1НТ251. Каждый ОУ имеет два входа 9 и 10 и один выход 5. Входы ОУ, обозначенные знаками "+" и "-", называются соответственно прямым (10) и инвертирующим (9). Если напряжение сигнала поступает на прямой вход, то полярность (фаза) напряжений на входе и выходе ОУ совпадает. При использовании инвертирующего входа полярность (фаза) напряжений на входе и выходе противоположна. Чтобы выходное напряжение ОУ могло иметь ту или иную полярность (фазу), в схеме предусмотрены 2- источника питания: с, положительным +12,6 В и отрицательным -12,6 В напряжениями относительно заземленной общей точки схемы. Транзисторная матрица DD1 использована для построения триггера Шмитта на транзисторах VT1, VT2 и выходного усилителя на транзисторе VT3, в цепь коллектора которого включено реле напряжения KV4.
Принцип действия канала основан на сравнении двух напряжений: входного Uвх, пропорционального активной мощности генератора, и опорного Uon, задающего уставку канала по активной мощности. Для получения указанных напряжений в схеме использованы делители напряжения R7, R14 и Rl, R15, R20 при уставке 0,9 РНОМ, а также R1, R16, R20 при уставке 1,0 РНОМ. Выбор уставки проводят путем установки переключателя SA3 в соответствующее положение. Напряжения Uвх и Uon имеют одинаковую - положительную - относительно корпуса полярность. Поэтому между входами 9 к 10 усилителя DA1 приложено так называемое дифференциальное напряжение: D U = Uвх - Uon.
При активной мощности генератора, меньшей 0,9Рном, напряжение Uвх< Uon. Поскольку из этих напряжений большее приложено к прямому входу 10, полярность напряжения на выходе усилителя DA1 повторяет полярность напряжения Uon, т. е. на выводе 5 имеется положительный потенциал относительно корпуса. Напряжение с выхода усилителя DA1 при помощи делителя напряжения R31, R35 и цепочек VD14-R45K VD22 (VD18)-R49 последовательно уменьшается до необходимого значения на входе усилителя DA2. Протекающий при этом через R31, VD14, VD22 и R49 ток создает на VD22 небольшое прямое падение напряжения, приложенное «плюсом» к инвертирующему 9 и «минусом» к прямому 10 входам. Таким образом, полярность напряжения на входе усилителя DA2 противоположна полярности напряжения на входе усилителя DA1. Поэтому на выходе 5 усилителя DA2 имеется отрицательный потенциал. Через R85, VD80 и R53 протекает ток, создающий на R85 и VD80 падение напряжения, запирающее транзистор VТ1. Триггер Шмитта находится в исходном состоянии, напряжение на выходе открытого VT2 невелико и недостаточно для пробоя стабилитрона VD26. Поэтому закрыт транзистор VT3, реле KV4 обесточено. Конденсатор С4 через R31 и VD14 заряжен до напряжения 12 В (полярность обозначена на схеме) с момента подачи напряжений питания на схему блока.
При увеличении мощности генератора более 0,9Рном напряжение Uвх > Uon, поэтому полярность напряжения DU на входе усилителя DA1 изменится на обратную, а на выходе устанавливается отрицательный потенциал. Ток, протекающий через R49, VD18, R41, R31, создает на диоде VD18 прямое падение напряжения, приложенное плюсом к входу 10 и минусом к входу 9 усилителя DA2. Вследствие этого на выходе усилителя DA2 устанавливается положительный потенциал, и через R53, переход база - эмиттер транзистора VT1, R89 потечет ток базы транзистора VT1. Последний откроется, закроется VT2, напряжение на выходе которого увеличится до 12 В. Поэтому пробивается стабилитрон VD26, через него и резисторы R73, R77 потечет ток. Возникающее при этом падение напряжения на R77 отпирает транзистор VT3. Включается реле KV4, выдающее сигнал в систему «Роса-М» на пуск резервного ГА. Одновременно загорается светодиод VD30 «90%».
Конденсатор С4 исключает ложное включение реле KV4 при кратковременном увеличении мощности более 0,9Рном. В этом случае «опрокидывание» усилителя DA1 происходит мгновенно, вследствие чего начинается разряд С4 через R41-R35 и одновременно через R22, R49, VD80, R53. Разрядный ток конденсатора С4 в течение 2,0-2,4 с удерживает на диоде VD22 напряжение, препятствующее «опрокидыванию» усилителя DA2. Необходимую уставку времени получают изменением номинального сопротивления резистора R41.
