Перспективы использования электрооборудования повышенной частоты в СЭЭС

Приведённые результаты анализа влияния повышенной частоты на показатели и характеристики различного электрооборудования показывают, что ЭС с частотой 400 Гц целесообразно устанавливать на небольших кораблях и катерах, насыщенных радиооборудованием, особенно на судах с подводными крыльями, на воздушной подушке и т.п. В остальных случаях для питания радиооборудования, люминесцентного освещения и ряда электроприводов полезно используют преобразователи или генераторные агрегаты, вырабатывающие электроэнергию с повышенной частотой.

Недостатки повышенной частоты, проявляющиеся в увеличении массы кабельной сети на крупных судах и в ухудшении динамических характеристик электроприводов, предназначенных для работы в повторно-кратковременном режиме, в будущем будут устранены благодаря применению новых силовых полупроводниковых преобразователей электроэнергии. В перспективной СЭЭС, с системой сборных шин постоянного тока, передача электроэнергии к силовым преобразователям производится по линиям постоянного тока с повышенным напряжением. Указанные преобразователи устанавливаются в непосредственной близости от приёмников электроэнергии.

Исключение составляют преобразователи для люминесцентного освещения. Целесообразно устанавливать два таких преобразователя на всё судно (один находится в резерве). Коэффициент мощности в сети освещения высокий. Большинство кабелей этой сети имеет минимальное по условию механической прочности сечение. Поэтому рост массы сети освещения, при питании её от источника повышенной частоты, не происходит.

При передаче электроэнергии на постоянном токе при повышенном напряжении снимается проблема с увеличением массы кабельной сети – её масса меньше, чем в СЭЭС с частотой 50 Гц. Для электроприводов повторно-кратковременного режима следует применять односкоростные короткозамкнутые асинхронные двигатели, которые получают питание от автономных инверторов. Масса двигателя снижается, так как на статоре имеется только одна обмотка. В динамических режимах частота плавно изменяется, обеспечивая требуемые ускорения и моменты. Потери в обмотках двигателя при этом значительно уменьшаются, а допустимая частота включений увеличивается по сравнению с многоскоростными полюсопереключаемыми двигателями с частотой 50 Гц.

Таким образом, перспективная СЭЭС с системой сборных шин постоянного тока предоставит возможность получить все преимущества использования повышенной частоты (снижение массы электрооборудования и механизмов, улучшение характеристик источников света и т.п.) и избавиться от сопутствующих недостатков (увеличение массы кабельной сети, ухудшение показателей электроприводов повторно-кратковременного режима работы). Применение индивидуальных преобразователей даст возможность для каждого потребителя выбрать наилучшее для него значение частоты.

Можно с уверенностью предположить, что в будущем получит развитие электрооборудование с частотой, намного большей значений, которые сейчас применяются на судах. Речь идёт о частотах в диапазоне от 5 кГц до 50 кГц и выше. Такая частота может успешно применяться в устройствах индукционного нагрева, для обогрева помещений и для камбузных плит. Такие устройства компактны, имеют высокое быстродействие и больший КПД, чем у традиционных нагревательных приборов. Вторая область применения – электрическое отделение приёмника от системы шин постоянного тока, при питании этого приёмника через преобразователи электроэнергии. В состав электрического преобразователя приёмника входит высокочастотный трансформатор, обладающий весьма малой массой, в десятки раз меньшей, чем при частоте 50 Гц. Подобным образом можно получить регулируемые источники постоянного тока с небольшим напряжением. Эти источники можно использовать, например, для заряда аккумуляторов, для питания сварочного оборудования и плазмотронов и т.п.

При столь высокой частоте использовать обычные проводники для подключения первичной обмотки трансформатора к инвертору, а вторичной – к нагрузке через выпрямитель и для изготовления обмоток трансформатора нельзя. Слишком велики окажутся те потери в проводниках, которые вызваны эффектами вытеснения тока и близости. При этом проводники и обмотки трансформатора нагреются до температуры, превосходящей допустимые значения. Во избежание этих последствий используют специальные гибкие прямоугольные или круглые провода особой конструкции: они свиты из множества тонких изолированных проволок. Причём взаимное расположение проволок в поперечном сечении общего проводника меняется вдоль его длины. Такая особенность конструкции проводника резко снижает указанные потери и обеспечивает равномерное распределение тока между составляющими проволоками. Кроме того, необходимо добиваться минимальной длины проводников, соединяющих обмотки высокочастотного трансформатора с инвертором и выпрямителем.