DE10128152A1 - Ship's drive system with reduced on-board electrical system distortion factor, has current converters supplying propeller motors that are connected to on-board electrical system - Google Patents

Ship's drive system with reduced on-board electrical system distortion factor, has current converters supplying propeller motors that are connected to on-board electrical system

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Abstract

The system has a 3-phase electrical system on board, at least one first and second propeller motor (23-27), 12-pulse current converters (18-22) supplying the motors that are connected to the on-board electrical system (12,13) and each have a d.c. intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor. The capacitors differ to an extent that the harmonics are minimal when both motors are drawing the same power. AN Independent claim is also included for the following: a method of operating a ship.

Description

Für den Oberwellengehalt des Bordnetzes von Schiffen gibt es frequenzabhängige Grenzwerte. Zu starke Oberwellen in dem Bordnetz verursachen zusätzliche Verlustleistung im Bordnetz und können zu Betriebsstörungen bei Geräten führen, die an dem Bordnetz angeschlossen sind und hieraus ihre elektrische Energie beziehen.There are for the harmonic content of the ship's electrical system frequency-dependent limit values. Too strong harmonics in the Vehicle electrical system cause additional power loss in the vehicle electrical system and can lead to malfunctions in devices connected to are connected to the electrical system and from this their electrical Draw energy.

Oberwellen im Bordnetz entstehen, wenn eine nicht sinusförmi­ ge Stromentnahme erfolgt, bspw. wenn starke Verbraucher peri­ odisch an das Bordnetz angeschlossen und von dem wiederabge­ schaltet werden. Der sprunghafte Stromverlauf durch den star­ ken Verbraucher führt in Verbindung mit der endlichen Impe­ danz des Bordnetzes zu entsprechenden Spannungsschwankungen einschließlich Spannungserhöhungen. Letztere werden durch In­ duktivitäten verursacht, die im Bordnetz unvermeidbar vorhan­ den sind.Harmonics in the vehicle electrical system arise when a non-sinusoidal ge current drain takes place, for example when strong consumers peri odisch connected to the electrical system and from which again be switched. The sudden flow of electricity through the star ken consumer leads in connection with the finite impe of the vehicle electrical system to corresponding voltage fluctuations including voltage increases. The latter are replaced by In causes ductivities that are unavoidable in the vehicle electrical system they are.

Das Bordnetz darf auch dann keine größeren Oberwellenanteile enthalten, wenn aus dem Bordnetz der elektrische Schiffsan­ trieb gespeist wird.Even then, the vehicle electrical system must not have any major harmonic components included if the electrical ship drive is fed.

Der elektrische Schiffsantrieb umfasst einen oder mehrere an dem Bordnetz angeschlossene Stromumrichter, von denen jeder einen oder mehrere elektrische Propellermotoren mit Strom versorgt. Üblicherweise ist das Bordnetz ein 3-Phasen-Mittel­ spannungsnetz mit ca. 6,6 kV. Hieraus erzeugt der Stromum­ richter für den Antriebsmotor eine dreiphasige Spannung von ca. 600 Volt mit variabler Frequenz. Die Spannung am Ausgang des Stromumrichters hängt von der Frequenz ab. The electric ship propulsion system includes one or more power converters connected to the vehicle electrical system, each of which one or more electric propeller motors with electricity provided. The vehicle electrical system is usually a 3-phase device voltage network with approx.6.6 kV. The electricity is generated from this a three-phase voltage of approx. 600 volts with variable frequency. The voltage at the output of the converter depends on the frequency.  

Der Stromumrichter kann ein indirekter Stromumrichter mit ei­ nem Gleichspannungszwischenkreis und einer mehrphasigen ge­ steuerten Brücke im Ausgang sein. Durch die Steuerung der Brücke, die eingangsseitig an den Zwischenkreiskondensator angeschlossen ist, entsteht eine pulsierende Belastung an dem Kondensator, die auf das Bordnetz zurückwirkt.The converter can be an indirect converter with egg a DC link and a multi-phase ge controlled bridge in the exit. By controlling the Bridge on the input side to the DC link capacitor is connected, there is a pulsating load on the Capacitor that affects the electrical system.

Durch sinnvolle Beschaltung des Stromumrichters, hat man in der Vergangenheit versucht, die durch den Stromumrichter ver­ ursachte Rückwirkung auf den Klirrfaktor des Bordnetzes nied­ rig zu halten.By sensible wiring of the converter, one has in tried the past by the converter causes feedback on the distortion factor of the vehicle electrical system hold rig.