Для проверки исправности канала служит переключатель SA2 с двумя положениями – «Работа» и «Проверка». На схеме состояние контактов переключателя SA2 соответствует положению «Работа». В положении «Проверка» через контакты 1, 5 переключателя SA2 образуется цепь делителя напряжения R3, R14, при помощи которой на R14 получают напряжение Uвх > Uon. Тем самым имитируется увеличение активной нагрузки генератора до 0,9Рном. Размыкающие контакты 2, 4 переключателя SA2 отключают реле KV4. Если канал исправен, загорается светодиод VD30.
Схема канала контроля понижения мощности до 0,ЗРном построена на аналогичных элементах, но имеет обратный порядок срабатывания. При этом включается звуковой сигнал и загорается световое табло «Нагрузка 30 % номинальной».
Устройство включения резерва УВР-1.
Устройство входит в состав СУ СЭЭС типа «Ижора» и предназначено для формирования сигналов на включение резервного СГ при перегрузках и снижении напряжения на шинах СЭС ниже допустимого значения, а также на остановку одного из параллельно работающих генераторов при снижении нагрузки. Устройство включает 3 элемента (повышения нагрузки, снижения нагрузки и снижения напряжения) и имеет 4 модификации, отличающиеся типом датчиков тока элемента повышения нагрузки и напряжением источника питания.
Функциональная схема УВР (рисунок 18), соответствующая одной из модификаций, состоит из датчиков активного тока UA1, полного тока UA2 и напряжения UV, к выходам которых подключены электронные реле соответственно повышения нагрузки KV1, снижения нагрузки KV2 и снижения напряжения KV3. Устройство подключается к генератору 3-фазного переменного тока через трансформаторы тока ТА и напряжения TV.
При увеличении активного тока до (0,85 ¸ 0,90)Iном реле KV1 срабатывает и через свои замыкающиеся контакты формирует сигнал на пуск резервного ГА. При снижении полного тока на
Рисунок 18 – Функциональная схема устройства включения резерва УВР
каждом из параллельно работающих генераторов до (0,3 ¸ 0,4) Iном реле KV2 теряет питание и формирует сигнал на остановку резервного ГА. Аналогично работает элемент снижения напряжения. При длительном снижении напряжения до (0,85 ¸ 0,90) Iном или исчезновении его реле KV3 теряет питание и формирует сигнал на остановку работающего и пуск резервного ГА в систему ДАУ ДГ.
Рисунок 19 – Структурная схема автоматического включения резерва в системе «Ижора-М»
Сигнал на пуск резервного ГА с блока БКЗГ выдается в систему ДАУ-ДГ генераторного агрегата, находящегося в резерве, через ключ задания резерва К. Выбор резервного ГА осуществляется вахтенным.
Автоматизированные защитные устройства генераторов
В соответствии с Правилами Регистра генераторы, предназначенные для параллельной работы, должны иметь следующие виды защиты:
- от токов КЗ;
- токов перегрузки;
- снижения напряжения;
- перехода в двигательный режим.
Конструктивно защитные устройства могут быть выполнены в виде составной части генераторного автомата, в виде узко специализированного унифицированного устройства (например УТЗ) или отдельного узла устройства с расширенными функциональными возможностями (например БКЗГ).
Защита генераторов от перегрузки
В автоматизированных электростанциях защита генераторов от перегрузки осуществляется путем отключения неответственных потребителей электроэнергии. В системе «Ижора-М» эту функцию выполняет блок БКЗГ, в системе «Ижора» - устройство УТЗ.
Блок БКЗГ. Работа каналов защиты от перегрузки
Блок БКЗГ обеспечивает защиту синхронных генераторов от перегрузки при помощи двух каналов загрузки с уставками 1,0 (1,1) Рном и 1,3 (1,5) Рном.
Канал с уставкой 1,0 (1,1) Рном состоит из двух последовательно включенных ступеней. Первая ступень имеет уставку по активной мощности 1,0 (или 1,1) Рном и по времени 2, 4, 10, 20 с. Выдержка времени второй ступени не регулируется и составляет 4 с.
При увеличении активной мощности генератора до 1,0 (1,1) Рном 1-ая ступень отключает 1-ую группу неответственных потребителей и одновременно выдает сигнал на вход второй ступени. Если за время 4 с перегрузка генератора не исчезла, то вторая ступень выдает сигнал на отключение второй группы неответственных потребителей.
Канал с уставкой 1,3 (1,5) Рном выдает сигнал на одновременное отключение обеих групп неответственных приемников (режим отсечки).
