Введение 3

1 Общие положения и описание принципа работы 3

2 Выбор элементов 6

3 Выбор микроконтроллера 9

4 Программная реализация 10

Заключение 16

Литература 17

ВВЕДЕНИЕ

Человечество издавна стремилось к всеобщей автоматизации и оптимизации окружающей среды. В данной работе рассмотрен пример автоматизации управления судовой электрической станции.

Судовая электрическая станция (СЭС) - это энергетический комплекс, состоящий из источников электроэнергии и главного распределительного щита (ГРЩ), к которому они подключены. В качестве основных источников электроэнергии на современных судах применяют генераторы переменного тока. Но дело не только в аспектах конструкции, но и в автоматизации регулирования таких параметров, как мощность, частота, напряжение и другие. Ведь именно эти параметры в большей степени и определяют эффективность работы СЭС и затраты на поддержание ее работоспособности.

1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ОПИСАНИЕ ПРИНЦИПА РАБОТЫ

Нормальная работа потребителей электроэнергии СЭС возможна только в том случае, если на электростанции вырабатывается высококачественная электроэнергия, т.е. если напряжение и частота генераторов переменного тока поддерживаются с требуемой точностью. В качестве основных источников электроэнергии на судах используют генераторы с автономным приводом - генераторные агрегаты (ГА), которые состоят из первичного двигателя и генератора и генераторы отбора мощности от главного судового двигателя.

Автоматизация СЭС может осуществляться путем контроля значений напряжения и частоты за счет специального оборудования: блоков стабилизации частоты вращения и напряжения.

Регулирование напряжения осуществляется следующими методами: стабилизация напряжения по возмущению, по отклонению и комбинированная.

В качестве источников регулируемого напряжения используются генератор постоянного тока, либо полупроводниковый выпрямитель. Поддержание неизменной частоты сводится, в свою очередь, к стабилизации частоты вращения вала первичного двигателя ГА. Первичный двигатель загружается только активной нагрузкой, при ее изменении изменяется частота. Стабилизацию частоты вращения вала ГА осуществляют с помощью автоматических регуляторов, которые воздействуют на исполнительные органы, изменяющие подачу топлива (пара) в первичные двигатели.

Принцип действия генератора основан на законе электромагнитной индукции .

Основными величинами, характеризующими синхронный генератор, являются:

• электрическое напряжение на зажимах U, вольт ;
• сила тока I, ампер ;
• полная электрическая мощность P i , ватт ;
• число оборотов ротора в минуту n;
• коэффициент мощности cos φ.

Двигатель постоянного тока — электрическая машина , машина постоянного тока , преобразующая электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию.

Регулирование частоты вращения двигателей постоянного тока можно осуществлять путем изменения потока, введения дополнительного сопротивления в цепь якоря и изменения напряжения сети. В двигателях параллельного возбуждения наиболее просто осуществляется регулирование изменением потока, реализуемого с помощью реостата в цепи возбуждения. При увеличении значения дополнительного сопротивления магнитный поток Ф уменьшается и частота вращения растет.

Общая схема регулирования частотой судовой электростанции представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема регулирования частотой двигателя судовой электростанции

Здесь

f зад - заданная оператором частота;

f ос – частота, измеренная датчиком по цепи обратной связи;

W р – передаточная функция регулятора;

W оу – передаточная функция объекта управления;

D ос – датчик, регистрирующий частоту;

f – частота на выходе объекта управления.

Полагаясь на данную схему, можно сделать вывод о том, что оптимизация частоты будет происходить по отклонению, где в цепи обратной связи находится датчик, регистрирующий значение частоты на выходе объекта управления. Также можно сказать, что сумматор отвечает за разность частоты, заданной оператором, и частоты, принятой с датчика. Это определяет величину отклонения от заранее заданных оператором значений и ее регулирование в дальнейшем.

В основе регулирования напряжения лежит тот же принцип с незначительными отличиями в области возмущений рис. 1.2.