Zu den bekannten Maßnahmen gehört die Verwendung eines Drei­ phasentransformators, dessen Primärwicklungen im Dreieck ge­ schaltet sind. Der Dreiphasentransformator weist zwei Sätze von Sekundärwicklungen auf, von denen die eine im Stern und die andere im Dreieck geschaltet ist. Diese beiden Sätze von Sekundärwicklungen sind jeweils an eigenen Brückengleichrichter angeschlossen, die ausgangsseitig einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator laden. An den Zwischen­ kreiskondensator sind für jede Phase des Ausgangsnetzes des Stromumrichters Drehstrombrücken aus IGBT<s angeschaltet. Die IGBT<s werden so angesteuert, dass sich ein angenähert sinus­ förmiger Stromverlauf in der Ständerwicklung des angeschlos­ senen Propellermotors ergibt. Ein derartiger Stromumrichter wird als zwölfpulsiger Umrichter bezeichnet, bei dem Ausgang nur noch die Oberschwingungen der Ordnungen 11, 13, 23, 25, 35, 37, 47 und 49 auftreten. Die anderen Oberschwingungen he­ ben sich gegenseitig auf.Known measures include the use of a three-phase transformer, the primary windings of which are connected in a triangle. The three-phase transformer has two sets of secondary windings, one connected in a star and the other in a delta. These two sets of secondary windings are each connected to their own bridge rectifiers, which charge a common DC link capacitor on the output side. Three-phase bridges made of IGBT <s are connected to the intermediate circuit capacitor for each phase of the output network of the converter. The IGBT <s are controlled so that there is an approximately sinusoidal current profile in the stator winding of the connected propeller motor. Such a current converter is referred to as a twelve-pulse converter, at the output of which only the harmonics of orders 11 , 13 , 23 , 25 , 35 , 37 , 47 and 49 occur. The other harmonics cancel each other out.

Eine noch weitergehende Reduktion lässt sich erreichen, wenn die Eingangsströme von zwei derartigen Stromumrichter durch entsprechende Zusatzwicklungen um 15° gegeneinander gedreht werden. Hierdurch kommt aus der Sicht des Bordnetzes das Ver­ halten eines 24-pulsigen Umrichters zustande. Bei einem sol­ chen Betrieb treten nur noch Oberschwingungen der Ordnung 23, 25, 47 und 49 auf.An even further reduction can be achieved if the input currents from two current converters of this type are rotated by 15 ° relative to one another by means of corresponding additional windings. From the point of view of the vehicle electrical system, this results in the holding of a 24-pulse converter. In such operation, only harmonics of order 23 , 25 , 47 and 49 occur.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Schiffes bzw. ein Schiffsantriebssystem zu schaffen, bei dem die Amplitude der Oberwellen noch weiter reduziert ist.Based on this, the object of the invention is a method to operate a ship or a ship propulsion system create the amplitude of the harmonics even further is reduced.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. dem Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst.This object is achieved by the method with the features of claim 1 and the drive system with solved the features of claim 6.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Motoren mit unterschiedlicher Leistung beaufschlagt. Aufgrund der unter­ schiedlichen Last an den Motoren und der entsprechenden Netz­ rückwirkung, reduziert sich der im Bordnetz zu messende Klirrfaktor um 34%. Diese Reduktion macht sich an den höhe­ ren Harmonischen bemerkbar, die sich aufgrund der besonderen Beschaltung der Stromumrichter gegenseitig nicht auslöschen.In the method according to the invention, the motors are used different performance. Because of the below different loads on the motors and the corresponding network reaction, the amount to be measured in the vehicle electrical system is reduced THD by 34%. This reduction is reflected in the height noticeable harmonics due to the special Do not cancel each other's wiring.

Die Theorie für die Verbesserung des Klirrfaktors geht dahin, dass für die Verminderung eine Veränderung des Stromflusswin­ kels an dem Zwischenkreiskondensator verantwortlich ist. Bei einer geringeren Last an dem Zwischenkreiskondensator in dem Stromumrichter treten Ladeströme mit anderen Phasenwinkeln auf verglichen mit einer stärkeren Stromentnahme aus dem Zwi­ schenkreiskondensator. Diese Änderung des Phasenwinkels hat möglicherweise Rückwirkungen auf die ausgangsseitige Dreh­ strombrücke und den Stromverlauf im angeschlossenen Motor. The theory for improving the distortion factor is that for the decrease a change in the current flow win kels on the intermediate circuit capacitor is responsible. at a lower load on the intermediate circuit capacitor in the Inverters charge currents with different phase angles compared to a stronger current draw from the Zwi link capacitors. Has this change in phase angle possibly repercussions on the output side rotation current bridge and the current flow in the connected motor.  

