Generating Insights: Principios de los alternadores de eje en aplicaciones marinas

Descripción general de la aplicación

En aplicaciones marinas, las máquinas eléctricas de eje (SEM) están conectadas al motor de propulsión de los buques y a menudo se necesitan para operar en muchas funciones diferentes. Funcionan como alternador, como principal fuente de energía de los buques; como motor eléctrico, proporcionando un refuerzo de energía temporaria junto con el motor de propulsión; o como método de propulsión independiente, cuando el motor está fuera de servicio. Este artículo tiene como objetivo ofrecer una descripción general de los distintos modos de funcionamiento y los diversos métodos de control.

Fig.1 - El diseño del sistema de propulsión de un barco típico

 

Toma de fuerza (PTO)

El SEM funciona como un alternador, impulsado desde el motor de propulsión principal, que proporciona la potencia primaria

Suministro para los sistemas eléctricos de la embarcación.

Fig. 2 - Ilustración que muestra el modo PTO

 

Toma de fuerza (PTI)

Aquí, el SEM funciona como un motor síncrono, proporcionando un impulso de potencia, junto con el motor principal para

aumentar la velocidad de la embarcación, o permitir que el motor principal reduzca la potencia, reduciendo así el consumo de combustible y

llevar.

Fig. 3 - Ilustración que muestra el modo PTI

 

Toma de fuerza a casa (PTH)

Al igual que PTI, aquí el SEM funciona como un motor síncrono. Sin embargo, esta vez proporciona el 100% de la potencia de propulsión de los buques. Esto podría deberse a que el motor principal ha fallado o requiere mantenimiento crítico o puede ser un modo normal de operación, por ejemplo, el motor principal requiere mantenimiento de rutina o se ha detenido cuando el buque ingresa al puerto. Aquí, SEM necesita tener una capacidad de arranque automático para funcionar desde velocidad cero.



Normalmente, este modo se requiere pocas veces durante la vida útil del SEM. Por lo tanto, se adopta un alternador

para su uso como motor y por lo tanto no tendrá el diseño robusto del rotor y el sistema de excitación necesario para producir el par suficiente para arrancar desde velocidad cero. En consecuencia, se debe aplicar un método de arranque suave al SEM durante la puesta en marcha y con los productos AvK, también son necesarias algunas modificaciones.

Fig. 4 - Ilustración que muestra el modo PTH

 

Métodos de arranque suave (solo modo PTH)

Existen diferentes métodos para iniciar el SEM en el modo PTH. A continuación se explican cinco soluciones bien conocidas:

1 Arranque del motor Pony

El eje SEM está conectado y conducido a la velocidad por un pequeño motor eléctrico, que luego se desconecta una vez

Se logra una velocidad síncrona.

Fig. 5 - Diagrama lineal que muestra el método de arranque del motor Pony

 

2 Arranque del autotransformador

Aquí, un autotransformador reduce el voltaje suministrado al SEM, restringiendo así la corriente de entrada, al tiempo que garantiza que haya suficiente par de arranque disponible para

Gire el eje.



El SEM arranca como un motor asíncrono y por tanto, requiere algunas modificaciones en el sistema de excitación de la máquina.

Fig. 6 - Diagrama lineal que muestra el método de arranque del autotransformador

 

3 Arranque controlado por excitación (hélice única)

Aquí la corriente de entrada se limita mediante el uso de una función de limitación de corriente del estator en el AVR de los alternadores auxiliares.



Una vez más, la máquina arranca de forma asíncrona y, por lo tanto, requiere algunas modificaciones en el sistema de excitación.

Fig. 7 - Diagrama de líneas que muestra el método de inicio de excitación para SEM único

 

4 Arranque controlado por excitación (doble hélice)

Esto es similar a 3). Sin embargo, aquí el buque tiene hélices gemelas, motores gemelos y dos SEM. El estator

La capacidad de limitación de corriente está presente en cada SEM, lo que permite que uno (operando en modo PTO) inicie el segundo (operando en modo PTI/PTH).



Con dos SEM idénticos, es posible intercambiar los modos PTO y PTI/PTH de uno a otro.

Fig. 8 - Diagrama de líneas que muestra el método de inicio de excitación para SEM gemelos

 

Inicio de 5 VFD

Aquí, el SEM se controla a través de un VFD que aumenta el eje de la máquina, asegurando que la corriente sea limitada pero se entregue la cantidad correcta de torque. La máquina se puede arrancar como un motor síncrono. Este sistema también se puede aplicar a embarcaciones de doble hélice.

Fig. 9 - Diagrama de líneas que muestra el método de inicio de VFD

 

Cummins Generator Technologies tiene productos adecuados para todos los modos de operación y métodos de control detallados anteriormente, no solo para las máquinas eléctricas de eje, sino también para los alternadores auxiliares.

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