Рис. 1.2. Структурная схема

Все элементы данной структурной схемы выбраны обоснованно в связи с необходимостью реализации точного управления и получения качественной энергии для потребителей электростанции. Далее приведен перечень необходимых конструкторских решений.

2 ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ

Оптрон типа МОС8101 применяется для гальванической развязки цепи с малым током коммутации. В качестве коммутирующего элемента используется биполярный транзистор.

Рис. 2.1. Оптрон типа МОС8101

Двигатель постоянного тока типа ВДМ 200

Характеристики двигателя табл. 2.1:

Таблица 2.1. Характеристики двигателя постоянного тока типа ВДМ 200

Номинальная мощность, кВт
Максимальная часовая мощность, кВт
Номинальная частота вращения вала двигателя, об/мин	1500
Род тока	постоянный
Номинальная частота тока	50 Гц
Номинальное напряжение, В

Рис. 2.2. Двигатель постоянного тока

Генератор переменного тока

Рис. 2.3. Генератор переменного тока

Драйвер типа UCC37322 . Напряжение питания драйвера лежит в диапазоне 4÷15 В, поэтому может использоваться напряжение питания микроконтроллера VCC. Управляется драйвер стандартными логическими сигналами микроконтроллера: выходной сигнал ШИМ ОС0 поступает на основной вход IN, через порт PB1 поступает дополнительный сигнал разрешения EI, который позволяет сигналом нулевого уровня отключить выходной силовой транзистор VT2 независимо от сигнала ШИМ. Этот дополнительный сигнал позволяет программно запретить управление выходным ключом. Драйвер обеспечивает задержку переключения сигнала управления OUT не более 70 нс при входной емкости МОП - транзистора до 10 нФ.

Рис. 2.4. Драйвер

Обмотка возбуждения . В количестве двух. Одна из них основный поток возбуждения, а другая за предел скорости вращения ГА. Здесь ток якоря равен сумме тока нагрузки и тока возбуждения: I я = I н + I в .

Рис. 2.5. Обмотка возбуждения

3 ВЫБОР МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

В соответствии с поставленными задачами и выбранными устройствами для реализации будем использовать микроконтроллер ATtiny2313. ATtiny2313 улучшенный вариант микроконтроллера AT90S2313. Это семейство МК AVR зарекомендовало себя, вследствие простой архитектуры и параметрам, отвечающим общим требованиям.

Общие характеристики:

• 120 инструкций оптимизированных для программирования на языках высокого уровня;
• 32 регистра общего назначения;
• почти каждая инструкция выполняется за 1 такт генератора, за счет чего быстродействие достигает 20 MIPS;
• 2 килобайта флеш-памяти для программ. Флеш-память может программироваться прямо с контроллера;
• 128 байт EEPROM (энергонезависимая память);
• 128 байт SRAM (оперативная память).
• один 8 битный таймер/счетчик;
• один 16 битный таймер/счетчик;
• четыре ШИМ канала;
• аналоговый компаратор;
• Watchdog таймер;
• USI универсальный последовательный интерфейс;
• USART.

Для микроконтроллера наиболее удобен режим программирования по последовательному SPI интерфейсу.

Как и все микроконтроллеры AVR серии ATtiny2313 (рис. 3.1) производителен и экономичен. Широко доступен в продаже. Недорог.

Рис. 3.1. Микроконтроллер ATtiny2313

4 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

Блок – схема

Суть программной реализации состоит в сравнении эталонного значения исследуемой характеристики (периода) с полученным значением в процессе функционирования устройства. Далее, если полученное значение соответствует эталонному, формируется функция управления, если нет - приведение в исполнение мер по ликвидации ошибки для корректировки управляемых параметров.