Die Regelung der Antriebsmotoren des Schiffes kann so erfol­ gen, dass bei jeder Betriebssituation die Lastverteilung auf die Motoren im Sinne einer Minimierung der Oberschwingungen der Ordnung 23, 25, 47, 49 auftritt.The regulation of the drive motors of the ship can be carried out in such a way that the load distribution to the motors occurs in any operating situation in the sense of minimizing the harmonics of the order 23 , 25 , 47 , 49 .

Es hat sich gezeigt, dass eine Leistungsaufteilen zwischen den Propellermotoren bzw. zwischen zwei Gruppen von Propel­ lermotoren im Verhältnis zwischen 1 : 0,9 bis 1 : 0,25 vorzugs­ weise zwischen 1 : 0,7 bis 1 : 0,5 und höchst vorzugsweise um 1 : 0,6 vorzunehmen ist.It has been shown that a power split between the propeller motors or between two groups of Propel ler motors in the ratio between 1: 0.9 to 1: 0.25 preferred range between 1: 0.7 to 1: 0.5 and most preferably 1: 0.6.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei Schiffen verwendbar, die am Bug und am Heck Motoren aufweisen, so dass die unterschiedliche Leistung nicht zu einer Kursänderung führt, die durch einen Ruderausschlag kompensiert werden muss.The method according to the invention is particularly useful for ships usable, which have motors at the bow and stern, so that the different performance does not lead to a course change leads, which are compensated by a rudder deflection got to.

Eine Verbesserung des Oberwellengehaltes lässt sich aber auch bei Schiffen mit zwei Propellermotoren am Heck erreichen, die mit gleicher Leistung betrieben werden. In diesem Falle un­ terscheiden die Zwischenkreiskondensatoren in den Wechsel­ richtern für die Propellermotoren. Aufgrund der unterschied­ lichen Kapazitätswerte der Zwischenkreiskondensatoren in den beiden Stromrichtern, können die höheren Harmonischen, wie sie bei einem 24-pulsigen Stromrichter auftreten, in ähnli­ cher Weise kompensiert werden.You can also improve the harmonic content on ships with two propeller motors at the stern, the be operated with the same power. In this case un the DC link capacitors change into alternation judge for the propeller motors. Because of the difference capacitance values of the intermediate circuit capacitors in the two power converters, the higher harmonics, such as they occur in a 24-pulse converter, similar be compensated for.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn jeder der Stromumrichter je­ weils als 24-pulsiger Umrichter ausgeführt ist, so dass sich die niedrigeren Harmonischen wie eingangs beschrieben gegen­ seitig auslöschen. It is useful if each of the converters ever because it is designed as a 24-pulse converter, so that the lower harmonics as described at the beginning wipe each other out.  

Im übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen. Hierbei sollen auch solche Kombinationen als beansprucht angesehen werden, auf die kein ausdrückliches Ausführungsbeispiel gerichtet ist.In addition, developments of the invention are the subject of Dependent claims. Such combinations should also be considered are claimed, to which no express Embodiment is directed.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing are exemplary embodiments of the subject presented the invention. Show it:

Fig. 1 das Prinzipschaltbild für den elektrischen Antrieb eines Schiffes, das an jedem Ende jeweils zwei Pro­ pellermotoren aufweist, Fig. 1 shows the principle circuit diagram for the electric drive of a ship, having at each end two pellermotoren Pro,

Fig. 2 eine Tabelle zur Veranschaulichung des Klirrfaktor­ verhaltens in Abhängigkeit von der Lastverteilung auf die Propellermotoren, Fig. 2 is a table illustrating the distortion behavior in dependence on the load distribution on the propeller motors,

Fig. 3 das Prinzipschaltbild für den elektrischen Antrieb eines Schiffes mit zwei Propellermotoren und Fig. 3 shows the schematic diagram for the electrical drive of a ship with two propeller motors and

Fig. 4 das Prinzipschaltbild eines Stromumrichters. Fig. 4 shows the basic circuit diagram of a power converter.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild für ein Schiffsantriebs­ system mit Elektromotoren. Zu dem Antriebssystem gehören ins­ gesamt fünf schematisch angedeutete Dieselmotoren 1, 2, 3, 4 und 5. Mit jedem der Dieselmotoren 1 . . . 5 ist jeweils ein Dreiphasensynchrongenerator 6, 7, 8, 9, 11 mechanisch gekop­ pelt. Fig. 1 shows the basic circuit diagram for a ship propulsion system with electric motors. The drive system includes a total of five schematically indicated diesel engines 1 , 2 , 3 , 4 and 5 . With each of the diesel engines 1 . , , 5 is a three-phase synchronous generator 6 , 7 , 8 , 9 , 11 mechanically gekop pelt.

