Расширенная программа судового строительства и освоение Севморпути и Арктики требуют создания ледоколов большой мощности с использованием принципов электродвижения, которое может быть реализовано по традиционной схеме либо с использованием относительно новых движителей, какими являются винто-рулевые колонки.
Целью работы является сопоставление отечественного и зарубежного опыта создания энергетических установок и пропульсивных систем ледоколов большой мощности. Литература [1, 2] охватывает вопросы создания цифровых двойников, а работы [3–8] посвящены судовым пропульсивным системам. Библиография [9–13] затрагивает вопросы энергетики, а [14–21] посвящены вопросам динамики пропульсивных систем.
Система электродвижения (СЭД) ледокола ЛК-120 мощностью 120 МВт содержит 4 гребных винта (ГВ), каждый мощностью по 30 МВт. ГВ приводится во вращение сдвоенным двигателем переменного тока (ГЭД) мощностью по 15 МВт. Статор каждого двигателя содержит три трехфазные обмотки мощностью по 5 МВт, каждая из которых получает питание от индивидуального полупроводникового преобразователя (ПП). ПП содержит трехуровневый автономный инвертор (АИН), который питается от сети 10,5 кВ, 50 Гц через трехобмоточный трансформатор и два трехфазных диодных выпрямителя.
Рис. 1 представляет расчетную схему СЭД с асинхронным двигателем (АД) мощностью 30 МВт и преобразователь частоты (ПЧ) соответствующей мощности с тормозными резисторами. Параметры гребного электродвигателя (ГЭД) и его нагрузки пересчитаны и соответствуют мощности ПЧ [17].
На рис. 1 цифрами 1–4 обозначены номера IGBT-модулей в фазе АИН. Номинальная мощность трансформатора – 40 МВ·А; коэффициент трансформации – 5,55; напряжение короткого замыкания – 6%; выпрямленное напряжение 12-пульсного диодного выпрямителя – 5400 В; мощность эквивалентного ГЭД – 30 МВт; КПД – 96,8%; коэффициент мощности – 0,896; номинальное напряжение – 3300 В; номинальная частота напряжения – 9,62 Гц. Между АИН и ГЭД установлен трехфазный LC-фильтр напряжений.