Рис. 4.1. Блок – схема управления

Программная реализация

Include "tn13def.inc"

Def temp1=r16

Def count=r17

Def flag=r18

Def sigma=r19

Def lsigma=r20

Def Tint=r21

Def Tdif=r22

Def nupr=r23

Def temp1=r24

Def Tet=200; заданное значение периода

Def diod=r25

Def Kp=r26

Def temp3=r27

CSEG

ORG $000

rjmp reset

ORG $006

rjmp VEC_PR; вектор прерывания

reset:

ldi temp, low (RAMEND)

out SPL, temp

ldi temp, 0b00000011

out DDRB, temp

clr flag

clr count

ldi temp,(1<

out TIMSK, temp

ldi temp, (1<

out mcucr, temp

ldi temp,(1<

out GIMSK, temp

main

rjmp main

Taimer:

out GTCCR, temp

out TCNT0, temp1

ldi TMP_0,(1<

out TCCR0A,TMP_0

out OCR0A,temp1

out OCR0B,temp1

ldi TMP_1,(1<

out TIFR0, TMP_1

out TIMSK0,TMP_1

ldi TMP_0,(1<

out TCCR0B, TMP_0

Shim:

ldi temp, 0b00000011

out TCCR0A, temp

ldi temp, 0b00000110

out TCCR0B,temp

ldi r18,0

out PORTB,r18

clr sigma

clr lsigma

clr Tint

clr Tdif

clr nupr

clr diod

clr count

Poluch:

in r26,TCNT0

clr r27

out TCNT0, r27

cp r26,Tet

breq out

brcs min

Plus:

subi r26, Tet

out sigma, r26

Out:

sbi PORTB, PBO

cbi PORTB, PB0

min:

subi Tet,r26

Fupr:

ldi Kp,1

out nupr,Kp

ldi nupr, Kp

add nupr, Kp

ldi nupr, siqma

add nupr,sigma

ldi nupr, sigma

add nupr, sigma

ldi Tet, Tint

sub Tet,Tint

ldi nupr, Tet

add nupr, Tet

ldi Tdif, Tet

sub Tdif,Tet

ldi nupr, Tdif

add nupr,Tdif

ldi sigma,lsigma

subi sigma,lsigma

ldi nupr,sigma

add nupr,sigma

ser temp

out DDRC, temp

out PORTC, temp

ldi temp,0b00010000

out TIMSK,temp

sbi TIMSK, OC1E1A

ldi temp,0b 00001101

out TCCR1B,temp

ldi temp, high (5760)

out OCR1AH

ldi temp, low(5760)

out OCR1Al

clr temp

clr nupr

clr temp1

reti

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе разработаны методы и устройства для автоматизации параметров судовой электростанции. Реализация их представляется возможным только на программном уровне или уровне модели, ввиду недоступности технологий, либо недостатка мощностей. Но приведенная в работе модель может быть использована для внедрения в судовые электростанции

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов Ю. И., Цирулик Д. В., Югай В. Я. “Программно-аппаратная реализация типовых функций в системах управления”, ТТИ ЮФУ, 2009.

2. Ткаченко А. Н. Судовые системы автоматического управления и регулирования. Учебное пособие. - Л.: Судостроение, 1984.-288 с., ил.

3. Хайдуков О. П. Эксплуатация энергоэнергетических систем морских судов: Справочник /О. П. Хайдуков, А. Н. Дмитриев, Г. Н. Запорожцев. – М.: Транспорт, 1988. – 223 с.: ил., табл. – Библиогр.: с. 211.

4.Никифоровский Н. Н., Норневский Б. И. Судовые электрические станции, “Транспорт”, 1974 .

5.Китаенко Г. И. Справочник судового электротехника, “Судостроение”, 1980 .

Источниками электрической энергии на судах служат электрогенераторы переменного или постоянного тока, приводимые в движение первичными двигателями (паровыми машинами и турбинами, двигателями внутреннего сгорания), и аккумуляторные батареи. Генераторы тока, смонтированные вместе с первичными двигателями на одной фундаментной раме, называются электроагрегатами и по роду первичного двигателя разделяются на парогенераторы, турбогенераторы и дизель-генераторы.

В состав судовой электрической станции, кроме электроагрегатов, входят главный и вспомогательные распределительные щиты с размещенными на них аппаратурой, приборами и различными вспомогательными устройствами. Электрическая станция размещается обычно в машинном отделении судна или в специальном отсеке, вблизи машинного отделения.

