No abstract

В статье выполнен анализ способов компенсации высших гармоник в судовой сети единой электроэнергетической системы (ЕЭЭС), в составе которой, основным потребителей электроэнергии является система электродвижения (СЭД). Рассмотрены три схемы компенсации высших гармоник, создаваемых неуправляемыми выпрямителями, входящими в состав преобразователей частоты (ПЧ). Проведено компьютерное моделирование фрагмента структуры ЕЭЭС, запатентованной фирмой Siemens , схемы 18-пульсного выпрямителя, а также схемы с двумя 12-пульсными выпрямителями. Результаты моделирования показали, что в структуре ЕЭЭС фирмы Siemens , пропульсивный трансформатор обеспечивает компенсацию только части высших гармоник, из-за чего, искажения формы напряжения в судовой сети могут быть значительными. Схема, содержащая два 12-пульсных выпрямителя, а также трехфазный трансформатор с четырьмя трехфазными обмотками, имеющими сдвиг фаз на 15 электрических градусов, показала наилучшие показатели по качеству тока, обеспечивая эффективную компенсацию 5, 7, 11, 13 гармонических составляющих тока. Предложенная схема с двумя 12-пульсными выпрямителями позволяет в составе ПЧ применить трехуровневые автономные инверторы напряжения, характеризующиеся высоким качеством тока в обмотках гребного электродвигателя.The article analyzes the methods for compensating for higher harmonics in the ship network of the unified electric power system (UEPS), in which the main electric power consumers are electric propulsion systems (EPS). Three compensation schemes for higher harmonics created by uncontrolled rectifiers that are part of frequency converters are considered. Computer simulation of a fragment of the UEPS structure patented by Siemens, an 18-pulse rectifier circuit, and also circuits with two 12-pulse rectifiers were carried out. The simulation results showed that in the Siemens UEPS structure, a propulsive transformer provides compensation for only a part of the higher harmonics, due to which, voltage waveform distortions in the ship network can be significant. The circuit, containing two 12-pulse rectifiers, as well as a three-phase transformer with four three-phase windings having a phase shift of 15 electrical degrees, showed the best current quality indicators, providing effective compensation for 5, 7, 11, 13 harmonic components of the current. The proposed circuit with two 12-pulse rectifiers allows the use of three-level autonomous voltage inverters, which are characterized by high quality current in the windings of the propeller motor, as part of the frequency converter.

The electrical circuit of a simulator of pulse high voltage overvoltages with an amplitude of up to 10 kV DC, which is intended for testing the stability of solid-state power converters to emergency conditions according to item 4.9.3.5 of State Standard GOST 33726-2016, is proposed. By using the developed simulator, a high voltage pulse with the required values of amplitude, duration, and rising and falling rates can be obtained. Analytical expressions are derived that describe, with sufficient accuracy, the transients in the electrical circuits of the proposed pulse high voltage overvoltage simulator, which is confirmed by computer simulation carried out in the MATLAB Simulink environment. Based on the obtained theoretical results, a mockup simulator for testing the stability of a high-voltage power converter to overvoltage of a given shape and amplitude has been developed. The results of practical use of the developed simulator on the example of testing the PSN110 U1 auxiliary converter are given. The article may be of interest to specialists who design equipment for carrying out overvoltage tests of solid-state high-voltage converters for both railway transport and industrial applications.

Системы интеллектуального управления базируются на использовании цифровой техники и по своему принципу действия восприимчивы к внешним помехам. Изменения напряжения и тока в кабелях, электромагнитные поля могут привести к появлению в цепях передачи информации и питания систем напряжений, похожих на полезные сигналы, что приведет к сбоям в работе систем. Технология электромагнитной совместимости (ЭМС) призвана устранить взаимные влияния оборудования и обеспечить его нормальную работу в условиях действия помех. Кабельные трассы являются особенно значимым фактором для обеспечения ЭМС на судах. Помехи распространяются в кабелям от источников к чувствительному электронному оборудованию (ЭО). Метод распространяющихся волн дает возможность рассчитать изменения помех при распространении по кабелям. Силовые и информационные кабели могут прокладываться в одной трассе, что приводит к их электромагнитной связи. Рассмотренные модели оценивают наведенные напряжения в информационных кабелях при появлении помех в силовых кабелях. Параметры электромагнитной связи кабелей могут быть определены расчетным путем и экспериментально на основе предлагаемой методики. Приведенные рекомендации по снижение уровня излучаемых помех от кабельных трасс, снижению наведенных напряжений и выполнению экранирования призваны помочь разработчикам ЭО и систем в обеспечении ЭМС.Intellectual control systems are based on digital technique. Digital electronic equipment (EE) is the receptor of electromagnetic interference due to its function principle. EE malfunction can be caused by induced voltages in input/output and power supply circuits. Voltage and current changes in cables leads to electromagnetic noise and induced voltages. Protection technique for power, input/output, case and grounding ports can be used in equipment and ship systems design. Electromagnetic compatibility technique must eliminate mutual influence of EE and give normal function of EE in real electromagnetic environment. Cable run is important factor for EMC obtaining in ships. Noise voltage propagates in cable from noise source to sensitive EE. Voltage parameters can be calculated with travelling wave technique. There are power and information cables in shipboard cable run. Electromagnetic coupling of cables leads to voltages in one cable induced by voltages and current in other cable. Coupling models give possibility to calculate induced voltages. Parameters of coupling can be determined with calculation on the base of detailed information about cable run or with proposed experiment procedure. Proposed recommendations about cable emission decreasing, cables decoupling and shielding can be useful for EMC obtaining.

Управление режимами работы гребного электрического двигателя осуществляется полупроводниковыми преобразователями частоты, применение которых значительно ухудшает качество электроэнергии на общих шинах судовых электроэнергетических систем. Основными причинами являются уменьшение коэффициента мощности и появление высших гармоник в потребляемом токе. В результате этого снижается надежность работы потребителей, и увеличиваются потери электроэнергии. Поэтому уменьшение указанных негативных последствий является актуальной задачей. В связи с этим, большое внимание уделяется вопросам, связанным с изучением и разработкой различных методов и устройств обеспечения качества электроэнергии, увеличения коэффициента мощности и фильтрации высших гармоник. В настоящее время, перспективным методов улучшения качества электроэнергии, является применение устройств управления реактивной мощностью и активной фильтрации, т.е. компенсаторов неактивной мощности. Подобные системы можно применять не только для надводных судов, но и в автономных подводных транспортных средствах, в качестве энергетической установки которых выступает батарея топливных элементов. The control of the operating modes of the propulsion electric motor is carried out by semiconductor frequency converters, the use of which significantly degrades the quality of electricity on the common buses of the ship power systems. The main reasons are a decrease in the power factor and the appearance of higher harmonics in the current consumption. As a result, the reliability of the consumers is reduced, and the losses of electricity increase. Therefore, the reduction of these negative consequences is an urgent task. In this regard, much attention is paid to issues related to the study and development of various methods and devices for ensuring the quality of electricity, increasing the power factor and filtering higher harmonics. Currently, a promising method for improving the quality of electricity is the use of reactive power control devices and active filtering, i.e. compensators of inactive power. Such systems can be used not only for surface crafts, but also in autonomous underwater vehicles, the power plant of which is a fuel-cell stack.