Устройство токовой защиты УТЗ-1
Устройство предназначено для защиты генераторов от токов перегрузки посредством отключения неответственных приемников электроэнергии. Подключается к генератору при помощи измерительных трансформаторов тока и напряжения
Первая ступень выдачи сигналов состоит из измерительной и исполнительной частей. Измерительная часть включает в себя датчики активного тока ДАТ-1 и ДАТ-2 с общими для обоих датчиков трансформаторами тока ТА2 и напряжения TV3. Выходное напряжение датчика ДАТ-1 снимается с потенциометра RP10. Выходное напряжение датчика ДАТ-2 снимается между точками d и е. Применение двух датчиков вызвано необходимостью получения в первой ступени выдержки времени, находящейся в обратной зависимости от тока нагрузки.
Исполнительная часть первой ступени построена на транзисторах VT1-VT7 и реле напряжения KV1. Вторая ступень выдачи сигналов включена последовательно с первой и построена на транзисторах VT8-VT10 и реле KV2.
При токе нагрузки генератора, меньшем тока уставки, напряжение с выхода датчика ДАТ-2 недостаточно для пробоя стабилитрона VD45. Последний закрыт, поэтому напряжение на входе триггера Tr1, снимаемое с резистора R13, отсутствует. Триггер находится в исходном состоянии, при котором транзистор VT2 закрыт, а VT3 открыт. Напряжение на выходе VT3 близко к нулю, поэтому закрыт транзистор VT4 и на резисторе R21 напряжение равно нулю. Напряжение на выходе ДАТ-1, снимаемое с потенциометра RP10, недостаточно для пробоя стабилитрона VD46 и VD47. Конденсатор С6 разряжен, а стабилитрон VD48 закрыт.
Триггер Тr2 находится в исходном состоянии: транзистор VT6 закрыт, VT7 открыт. Последний шунтирует цепь со стабилитроном VD43 и тиристором VS19, реле KV1 обесточено. Контакты KV1:1 этого реле разомкнуты, поэтому напряжение на входе 2-й ступени отсутствует. Схема 2-й ступени на транзисторах VT8-VT10 и часть схемы 1-й ступени на транзисторах VT5-VT7 подобны, поэтому идентичные элементы обеих ступеней находятся в одинаковом состоянии, реле KV2 обесточено.
При увеличении тока нагрузки генератора до тока уставки напряжение Ude на выходе ДАТ-2 достигает значения напряжения пробоя стабилитрона VD45. Последний пробивается, что приводит к опрокидыванию триггера Тr1. Напряжение на выходе закрытого VT3 увеличивается до 24 В. Поэтому открывается транзистор VT4 и на резисторе R21 устанавливается неизменное напряжение U2=24В. Одновременно напряжение U1 на выходе ДАТ-1 становится достаточным для пробоя стабилитронов VD46, VD47. С этого момента образуется цепь заряда конденсатора С6: потенциометр RP10 - стабилитроны VD46, VD47 -резистор R21 - конденсатор С6 - резистор R22. В этой последовательной цепи падения напряжений U1 и U2 действуют согласно, поэтому конденсатор С6 стремится зарядиться до напряжения (U1 + U2). Однако при достижении на конденсаторе С6 напряжения U2 = 24 В отпирается диод VD21, вследствие чего заряд С6 прекращается.
Как только напряжение на С6 достигнет напряжения пробоя стабилитрона VD48, последний пробивается. Это приводит к опрокидыванию триггера Tr2 и срабатыванию реле KV1. Реле KV1 выдает сигнал на отключение первой группы неответственных приемников.
Если после отключения первой ступени перегрузка не исчезла, то мгновенно отключается вторая группа неответственных потребителей при помощи реле KV2. В режиме отсечки первая и вторая группа отключаются одновременно без выдержки времени. Выдержку времени можно регулировать: первой ступени в пределах 1,5 – 10 с при помощи потенциометра RP10 и изменением емкости конденсатора С6; второй ступени в пределах 2 – 6 с изменением сопротивления резистора R32.
При увеличении тока нагрузки генератора до установленного наибольшего значения происходит практически мгновенное срабатывание второй ступени независимо от первой. В этом случае напряжение с выхода ДАТ-2 становится достаточным для пробоя стабилитрона VD49.
Токи уставок составляют: для первой ступени 1,0 (1,1) Iном; второй ступени в режиме отсечки 1,3 (1,5) Iном .
Рисунок 20 – Принципиальная схема устройства токовой защиты типа УТЗ-1А.