По назначению судовые электростанции подразделяют на основные, вспомогательные и осветительные. Основные электростанции устанавливают на судах, имеющих в качестве главных двигателей гребные электродвигатели (турбо- и дизель-электроходы). Такие станции служат для обеспечения движения судна, привода вспомогательных механизмов и устройств, освещения судна и питания бытовых электроприборов. Они достигают по мощности нескольких тысяч киловатт.

Вспомогательные электростанции устанавливают на судах с паротурбинными, дизельными и газотурбинными установками (турбоходы, теплоходы и др.). Они предназначены для обеспечения работы вспомогательных механизмов и устройств, а также для освещения судна. Мощность таких электростанций достигает несколько сотен и даже тысяч киловатт.

Осветительные электростанции устанавливаются на небольших судах, имеющих паровой привод вспомогательных механизмов, и служат в основном для освещения судна. Мощность этих электростанций, как правило, не превышает нескольких десятков киловатт.

Судовые электростанции в соответствии с Правилами Регистра СССР могут быть как постоянного тока напряжением 6, 12,24, 110 и 220 в, так и переменного тока напряжением б, 12, 24, 127, 220 и 380 в. Для силовых электросетей допускается применение напряжения до 220 в при постоянном токе и до 380 в при переменном. Для сетей освещения независимо от рода тока применяется напряжение 220 или 110/127 в, а для низковольтного освещения - 6, 12 и 24 в. На танкерах и нефтеналивных судах напряжение сети освещения не должно превышать 110 в при постоянном токе и 127 в - при переменном.

На судах используют электродвигатели постоянного и переменного тока. Применение постоянного тока позволяет плавно регулировать частоту вращения электродвигателей в широких пределах, допускает у них перегрузку и большой пусковой момент. Поэтому электродвигатели постоянного тока применяются на судах для привода в действие палубных механизмов, рулевых машин и некоторых вспомогательных механизмов машинного отделения. Однако большее преимущество имеют электродвигатели переменного тока (особенно асинхронные), что объясняет современную тенденцию повсеместного их внедрения на морских судах (см. § 24).

Так, например, асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором, выпускаемые в водозащищенном и брызгозащищенном исполнениях на напряжение тока 380/220 в, могут быть использованы как в качестве гребных электродвигателей, так и для привода палубных механизмов.

Кроме главной электростанции, большинство судов имеет независимую аварийную станцию, получающую питание от аварийного дизель-генератора и предназначенную для обеспечения питанием и освещением приборов управления судном и основных вспомогательных электромеханизмов в случае выхода из строя главного электроагрегата.

На некоторых типах судов (нефтеналивные, пассажирские и др.) наряду с аварийной электростанцией устанавливают специальные аккумуляторные батареи малого аварийного освещения, автоматически включающиеся при исчезновении тока в судовой сети освещения.

Главный распределительный щит (ГРЩ) судовой электростанции состоит из металлического каркаса и прикрепленных к нему одной или нескольких панелей, предназначенных для расположения на них приборов. Количество панелей на каркасе щита определяется числом электрогенераторов и количеством судовых потребителей тока.

Согласно Правилам Регистра СССР на морских судах допускается установка распределительных щитов только закрытого типа. Такие щиты отличаются тем, что на их лицевой стороне на панелях размещают только электроизмерительные приборы, а также рукоятки управления остальными приборами и аппаратами, которые вместе с токоведущими частями и шинами монтируют на задней стороне щита. Все электрогенераторы присоединяют к общим сборным щитам ГРЩ, которые разделяют на отдельные секции для возможности отключения и ремонта при работающей электростанции. К распределительным устройствам относятся также вторичные, групповые и отдельные щиты, устроенные подобно ГРЩ.

Судовая электростанция предназначена для обеспечения электроэнергией судовых потребителей в нормальных и аварийных режимах.

