Оценка влияния частотно-регулируемых асинхронных электроприводов на функционирование судовых энергетических установок и их элементов

   Показано, что использование в судовых энергетических установках энергосберегающих частотно-регулируемых асинхронных электроприводов вместо традиционных (контактор-асинхронный двигатель) позволяет снизить потребление электроэнергии в долевых режимах в разы, значительно расширить функциональные возможности оборудования. Однако при работе частотно-регулируемого электропривода имеет место эмиссия в питающую сеть высших гармоник тока, а к асинхронному электродвигателю наряду с основной гармоникой подаются гармоники напряжения. Гармоники тока, распространяясь по системе электроснабжения, приводят к снижению эффективности работы элементов судовых энергетических установок, в состав которых они входят. Установлено, что во всех режимах работы электропривода имеют место высокие значения потребляемой реактивной мощности. При большом числе частотно-регулируемых асинхронных электроприводов на судне будет невозможна полная загрузка дизель-генераторов по активной мощности. При работе частотно-регулируемого электропривода эмиссируются в питающую сеть гармоники тока, кратные трем. Эти гармоники являются токами нулевой последовательности. Так как судовая сеть не имеет нулевого провода, то ток третьей гармоники от одной фазы замыкается по проводам двух других фаз. Этот ток создает в электрических машинах поле нулевой последовательности с вытекающими последствиями. Наибольший интерес вызывают результаты экспериментальных исследований спектра вибраций при 10 %-й нагрузке на валу асинхронного двигателя: на частоте, близкой к 20 Гц, что может свидетельствовать о несимметрии полюсов исследуемого асинхронного двигателя; на частоте 300 Гц от взаимодействия моментов пятой (обратной последовательности) и седьмой (прямой последовательности) гармоник; на частоте 50 Гц, обусловленной воздействием основной гармоники.

1. Романенко Н. Г., Головко С. В., Жуманазаров М. П. Исследование свойств преобразователя частоты в качестве источника питания судового электрооборудования // Вестник Астраханского государственного технического университета. Сер.: Морская техника и технология. 2017. № 1. С. 76–81.

2. Qin J., Liu Y., Grosvenor R. A framework of energy consumption modelling for additive manufacturing using internet of things // Proc. CIRP. 2017. V. 63. P. 307–312.

3. Batouta K., Aouhassi S., Mansouri K. Energy efficiency in the manufacturing industry – a tertiary review and a conceptual knowledge-based framework // Energy Reports. 2023. V. 9. P. 4635–4653.

4. Achieving energy efficiency with medium voltage variable speed drives for ventilation-on-demand in South African mines / Andries J. H. Nel, Deon C. Arndt, Jan C. Vosloo, Marc J. Mathews // Journal of Cleaner Production. 2019. V. 232. P. 379–390.

5. Шабалин Л. Д., Чушанков Д. Ю. Обоснование модернизации судовых электроприводов грузоподъемных устройств на системы с использованием преобразователей // Известия Калининградского государственного технического университета. 2016. № 42. С. 213–222.

6. Кравчик А. Э., Шлаф М. М., Афонин В. И. Асинхронные двигатели серии 4А : справочник. Москва: Энергоатомиздат, 1982. 380 с.

7. Поливанов К. М. Теоретические основы электротехники : учеб. для вузов. Москва: Энергия, 1972. 240 с.

8. Белей В. Ф., Коротких К. В. Оценка режимов работы дизель-генераторов на основе диаграммы располагаемых мощностей // Известия Калининградского государственного технического университета. 2021. № 62. C. 135–145.

9. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 2014-07-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 19 с.

10. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроcнабжения промпредприятий. Москва: Энергоатомиздат, 1984. 160 с.

11. Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. Москва: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

12. Копылов И. П. Электрические машины : учеб. пособие для вузов. Москва: Логос, 2000. 607 с.

13. Tsypkin M. Induction Motor Condition Monitoring: Vibration Analysis Technique – Diagnosis of Electromagnetic Anomalies // Schaumburg, IL, USA. 2017. URL: https://www.academia.edu/36681354/Induction_Motor_Condition_Monitoring_Vibration_Analysis_Technique_a_Practical_Implementation (дата обращения: 1. 07. 2023).

14. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1. Общие требования. Введ. 1999-08-01. Москва: Стандартинформ, 2014, 18 c.

15. Tsypkin M. Vibration of Induction Motors Operating with Variable Frequency Drives - a Practical Experience // IEEE 28^-th Convention of Electrical and Electronics Engineers. 2014. Eilat, Israel. URL: https://www.academia.edu/35527361/Vibration_of_Induction_Motors_Operating_with_Variable_Frequency_Drives_-a_Practical_Experience (дата обращения: 2. 07. 2023).

16. Романовский А. И. Исследование вибродиагностических признаков несимметрии тока асинхронного двигателя. Иркутск. 2009. С. 185–191. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vibrodiagnosticheskih-priznakov-nesimmetrii-toka-asinhronnogo-dvigatelya (дата обращения: 3.07.2023).