Рисунок 21 – Структурная схема автоматического отключения резерва, выполненная на базе устройства токовой защиты типа УТЗ
Электронная схема узла токовой защиты судового генератора
На рис. 22 приведена принципиальная схема и три время-токовых характеристики устройства защиты, срабатывающего на отключение второстепенных потребителей при Iг = 1,2 Iуст, а также на отключения генератора по истечении выдержки времени, обусловленной зависимой (2) или независимой (3) время-токовой характеристикой. Электронные цепи, реализующие зависимые (1, 2) характеристики, содержат общее интегральное звено, построенное на базе операционного усилителя 6, на выходе которого при наличии перегрузки (DI = Iг – Iуст) формируется напряжение DU по закону . Взоне 11В < DU < 12,3В срабатывает компаратор 20, включается реле 22, происходит отключение второстепенных потребителей. Если после этого будет иметь место DI > 0, то через время, обусловленное величиной DI и коэффициентом настройки интегратора (резистор RK) напряжение достигнет значения DU ³ 12,3 В, благодаря чему закроется диод 7 и изменится состояние на выходах логических элементов 8, 9, 10,11,12. Сформируется сигнал на отключение генератора.
Электронная цепь, реализующая независимую (3) характеристику, построена на базе порогового элемента 25 и двоичного счетчика 30, на счётный вход которого (+ в режиме сложения либо - в режиме вычитания) поступают счётные импульсы периодичностью 8 с. Если значение перегрузки генератора достигнет уставки, набираемой резистором 24, то откроется D2 и закроется диод 33. В результате на вход L счётчика поступит единичный уровень, счётчик загрузится исходным числом DCBA = (23, 22,21,20), значение которого определяется наличием перемычек на входе. Для данной схемы DCBA @0010(2)=0+0+21+0) = 2(10), то есть в регистр счетчика будет записано исходное число 2. Следовательно, полное заполнение счётчика произойдёт после тринадцатого счётного импульса (15 - 2 = 13), то есть по истечении 13 × 8 = 104 секунд на выходе Uv сформируется импульс, сработает триггер 32 и включится реле 16. Если бы счётные импульсы поступали на вход «–» счётчика, то в режиме вычитания достаточным для обнуления регистра было бы двух импульсов. Задержка составила бы 2 × 8 = 16 сек.
Рисунок 22 – Электронная схема узла токовой защиты генератора
Дистанционное автоматизированное управление ДГ
Системы ДАУ ДГ предназначены для автоматизации процессов пуска, остановки, контроля и защиты дизелей, входящих в состав ГА. На судах отечественной постройки применяют системы ДАУ ДГ типов СДГ-Т и "Роса-М".Объем автоматизации этих систем примерно одинаков. Система ДАУ СДГ-Т обеспечивает следующие операции:
автоматическое поддержание дизеля в состоянии резерва;
автоматический пуск и вывод дизеля на номинальную частоту вращения при появлении сигнала из блока устройства включения резерва об увеличении нагрузки на базовом генераторе;
дистанционный пуск и автоматический вывод дизеля на номинальную частоту вращения, а также дистанционную остановку по сигналу оператора с основного или выносного пульта управления;
аварийную остановку дизеля при превышении допускаемой температуры воды в системе охлаждения, масла в смазочной системе и частоты вращения;
аварийную остановку дизеля при снижении давления воды в системе охлаждения и масла в смазочной системе;
аварийную и предупредительную сигнализацию;
встроенный функциональный контроль исправности системы.
Системы ДАУ СДГ-Т и "Роса-М" имеют смешанную элементную базу, причем блоки управления первой из них выполнены в основном на диодно-транзисторной логике, а второй - на электромагнитных реле. Обе системы являются унифицированными и обеспечивают управление генераторами постоянного и переменного тока мощностью 100-1000кВт по одной из пяти программ (в соответствии с типом дизеля).
Система ДАУ СДГ-Т состоит из четырех частей (рис. 23): блока питания БП,основного ОПУ и выносного ВПУ пультов управления и блока управления БУ. Блок питания предназначен для электроснабжения системы выпрямленными напряжениями 24, 12 и 3 В от судовой сети переменного тока или от АБ при исчезновении напряжения сети.
Основной ОПУ и выносной ВПУ пульты управления, размещенные соответственно в непосредственной близости с ДГ и в ЦПУ, состоят из органов управления и сигнальных табло, причем в меньшем объеме у ВПУ. В блок управления входят следующие функциональные блоки: стабилизированного питания БСП (2 шт.),контроля времени БКВ,пуска БП,остановки БО,аварийных защит БЗ, неотключаемых элементов БЭН,усилителей БУс (2 шт.) и выходных реле БРВ.
Рисунок 23 – Функциональная схема системы ДАУ СДГ–Т
Микропроцессорные системы управления
В общем случае в состав микропроцессорных СУ (рис. 24) входят:
объект управления ОУ (например, ДГ или СГ);
пульт управления ПУ; микро-ЭВМ;
интерфейсные (согласующие) устройства ИУ1 и ИУ2;
датчики Д; усилители мощности УМ; исполнительные механизмы ИМ;
блок индикации БИ (в большинстве" случаев он встроен в ПУ, но на рис. 23 показан отдельно с целью упрощения структурной схемы).