В состав судовой электростанции входят вспомогательные первичные двигатели (дизели, паровые или газовые турбины), электрогенераторы, главные и местные распределительные щиты, трансформаторы, выпрямители, преобразователи, кабели и контрольно-измерительные приборы (Рис. 9.1).

Большинство судовых потребителей электроэнергии питаются переменным током 380 (силовые потребители) и 220 В с частотой 50 Гц (в некоторых случаях до 400 Гц). Потребители постоянного тока питаются от преобразователей или выпрямителей. Для переносного освещения используется переменный ток напряжением 12В, получаемый от понижающих трансформаторов.

Все судовые электростанции делятся на три вида:

- главные, которые обеспечивают электроэнергией работу гребных электродвигателей (на судах с электродвижением) или технологическое оборудование (на судах технического флота);

- общесудовые, которые обеспечивают электроэнергией потребители ГЭУ и общесудовые потребители на всех режимах работы СЭУ и судна;

- аварийные, которые обеспечивают работу потребителей при выходе из строя общесудовой электростанции.

Рисунок 9.1 Судовая электростанция: а – с генератором, приводимым от дизеля; b – с валогенератором: 1 – дизель; 2 – валогенератор; 3 – гребной вал;

4 – генератор; 5 – распределительный щит.

Общесудовые электростанции применяются на судах всех типов и комплектуются на основе предварительных расчетов потребления электроэнергии.

Как правило, на морских судах устанавливается до 3-4 генераторных агрегатов. Это повышает надежность электростанции. При этом на ходовых режимах работает только один генератор. Если на судне установлено 4 однотипных дизель-генератора, то ходовой режим обеспечивается двумя, работающими параллельно, а на стоянке работает один дизель-генератор.

Может быть такая схеме, когда электростанция комплектуется тремя однотипными дизель-генераторами и одним меньшей мощности – стояночным. В режиме стоянки стояночный дизель-генератор работает на полной нагрузке, а в других режимах подключается, если одного ДГ мало, а двух слишком много.

Стояночный ДГ используется также на судах с ПТУ. На таких судах применяются паротурбогенераторы и валогенераторы, количество которых может быть 2…3 (на танкерах и сухогрузах) и до 4…5 на пассажирских судах, контейнеровозах и газовозах.

На судах с ГТУ и теплоутилизционным контуром потребность в электроэнергии на ходовых режимах обеспечивают паротурбогенераторы, получающие пар от утилизационного котла. На стояночных режимах используют ДГ, который резервирует паротурбогенераторы на ходовых режимах.

Аварийные электростанции применяются на судах всех типов для обеспечения наиболее важных для безопасности судна потребителей при внезапном исчезновении напряжения на главном рапредщите (ГРЩ) или при выходе из строя общесудовой электростанции.

Аварийные электростанции комплектуются дизель-генераторами и размещаются в отдельных помещениях выше водонипронициаемой палубы. Их дизели обеспечиваются необходимым запасом топлива для непрерывной работы в течение не менее 6 часов для транспортных судов и 36 часов для пассажирских судов.

Судовая электроэнергетическая установка (СЭЭУ) представляет собой сложный технический комплекс, состоящий из различных видов электрооборудования, обеспечивающего процессы генерирования и распределения электроэнергии между приемниками, преобразующими электроэнергию в другие виды энергии (механическую, тепловую, световую, химическую и т.п.).

В состав судовой электроэнергетической установки входят:

судовая электроэнергетическая система (СЭЭС);

общесудовые приемники электроэнергии;

гребная электрическая установка (ГЭУ),

Структура СЭЭУ приведена на рис. 1.1.

СЭЭУ обладает всеми свойствами системы, однако здесь и далее ис­пользуется общепринятая терминология в отношении судовых электро­технических комплексов, систем и установок.

В состав СЭЭС входит одна или несколько судовых электростанций (СЭС) и судовые распределительные сети.

СЭС называют технический комплекс, состоящий из источников электроэнергии и главного распределительного щита (ГРЩ), основным назначением которой является производство электроэнергии необходимого количества и качества во всех режимах эксплуатации судна.

