STRUCTURE OF THE SHIP’S ELECTROMOTIVE COMPLEX WITH DUAL DC BUSES

A perspective structure of the ship’s electromotive complex with dual DC buses, which allows you to increase the reliability and survivability of the electric power system, to improve the operational, energy and weight and size characteristics of the electric propulsion system, is presented in the paper. In addition, such a structure makes it possible to reduce pollutants emissions into the environment, as well as to realize fuel savings in the range of 10-15%, depending on the operating modes of the vessel, compared with the existing structures of electric propulsion systems. The proposed structure of the ship’s electromotive complex allows braking the propellers without using the additional brake circuits with energy redistribution between the propulsion electric machines and the dissipation of braking energy in the working medium - water. Using the canonical polynomial of the seventh degree, an analytical description of the limiting reverse characteristic of the propeller is given. An algorithm for the braking and reverse of a rowing electric installation is proposed and a diagram with the power flows directions is shown. A mathematical description of the braking and reverse modes of the propulsion electric installation is given, and the control algorithms for the proposed propulsion electric installation with two propellers during braking and reverse are synthesized. Timing diagrams of changes in torque, speed and power on each of the propellers for the proposed algorithm for braking and reverse of the propeller motors are presented. The variants of the structure diagrams of the ship’s electromotive complex with dual DC buses using multilevel voltage inverters, as well as with the possibility of power supply from a single power plant, both a propulsion electric installation, and consumers of their own needs, are presented.

ship electromotive complex, electric propulsion system, DC bus, voltage inverter, energy efficiency, canonical polynomial, Wander-Mond matrix, braking, reverse, recovery, fuel economy

1. Лазаревский Н. А. Структурные схемы гребных установок, анализ и перспективы развития / Н. А. Лазаревский, В. А. Хомяк, Ф. А. Гельвер, В. Ф. Самосейко // Судостроение. - 2012. - № 3 (802). - C. 44-47.

2. Дарьенков А. Б. Гребные электрические установки: учеб. пособие / А. Б. Дарьенков [и др.]. - Н. Новгород: Нижегородский государств. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2014. - 219 с.

3. Токарев Л. Н. Мультилинейная структура электроэнергетической системы судов с электродвижением / Л. Н. Токарев, Д. А. Хайров // Труды ЦНИИ им. акад. А. Н. Крылова. - 2013. - № 77 (361). - С. 43-51.

4. Шинкоренко Д. Перспективы развития энергетических установок надводных кораблей ВМС зарубежных стран / Д. Шинкоренко // Зарубежное военное обозрение. - 2007. - № 1. - С. 54-61.

5. Григорьев А. В. Анализ возможности и целесообразности применения систем электродвижения на судах вспомогательного флота / А. В. Григорьев, Р. Р. Зайнуллин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2014. - № 5 (27). - С. 40-46.

6. Вершинин В. И. Создание систем электродвижения для судов различного назначения / В. И. Вершинин [и др.] // Труды Крыловского государств. науч. центра. - 2019. - № 1 (387). - С. 107-122. DOI: 10.24937/2542-2324-2019-1-387-107-122.

7. Михайлов В. А. Электродвижение судов и электропривод судовых механизмов / В. А. Михайлов, С. Б. Рукавишников, И. Р. Фрейдзон. - Л.: Судостроение, 1965. - 608 с.

8. Гельвер Ф. А. Гребная электроэнергетическая установка с общими шинами постоянного тока / Ф. А. Гельвер // Судостроение. - 2018. - № 2. - С. 22-27.

9. Алешков О. А. Повышение топливной экономичности первичного дизеля в составе многофункционального энерготехнологического комплекса оптимизацией скоростного режима: дис. … канд. техн. наук; специальность 05.04.02 «Тепловые двигатели (Энергетическое, металлургическое и химическое машиностроение)» / О. А. Алешков. - Челябинск, 2009. - 170 с.

10. Матиевский Г. Д. Снижение расхода топлива и вредных выбросов дизеля на режимах постоянной мощности: дис. … канд. техн. наук; специальность 05.04.02 / Г. Д. Матиевский. - Барнаул, 2013. - 180 с.

11. Самосейко В. Ф. Синхронные машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора. Методика проектирования. Алгоритмы управления. / В. Ф. Самосейко [и др.]. - СПб.: ФГУП «Крыловский государственный научный центр», 2016. -174 с.

12. Гельвер Ф. А. Способ торможения и реверса многодвигательной гребной электрической установкой с тремя гребными винтами / Ф. А. Гельвер // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2017. - № 2. - С. 20-27.

13. Росин Е. И. Автоматизированные гребные электрические установки. Движение судна и его главная установка: текст лекции ЛЭТИ / Е. И. Росин. - Л., 1986. - 48 с.

14. Быков А. С. Гребные электрические установки атомных ледоколов / А. С. Быков, В. В. Башаев. - CПб.: Элмор 2004. - 319 с.

15. Бахвалов Н. С. Численные методы / Н. С. Бахвалов, Н. П. Жидков, Г. М. Кобельков. - 6-е изд. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2008. - 636 с.

16. Березин И. С. Методы вычислений / И. С. Березин, Н. П. Жидков. - М.: Физматлит, 1962. - 620 с.

17. Форсайт Дж. Машинные методы математических вычислений / Дж. Форсайт, М. Мальком, К. Моулер. - М.: Изд-во «Мир», 1980. - 280 с.

18. Филатов В. Двух- и трехуровневые инверторы на IGBT. Перспективные решения / В. Филатов // Силовая электроника. - 2012. - Т. 4. - № 37. - С. 38-41.

19. Пронин М. В. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи / М.В. Пронин, А.Г. Воронцов. - СПб.: Электросила, 2003. - 172 c.

20. Gelver F.A. Electro-Mobile Installation of the Vessel with Cascade Electric Converter/ F. А. Gelver, V. Li, A. V. Saushev, D. S. Semenov // Energy Management of Municipal Transportation Facilities and Transport. - Springer, Cham, 2018. - Pp. 459-465. DOI: 10.1007/978-3-030-19756-8_44.