Помимо перечисленных компонентов, в состав таких СУ входят каналы передачи данных, контроллеры и др.
МикроЭВМ — вычислительная машина, представляющая собой совокупность микропроцессора МП, устройств ввода УВв и вывода У Выв информации, запоминающих устройств ОЗУ и ПЗУ,
Процессором ЭВМ называется устройство для автоматической обработки цифровой информации по заданному алгоритму.
Процессор, выполненный в виде одной или нескольких микросхем с высокой степенью интеграции, называется микропроцессором. Микропроцессоры СУ обычно выполняют ограниченный объем арифметических операций, что позволяет упростить структуру и свести к минимуму размеры МП. В состав МП входят: арифметико-логическое устройство АЛУ, устройство УУ управления и рабочие регистры pp.
Арифметико-логическое устройство предназначено для выполнения арифметических и логических операций. К первым из них относятся сложение, вычитание, преобразование двоичных чисел и др., ко вторым - инверсия, конъюнкция, дизъюнкция и др. Это устройство построено на сумматорах, элементная база которых состоит из 1-разрядных сумматоров, регистров сдвига, инверторов и т. д. на основе интегральных микросхем.
Устройство управления обеспечивает выполнение операций в определенной последовательности, заданной алгоритмом, а также связи микропроцессора с 03 У, ПЗУ, УВв и У Выв. Элементной базой УУ являются дешифраторы на основе интегральных микросхем.
Рабочие регистры, служащие для временного хранения и преобразования данных и команд, строятся на типовых элементах - триггерах и логических схемах И, ИЛИ, НЕ.
Запоминающие устройства реализуют прием, хранение и выдачу информации и программ ее обработки. Их подразделяют на постоянные и оперативные. Постоянные запоминающие устройства ПЗУ используют для хранения программ работы МП иконстант, причем информация, заложенная в ПЗУ, не теряется при отключении питания. Оперативные запоминающие устройства ОЗУ применяют для хранения данных, которые обрабатываются при помощи МЛ. Для построения запоминающих устройств используют кольцевые ферритовые сердечники или БИС,
Характерной особенностью микроЭВМ является наличие стековой памяти. Стеком называют запоминающее устройство "магазинного" типа, ячейки которого заполняются последовательно (одна за другой). Аналогично, ячейка за ячейкой, происходит вывод информации из стека. Таким образом, перемещение чисел внутри стека напоминает перемещение патронов внутри магазина пистолета. Стековая память позволяет упростить обработку программ и повысить быстродействие АЛУ. В качестве стека может использоваться отдельная микросхема или просто часть ОЗУ.
В сложных микропроцессорных системах для хранения больших объемов информации используют внешние запоминающие устройства, конструктивно не объединенные с блоками ЭВМ и реализуемые на магнитных лентах, дисках или барабанах.
Рисунок 24 – Структурная схема микропроцессорной системы управления
Устройства ввода и вывода информации предназначены для ввода обрабатываемой информации в МП, вывода и наглядного представления обработанной информации. Для ввода информации используют пульты управления с клавиатурой, выключателями, переключателями и т. д., а также пишущие машинки и телетайпы с перфоприставками, оптические считывающие устройства и др. Для вывода информации применяют бумажные ленты с цифровым и буквенно-цифровым текстом, графиками, а также дисплеи, экраны, табло, микрофильмы и др.
Совокупность информационных каналов микроЭВМ называется шинами. Шины выполняют в виде пучка проводов или печатной схемы и подразделяют на 3 вида: адресные, данных и управления.
Шина адресная ША предназначена для передачи адреса ячейки памяти с данными или командой от микропроцессора к ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв.
Шина данных ШД- это 2-направленная линия для обмена данными между отдельными компонентами микроЭВМ.
Шина управления ШУ предназначена для передачи тактовых, синхронизирующих сигналов, а также информации о состоянии (статусе) компонентов микроЭВМ.
Объединение различных компонентов микропроцессорной СУ должно проводиться с учетом характера и временных параметров сигналов на стыках между компонентами. Чтобы сигналы были совместимыми, применяют вспомогательные устройства, называемые интерфейсными. Эти устройства можно разделить на 2 группы. Первая группа обеспечивает подключение ОЗУ, ПЗУ, УВв и УВыв к шинам МП и решает задачи синхронизации и управления шинами, а также выборки компонентов, обеспечивающих своевременную передачу данных между МП и выбранным компонентом. Вторая группа обеспечивает "стыковку" микроЭВМ с внешними компонентами (например, с периферийными устройствами, каналами передачи данных, контроллерами) и преобразование внешних сигналов в сигналы, совместимые с сигналами на шинах, а также обратное преобразование. Так, если датчики Д имеют аналоговые выходные сигналы, интерфейсное устройство ИУ1 может представлять собой АЦП. В то же время для управления работой механизма ИМ (например, серводвигателем ПД генератора) могут использоваться аналоговые сигналы. В этом случае интерфейсное устройство ИУ2 представляет собой ЦАП.