Судовые электростанции подразделяют на основные, аварийные и специальные. Основная СЭС обеспечивает электроэнергией общесудо­вые приемники во всех эксплуатационных режимах работы судна, вклю­чая аварийный (пожар, пробоина). Аварийная СЭС обеспечивает питани­ем только особо важные приемники в случае отказа основной.

Специальные СЭС могут использоваться на судах для питания тех­нологических комплексов (рыбоперерабатывающий завод, буровая уста­новка и т.п.). К специальным относят СЭС, которые питают гребные электрические установки. В них источники электроэнергии подключа­ются к щиту электродвижения (ЩЭД).

Если СЭС одновременно обеспечивает электроэнергией ГЭД и общесудовые приемники, то в этом случае судовую электроэнергетиче­скую систему принято называть единой.

Электрические распределительные сети состоят из:

Электрораспределительных щитов (РЩ);

Кабельных линий электропередачи, передающих электроэнергию от источников или распределительных щитов (РЩ) к приемникам;

Преобразователей электроэнергии, обеспечивающих питание ло­кальных сетей, таких как сеть переносного рабочего освещения, транс­ляционная сеть и т.д.

В большинстве случаев движение судна обеспечивают главные дви­гатели (дизели, турбины), входящие в состав главной энергетической установки судна (ГлЭУ). На многих судах различного назначения для" обеспечения движения судна используется гребная электрическая установка (ГЭУ), которая входит в состав СЭЭУ.

На судах с ГЭУ движение обеспечивается за счет работы гребных электродвигателей (ГЭД), которые получают питание или от специаль­ной, или от основной электростанции.

СЭЭС по типу взаимосвязи с главной энергетической установкой судна можно разделить на:

Автономные СЭЭС, не имеющие непосредственной связи с ГлЭУ;

СЭЭС с отбором мощности от ГлЭУ;

Единые СЭЭС.

Классификация СЭЭС по типу связи с главной энергетической уста­новкой судна представлена на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Классификация СЭЭС по типу связи с ГлЭУ

В автономных СЭЭС электроэнергию для питания приемников вы­рабатывают автономные источники электроэнергии, как правило, турбо-или дизель-генераторы.

В состав СЭЭС с отбором мощности от ГлЭУ помимо автономных источников электроэнергии входят генераторные установки, исполь­зующие для производства электроэнергии мощность ГД. К таким уста­новкам относят валогенераторные установки (ВГУ) и утилизационные установки. В ВГУ электроэнергию вырабатывают валогенераторы (ВГ), приводимые в движение непосредственно ГД. В утилизациошшх уста­новках применяются утилизационные паро- или газотурбогенераторы. Для получения пара в утилизационных котлах используется тепло выхлопных (отбросных) газов ГД. Утилизационные газотурбогенераторы приводятся в движение под действием давления выхлопных газов ГД.

В отличие от ВГУ, утилизационные турбогенераторы находят огра­ниченное применение на современных судах. Это связано, прежде всего, с малой мощностью утилизационной установки.

ВГУ производят непосредственный отбор мощности от ГлЭУ, утилизационные установки - косвенный.

В единых СЭЭС производимая электроэнергия расходуется на общесудовые нужды и обеспечение движения судна.

К судовому электрооборудованию относятся: судовые электростанции, распределительные коммутационные, защитные, электроизмерительные, пускорегулирующие и сигнальные устройства и приборы.

Судовые электростанции

Назначение и типы судовых электростанций

Судовая электростанция (СЭС) является одной из основных частей судовой энергетической установки. Она обеспечивает электроэнергией всех потребителей судна в любом режиме работы.

(Основными режимами работы судна являются: ходовой, стоянка в порту с грузовыми операциями, стоянка в порту без грузовых операций, маневровый, аварийный (возникновение пожара, получение судном пробоины).

СЭС подразделяются:

По назначению - на основные, аварийные и специальные.

Основная электростанция на теплоходах обеспечивает электроэнергией всех потребителей в обычном ходовом режиме работы судна с помощью дизель-генераторов, турбогенераторов (ТГ) или валогенераторов. Аварийный режим работы судна обеспечивается аварийной электростанцией.

