Пуск и реверс синхронного двигателя осуществляется в асинхронном режиме, в виду чего работа синхронных и асинхронных гребных электродвигателей при пуске и реверсе аналогична. Основное различие заключается в том, что если данные процессы для асинхронного двигателя заканчиваются выведением его на естественную (асинхронную) характеристику, то синхронный двигатель их асинхронного режима еще должен перейти в синхронный, что производится при подаче возбуждения в обмотку ротора двигателя. Поэтому пуск и реверс рассмотрим для ГЭУ с синхронными гребными электродвигателями.
Пуск гребного электродвигателя. При пуске гребного электродвигателя, мощность которого примерно равна мощности питающих генераторов, напряжение главной цепи в результате реакции статора генераторов резко снижается. При этом асинхронный момент двигателя, пропорциональный квадрату напряжения. может настолько уменьшиться, что не окажется в состоянии преодолеть момент сопротивления винта и разогнать двигатель до асинхронной скорости. Для увеличения пускового и максимального моментов двигателя применяют перевозбуждение (форсировку возбуждения) генератора. В ГЭУ допускают увеличение тока возбуждения генераторов в 3—6 раз.
Пусковые характеристики синхронного двигателя без форсировки возбуждения генератора (кривая 1) и с форсировкой (кривая 2) приведены на рис. 1.
Двигатель под действием асинхронного момента разгоняется до подсинхронной скорости (0,95 nc), при которой включается возбуждение. и возникший при этом синхронизирующий момент втягивает двигатель в синхронизм. Асинхронный момент, развиваемый двигателем при подсинхронной скорости, называется входным, или подсинхронным. Для надежного вхождения двигателя в синхронизм необходимо, чтобы его подсинхронный момент на 25 % превышал момент сопротивления. Из рис. 1 видно, что это возможно лишь при форсировке возбуждения.
Рис. 1. Пусковые характеристики синхронного двигателя с форсировкой возбуждения и без нее.
Рис. 2. пуск гребного электродвигателя в ГЭУ переменного тока.
Чтобы уменьшить момент сопротивления винта, гребной электродвигатель пускают при пониженной частоте цепи главного тока fп, которая определяется наименьшей устойчивой скоростью первичных двигателей генераторов (рис. 2). Пуск гребного электродвигателя состоит из следующих операций:
а) гребной двигатель подключают к генератору или к сборным шинам группы синхронизированных генераторов, работающих при пониженной частоте fп;
б) производят форсировку возбуждения генераторов;
в) после того, как гребной электродвигатель достигнет подсинхронной скорости, включают его возбуждение, в результате чего двигатель втягивается в синхронизм;
г) уменьшают ток возбуждения генераторов до номинальной величины; при этом гребной электродвигатель вращается с синхронной скоростью nп, соответствующей частоте пуска fп (тока С).
Дальнейший разгон двигателя производится повышением частоты генераторов. В ДЭГУ при этом должно быть обеспечено равномерное распределение нагрузки между параллельно работающими генераторами.
Переход гребного электродвигателя из режима точки С в режим точки В происходит благодаря быстрому повышению скорости вращения первичных двигателей и увеличению частоты тока главной цепи от fп до fш, при которой гребной двигатель развивает скорость nш и номинальный момент на валу Мн. Затем, по мере постепенного разгона судна и соответствующего увеличения частоты генераторов, винт, работая, переходит со швартовной характеристики на промежуточные и, наконец, на основную характеристику в точку А, определяемую номинальными значениями скорости nн и момента Мн. При этом во избежание перегрузок гребного и первичных двигателей необходимо частоту увеличивать плавно, с тем чтобы винт разгонялся без резких колебаний момента нагрузки — по ломаной BDEHFKA.
Рис. 3. Реверсивные характеристики винта (1 и 2) и гребного электродвигателя (3 и 4).
Реверс гребного электродвигателя. При реверсе, как и при пуске, гребной электродвигатель работает в асинхронном режиме при пониженном напряжении, а следовательно, при резко уменьшенном моменте на валу (рис. 3). Чтобы снизить момент сопротивления винта Мв, при котором двигатель должен входить в синхронизм, а также чтобы преодолеть максимальный вращающий момент винта МВmax для его затормаживания, реверс производят при минимальной частоте fр, получаемой путем уменьшения скорости первичных двигателей до минимальной устойчивой. Однако этого часто бывает недостаточно (кривая 3). Поэтому, как и при пуске, прибегают к форсировке возбуждения главных генераторов (кривая 4). Так как продолжительность реверса гребного электродвигателя мала по сравнению с продолжительностью реверса судна, будем считать, что пока двигатель затормаживается и разгоняется в противоположную сторону, судно по инерции движется в прежнем направлении со скоростью, которая предшествовала реверсу.
Реверс гребных электродвигателей возможен двумя способами:
а) электродвигатель включают в обычный для асинхронных двигателей режим противовключения;
б) электродвигатель сначала включат в режим динамического торможения, затем останавливают механическим тормозом и, наконец, пускают в противоположном направлении.
Первый способ предпочтительнее, поскольку он проще и не требует сложного распределительного устройства системы электродвижения. Ниже приведена последовательность такого реверса для ДЭГУ.
1. Снимают возбуждение генераторов и электродвигателя и выключают реверсивный переключатель. Скорость первичных двигателей снижают до минимальной устойчивой. При этом винт затормаживается от nн до nБ (участок АБ).
2. Реверсивным переключателем включают гребной электродвигатель в положение «Ход назад» (режим противовключения). Винт, затормаживаясь от точки Б по реверсивной характеристике 1, увеличивает вращающий момент до МВmax (режим гидротурбины). если включенный гребной двигатель развивает момент в соответствии с механической характеристикой 3, то в точке В моменты уравновешивают друг друга и наступает установившийся режим работы ГЭУ. Он продолжается до тех пор, пока не уменьшается скорость движения судна и винт не переходит на реверсивную характеристику 2. Это недопустимо затягивает реверс и вызывает перегрев машин ГЭУ. Чтобы предотвратить такой режим, возбуждение генератора включают с необходимой форсировкой, в результате которой гребной двигатель, работая по характеристике 4, сначала затормаживается до полной остановки (участок ГД), а затем, изменив направление вращения, разгоняется до подсинхронной скорости (участок ДЕ).
3. При достижении электродвигателем подсинхронной скорости включается возбуждение (точка Е). Поскольку подсинхронный момент двигателя МЕ больше момента сопротивления винта МВ, двигатель входит в синхронизм (точка К).
4. После вхождения двигателя в синхронизм ток возбуждения генераторов снижается до номинальной величины.
5. Дальнейший разгон гребного двигателя, как и при пуске, осуществляется постепенным увеличением частоты тока главной цепи, т. е. увеличением скорости дизелей. При этом следует контролировать равномерность распределения нагрузки между параллельно с работающими генераторами и дизелями.
В ТЭГУ процесс реверса отличается от описанного тем, что отпадает надобность в синхронизации генераторов и в контроле за распределением нагрузки между ними.