Микропроцессорная система ASA-S
Система предназначена для автоматического управления судовой электроэнергетической установкой из четырех ГА. В качестве ГА используются ДГ и ВГ, причем параллельная работа ВГ и ДГ предусмотрена в течение непродолжительного времени (до 15 с). Система включает связанные между собой микроЭВМ дизеля (DMR), микроЭВМ генератора (GMR) и устройство защиты ГА (ACS). МикроЭВМ типа К1510 разработаны фирмой "Роботрон" (ГДР).
Система обеспечивает:
автоматическое включение и отключение ГА в заданном оператором порядке;
автоматические нормальный и экстренный пуски ГА, контроль времени пуска;
автоматическую синхронизацию и включение ГА на параллельную работу, контроль времени синхронизации;
автоматическую остановку работающих ГА при снижении частоты тока и напряжения с последующими экстренным пуском 1-го резервного ГА и нормальным пуском 2-го резервного ГА;
регулирование частоты и распределение активной нагрузки при параллельной работе ГА;
опрос запаса мощности работающих ГА перед включением мощных приемников электроэнергии;
защиту генераторов от токов перегрузки и КЗ;
циклический обегающий контроль параметров дизелей и генераторов и цифровую индикацию аварийно-предупредительных сигналов;
циклический контроль исправности модулей системы.
Пуск Д–Г
Предусматривается нормальный и экстренный пуск. Нормальный пуск с предварительной смазкой в течение 5с. Ускоренный пуск без предварительной смазки (применяется только при обесточивании). Пуск возможен по команде системы управления или с пульта управления (оператором). В случае неудавшегося пуска выполняется еще не более двух попыток пуска с интервалом 5 с.
При достижении дизелем частоты самовоспламенения топлива предусматривается дополнительное возбуждение генератора до Uг >0,8 Uгн.
Остановка Д-Г
Предусматривается нормальная и экстренная (ускоренная).
Нормальная остановка выполняется с охлаждением агрегата на холостом ходу на номинальных оборотах в течение 90 – 120 с.
Ускоренная остановка выполняется без охлаждения агрегата
Нормальная остановка осуществляется с предварительной разгрузкой ГА, ускоренная – без предварительной разгрузки.
Реализация программы остановки осуществляется по инициативе системы управления при неисправностях или недогрузке работающих генераторов, а также по команде с пульта управления.
Поддержание генераторного агрегата в готовности к немедленному пуску
Осуществляется предварительная смазка дизелей циклически (смазка 2 мин, интервал 60 мин) и дополнительная смазка после остановки дизеля в течение 8 мин. Кроме того оператором может быть установлен режим непрерывной смазки.
Предусмотрено соединение систем охлаждения двух дизелей, что позволяет поддерживать агрегат в горячем резерве, подогревая его водой работающего ГА. Предусмотрен также электрический обогрев.
Синхронизация и распределение нагрузки между работающими ГА
Наличие «Запроса синхронизации» контролируется через 0,8 с. Система управления реализует алгоритм адаптивной синхронизации, в процессе которой осуществляется выравнивание частот (fs= 0,1¸0,5 Гц), а также контроль фазового сдвига (j £ 7°). При распределении нагрузки ее неравномерность не превышает 10% номинальной мощности агрегата
Подключение и отключение резервного ГА
Последовательность подключения и отключения резервного ГА задается оператором.
Требование подключения резервного ГА формируется с задержкой:
20 с – при резервной мощности менее 20% Рн;
6 с – при нагрузке на ГА 105% Рн и более.
Требование подключения резервного ГА формируется без задержки при обесточивании, неисправности работающих ГА, в результате «опроса мощности».
При нагрузке менее 30% с 10-ти минутной задержкой формируется сигнал выключение ГА.
При нагрузке более 105% Рн с () секундной задержкой формируется сигнал на отключение ГА.
Перед отключением ГА разгружается, при этом сброс нагрузки осуществляется в две ступени с выдержкой времени в 45 и 54 с.
Восстановление электроснабжения после обесточивания «Black out»
Сигнал формируется устройством AGS при наличии признаков обесточивания, которыми являются:
- обрыв фазы или неправильное чередование фаз;
- снижение напряжения на 20%;
- снижение частоты на 5 Гц;
- повышение частоты на 2,5 Гц.