Помещение аварийной электростанции располагается за пределами машинного отделения. В нём расположены: аварийный дизель-генератор (АДГ), аварийный распределительный щит (АРЩ), цистерна запаса топлива, аккумуляторные батареи или другие стартерные устройства для АДГ.

Специальные СЭС устанавливают на судах с электродвижением.

По роду тока различают СЭС на постоянном или переменном токе;

Род тока электростанции определяется потребителями электроэнергии. На судах морского флота используется в основном переменный ток В качестве источников тока разрешается использовать генераторы с номинальными стандартными напряжениями: постоянного тока - 27, 115 и 8 В; переменного трёхфазного тока - 133, 8 и 400 В. Номинальная стандартная частота переменного тока 50 Гц.

В состав СЭС входят:

Источники тока - дизель-генераторы, турбогенераторы, валогенераторы, аккумуляторы, батареи;

Распределительные устройства - главный распределительный щит (ГРЩ), групповые щиты, аварийный распределительный щит (АРЩ);

Электрическая сеть с приборами управления, контроля и защиты.

Под электрической станцией понимают совокупность ряда механизмов, машин, приспособлений и устройств. В состав электрической станции входят первичные двигатели, генераторы, главный распределительный щит со смонтированными на нем аппаратурой и различными вспомогательными устройствами. Обычно электрические станции на судах размещаются в машинных отделениях.

Источниками электрической энергии на судах служат генераторы как переменного, так и постоянного тока, приводимые в движение (первичными двигателями (двигателями внутреннего сгорания, паровыми машинами или турбинами), и аккумуляторные батареи.

Генераторы вместе с первичными двигателями называют агрегатами и по роду первичного двигателя разделяют на парогенераторы, турбогенераторы и дизель-генераторы. Паро- и турбогенераторы устанавливают на судах с пароэнергетическими установками, дизель-генераторы-на всех теплоходах, а иногда и на пароходах.

По назначению судовые электростанции разделяются на следующие.

1. Электрические станции небольшой мощности, предназначенные преимущественно для освещения судна; мощность этих электростанций, как правило, не превосходит несколько десятков киловатт. Такие станции устанавливают на судах, где вспомогательные механизмы не электрифицированы, а имеют паровой привод (на пароходах с паровыми поршневыми машинами).

2. Электрические станции, предназначенные для обеспечения работы вспомогательных механизмов и устройств и для освещения судна; мощность этих электростанций может достигать нескольких сотен и даже тысяч киловатт. Такие электростанции устанавливают на судах с паротурбинными, дизельными и газотурбинными установками, где вспомогательные механизмы электрифицированы.

3. Электрические станции, предназначенные для обеспечения работы гребной электрической установки судна, привода вспомогательных механизмов и устройств и освещения судна; мощность таких электростанций достигает нескольких тысяч киловатт. Они устанавливаются на турбо- и дизель-электроходах.

Судовые электростанции устанавливают как постоянного, так и переменного тока в соответствии с Правилами Регистра Украины. При применении постоянного тока обеспечивается возможность плавного регулирования частоты вращения электродвигателей в широких пределах, способность их к перегрузке и большой пусковой момент. При применении переменного тока обеспечивается простота и дешевизна исполнения двигателей, их небольшие масса и размеры, а также ряд других преимуществ. Кроме того, переменный ток можно трансформировать на различные напряжения.

На судах морского флота применяют постоянный ток напряжением 6, 12, 24, 110, 8 В и переменный ток напряжением 6, 12, 24, 127, 8, 380 В. Для силовых цепей допускается применение напряжения до 380 В при переменном токе и до 8 В-при постоянном токе. Для цепей освещения независимо от рода тока применяется напряжение 8 или 110/127 В и для низковольтного освещения - 6, 12 и 24 В.