Наличие признака обесточивания проверяются каждые 0,4 с.
Техническая эксплуатация и ответственность за исправное состояние автоматизированных устройств возлагаются на членов судового экипажа, в заведовании которых они находятся:
- на судовых механиков в части пневматических, гидравлических и механических средств автоматизации в соответствии с их заведованием;
- на электромехаников в части электрических средств автоматизации, в том числе электрических элементов, конструктивно входящих в состав перечисленных выше средств автоматизации.
На судах со знаком автоматизации А1 в символе класса Регистра или соответствующими знаками автоматизации иностранных классификационных обществ организация технического использования СТС должна соответствовать требованиям Положения об эксплуатации судов без постоянного присутствия вахтенного персонала в центральном посту управления и машинных отделениях. Вне зависимости от знака автоматизации при эксплуатации автоматизированных устройств обязательно выполнение ПТЭ СТС и инструкций.
Ввод автоматизированных устройств в режим автоматического или дистанционного управления выполняют после проведения работ по подготовке средств автоматизации к действию. Указанные средства должны использоваться в полном объеме, соответствующем присвоенному судну знаку автоматизации и принятой форме вахтенной службы. Ввод в действие автоматизированных устройств после продолжительного нерабочего периода, ТО с выводом из действия или ремонта должен выполняться механиком по заведованию с участием старшего электромеханика. При вводе в действие автоматизированных устройств необходимо:
убедиться в готовности технических средств к действию;
установить органы управления в исходное положение;
включить питание и по сигнальным лампам и штатным контрольно-измерительным приборам убедиться в подаче напряжения;
убедиться в правильности действия автоматизированных устройств по лампам исполнительной сигнализации или при помощи других средств контроля после изменения положения органов управления или нажатия кнопки "Пуск".
Проверка функциональных узлов автоматизированных устройств должна проводиться в порядке, установленном инструкциями завода-изготовителя. При ежедневном осмотре электрооборудования старший электромеханик обязан:
провести внешний осмотр автоматизированных устройств и отдельных узлов, обращая внимание на их чистоту, отсутствие посторонних предметов, потеков жидкостей, коррозионных и механических повреждений, а также закрытие крышек и дверей;
проверить исправность сигнальных ламп, находящихся в действии, и заменить неисправные.
При обнаружении выхода контролируемых или регулируемых параметров, временных задержек, уставок срабатывания за пределы установленных значений необходимо в возможно короткий срок выполнить настройку и регулировку средств автоматизации (механиком по заведованию совместно со старшим электромехаником или специализированной береговой организацией). В случае систематических отказов автоматизированных устройств соответствующее донесение направляется судовладельцу.
Отключение автоматизированных устройств и переход на ручное управление проводятся с разрешения старшего механика и с ведома вахтенного механика при ТО или ремонте, а также для устранения неисправностей. При выводе из действия автоматизированных устройств необходимо:
- установить органы управления в положение, соответствующее выключенному состоянию;
- убедиться в правильности выполнения команды по лампам исполнительной сигнализации или при помощи других средств контроля;
- выключить питание.
При исчезновении питания или возникновении неисправностей в работе автоматизированных устройств, а также при появлении сигналов, причину которых лица вахтенной службы определить не в состоянии, необходимо сообщить об этом старшему электромеханику. При обесточивании судна вахтенный механик и старший электромеханик должны принять все меры к немедленному восстановлению работы автоматизированных устройств, руководствуясь инструкциями, которые должны быть разработаны судовладельцем для каждого типа судна и вывешены в машинном отделении (ЦПУ). При непосредственной угрозе затопления автоматизированных устройств они должны быть выведены из действия.
СУ СЭЭС «ГИЕПАС»
Общие сведения
Микропроцессорная система управления «Гиепас» многофункциональна. Она осуществляет пуск и остановку вспомогательных дизелей, синхронизацию, подключение и отключение резервных генераторов, распределяет активную и полную мощность между параллельно работающими генераторами. Она же поддерживает в сети постоянное значение частоты, контролирует процесс подключения мощных потребителей электроэнергии, защищает генераторы от токов короткого замыкания и перегрузки, а также от несимметричных режимов работы. Микропроцессорная система управления не допускает значительных отклонений напряжения и чатоты от номинальных значений. Она отключает второстепенные потребители электроэнергии при перегрузках по току и отклонениях частоты. Помимо того, микропроцессорная система осуществляет постоянный контроль за исправностью входящих в нее элементов.
Микропроцессорная система управления «Гиепас» состоит из четырех микро-ЭВМ DSG 822 и одной микро-ЭВМ LSG821.
Микро-ЭВМ DSG 822 («Dieselsteuergerat» микро-ЭВМ управления дизель-генератором) предназначены для управления дизель-генераторными агрегатами и осуществления контроля над ними.
Микро-ЭВМ LSG 821 («Lastwachtersteuergerat» – микро-ЭВМ управления режимами работы) предназначена для управления режимами работы и контроля за работой электроэнергетической системы.
Каждая из микро-ЭВМ DSG 822 имеет пять плат: микропроцессорную плату ZK 408, лицевую плату FPL 402, плату ввода-вывода EA 402, плату блока питания NEG и периферийную соединительную плату PAP 402 (рис.1).
Платы ZK 408, FPL 402, EA 402 и NEG 415 каждой микро-ЭВМ DSG 822 смонтированы в одном корпусе, который располагается на лицевой части соответствующей панели ГРЩ. Периферийная соединительная плата PAP 402 размещена на задней части той же панели.
Первые три платы каждой микро-ЭВМ DSG 822 соединены между собой системной шиной Х1. Плата ввода-вывода соединена двумя плоскими кабелями Х20, Х19 с периферийной соединительной платой и одним плоским кабелем Х22 – с блоком питания. Блок питания связан плоским кабелем Х21 с периферийной соединительной платой (рис.1).
Микро-ЭВМ LSG 821 состоит из четырех плат: микропроцессорной платы ZK 408, лицевой платы FPL 401, платы ввода-вывода EA 401 и периферийной соединительной платы PAP 401 (рис 2).
Платы ZK 408, FPL 401 и EA 401 микро-ЭВМ LSG 821 смонтированы в одном корпусе, который располагается на лицевой части одной из панелей ГРЩ. Периферийная соединительная плата размещена рядом на этой же панели ГРЩ.
Рисунок 1 – Структурная схема микро – ЭВМ DSG 822
Рисунок 2 – Структурная схема микро – ЭВМ LSG 821
Все микро-ЭВМ через клеммы периферийных соединительных плат связаны между собой (рис. 3).
Рисунок 3 – Схема связи между микро – ЭВМ
На этом рисунке Х12 это клеммы плат РАР 402, Х9 – клеммы платы РАР 401.
Структурная схема СУ СЭЭС «Гиепас» представлена на рисунке 3.
Рисунок 4 – Структурная схема СУ СЭЭС «Гиепас»
1. Микро-ЭВМ DSG 822
Состав. На этой микропроцессорной плате расположены следующие элементы: микропроцессор, запоминающее устройство, регистры, двунаправленные буферные усилители, логические элементы, триггеры, внешний генератор тактовых импульсов, дешифраторы и таймеры.
, разность частот 
, угол сдвига фаз одноименных векторов фазных напряжений генератора и сети φ£10°.
и 
генератора. Магнитопроводы охвачены вторичными обмотками с выводами н1-к1 и н2-к2, соединенными последовательно-согласно для получения напряжения 
, совпадающего по фазе с напряжением фазы А. При этом напряжения 
и 
на указанных вторичных обмотках одинаковы (
) и приложены к первичным обмоткам трансформаторов TV4 и TV5. Трансформатор тока ТА2 подключен к выводам вторичной обмотки трансформатора тока ТА1 фазы А. Поэтому напряжение U3 на резисторе R2 совпадает по фазе с током фазы А.
, поэтому к первичным обмоткам трансформаторов TV4 и TV5 приложены одинаковые напряжения: 
и 
. Вторичные напряжения этих трансформаторов одинаковы и после выпрямления компенсируют одно другое на выходе датчика, т.е. Uвых=0.
, 
в один полупериод переменного тока имеют полярность, обозначенную на схеме. При этом напряжения 
, а на первичной обмотке трансформатора TV5 уменьшится до 
. На выходе датчика появится напряжение Uвых=0.> 0.
и 
уменьшается и при индуктивной нагрузке (φ = 90°) эти напряжения становятся одинаковыми. В последнем случае Uвых=0.
. Взоне 11В < DU < 12,3В срабатывает компаратор 20, включается реле 22, происходит отключение второстепенных потребителей. Если после этого будет иметь место DI > 0, то через время, обусловленное величиной DI и коэффициентом настройки интегратора (резистор RK) напряжение достигнет значения DU ³ 12,3 В, благодаря чему закроется диод 7 и изменится состояние на выходах логических элементов 8, 9, 10,11,12. Сформируется сигнал на отключение генератора.
Рисунок 1 – Структурная схема микро – ЭВМ DSG 822
Рисунок 2 – Структурная схема микро – ЭВМ LSG 821