Кроме главной судовой электростанции, на подавляющем большинстве морских судов устанавливается аварийная электрическая станция, способная обеспечить питанием и необходимым освещением приборы управления судном. Аварийная электростанция имеет, как правило, свой распределительный щит, источниками питания которого могут быть дизель-генератор и реже - аккумуляторная батарея соответствующей емкости. Независимо от наличия аварийной электростанции суда определенной категории (наливные, пассажирские, а также суда с электрифицированными вспомогательными механизмами) должны быть оборудованы малым аварийным освещением с питанием от специальной аккумуляторной батареи, автоматически включающейся при прекращении тока в судовой цепи освещения.

Аварийные электростанции

Аварийные источники электроэнергии предназначены для питания жизненно важных потребителей, при выходе из строя основной электростанции.

Аварийная электростанция располагается в отдельном помещении на уровне палубы переборок или выше палубы переборок, за пределами машинного помещения. В помещении АЭС располагаются: аварийный дизель-генератор (АДГ); аварийный распределительный щит (АРЩ); цистерна с аварийным запасом топлива и др. Помещение АЭС должно иметь выход на открытую палубу.

Аварийные дизель-генераторы предназначены для подачи питания (через АРЩ) на наиболее важные участки сети в случае выхода из строя главной электроэнергетической установки вследствие пожара, затопления или другой причины. АДГ должны обеспечивать работу АЭС в течение не менее 12 часов.

АДГ должны надёжно запускаться из холодного состояния. Пуск АДГ может осуществляться с помощью воздуха от автономного пускового баллона, с помощью гидравлического стартёра или с помощью электрического стартёра, питающегося от кислотных аккумуляторных батарей. Аккумуляторные батареи заряжаются от сети через зарядное устройство (соответствующий трансформатор - выпрямитель).

Согласно требованиям Регистра, каждый аварийный дизель-генератор должен иметь не менее двух автономных источников пуска.

АДГ небольшой мощности (до 60 кВт) могут иметь воздушное охлаждение. АДГ более мощные (от 60 кВт до 250 кВт и выше), как правило, имеют жидкостное охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости применяется пресная вода или антифриз (в случае, если судно работает в условиях низких температур).

Основными потребителями электроэнергии, вырабатываемой аварийным дизель-генератором, являются: аварийный электропривод рулевой машины; аварийный электропожарный насос; аварийное освещение (большое); авральная и аварийная сигнализация; сигнально-отличительные огни; электрорадионавигационные приборы и другие приборы и механизмы, работа которых непосредственно влияет на безопасность мореплавания.

Дополнительно к АДГ на судах предусмотрена аккумуляторная батарея, как кратко-временный источник электроэнергии для особо ответственных потребителей, таких как аварийное освещение (малое), сигнально-отличительные огни (резервные), радиосвязь и другие.

Аккумуляторные батареи

На морских судах аккумуляторные батареи являются основным источником электроэнергии в дизельных установках с электропуском. Например, для пуска аварийного дизель-генератора (АДГ), двигателей спасательных шлюпок, аварийного дизель-пожарного насоса и др.

Также аккумуляторные батареи служат для питания сети аварийного освещения. При работе аккумуляторные батареи расходуют накопленную энергию (разряжаются), поэтому возникает необходимость их зарядки. Для зарядки аккумуляторных батарей на малых судах используется зарядный генератор, навешанный на двигатель. На морских судах зарядка производится от судовой электростанции через зарядные устройства.

Обслуживание генератора во время работы

Во время работы генератора необходимо периодически следить: за величиной напряжения по вольтметру, за нагрузкой генератора по амперметру и ваттметру, за величиной сопротивления изоляции сети по мегомметру; за работой щёток и контактных колец, за нагревом генератора и его аппаратуры, за нагревом подшипников, за возникновением ненормального шума, за уровнем масла в масляных ваннах подшипников (или за состоянием консистентной смазки), за состоянием воздушных фильтров вентилятора генератора и др.

При обнаружении ненормальностей в работе генератора и невозможности их устранения без остановки необходимо пустить другой генератор, перевести на него нагрузку, а неисправный генератор остановить.