Die Synchrongeneratoren 6, 7, 8, 9, 11 sind zu Gruppen zusam­ mengefasst, wobei die Synchrongeneratoren 6 und 7 auf einer erste Sammelschiene 12 und die Synchrongeneratoren 8, 9, 11 auf eine zweite Sammelschiene 13 arbeiten. Die beiden Sammel­ schienen sind im Normalbetrieb elektrisch miteinander gekup­ pelt. Die beiden Sammelschienen 12, 13 symbolisieren ein Mit­ telsspannungsnetz mit 50 Hz und 6,6 kV. An jede der beiden Sammelschienen 12, 13 ist ein Dreiphasentransformator 14, 15 angeschlossen, der ausgangsseitig das Niederspannungsbordnetz 16, 17 speist. Die Transformatoren sind eingangsseitig im Dreieck und ausgangsseitig im Stern geschaltet.The synchronous generators 6 , 7 , 8 , 9 , 11 are grouped together in groups, the synchronous generators 6 and 7 working on a first busbar 12 and the synchronous generators 8 , 9 , 11 on a second busbar 13 . The two busbars are electrically coupled to one another in normal operation. The two busbars 12 , 13 symbolize a medium voltage network with 50 Hz and 6.6 kV. A three-phase transformer 14 , 15 is connected to each of the two busbars 12 , 13 and feeds the low-voltage electrical system 16 , 17 on the output side. The transformers are connected in a triangle on the input side and in a star on the output side.

Aus den beiden Sammelschienen 12, 13 folgt die Stromversor­ gung für den Fahrantrieb. Hierzu sind an der Sammelschiene 12 zwei Stromumrichter 18 und 19 und an der Sammelschiene 13 zwei Stromumrichter 21 und 22 angeschaltet. Jeder der Strom­ umrichter 18 . . . 22 speist einen zugehörigen Drehstromasynchron­ motor 23 . . . 27. Jeder der Asynchronmotoren 23 . . . 27 treibt über eine Schiffswelle 28 . . . 32 einen zugehörigen Schiffspropeller 33 . . . 36. Die beiden Schiffspropeller 33, 35 sind dem einen Ende des Schiffes zugeordnet, während die anderen beiden Schiffspropeller 34 und 36 am anderen Schiffsende vorgesehen sind. Eine solche Verteilung der Schiffspropeller wird bspw. bei Doppelendfähren verwendet um Wendemanöver einzusparen.From the two busbars 12 , 13 , the power supply for the traction drive follows. For this purpose, two current converters 18 and 19 are connected to the busbar 12 and two current converters 21 and 22 are connected to the busbar 13 . Each of the power converters 18 . , , 22 feeds an associated three-phase asynchronous motor 23 . , , 27 . Each of the asynchronous motors 23 . , , 27 drives via a ship shaft 28 . , , 32 an associated ship propeller 33 . , , 36 . The two ship propellers 33 , 35 are assigned to one end of the ship, while the other two ship propellers 34 and 36 are provided at the other end of the ship. Such a distribution of the ship's propellers is used, for example, in double-ended ferries to save turning maneuvers.

Aus Redundanzgründen sind die Propellermotoren 23 und 26, die dem einen Schiffsende zugeordnet sind, an unterschiedlichen Sammelschienen angeschlossen. Auf diese Weise wird sicherge­ stellt, dass bei Ausfall einer Sammelschiene 12 oder 13, an jedem Schiffsende wenigstens ein Propellermotor dem Antrieb zur Verfügung steht.For reasons of redundancy, the propeller motors 23 and 26 , which are assigned to one end of the ship, are connected to different busbars. In this way it is ensured that if a busbar 12 or 13 fails , at least one propeller motor is available to the drive at each end of the ship.

Die Stromumrichter 18 . . . 22 sind untereinander gleich ausge­ führt. Es handelt sich um 12-pulsige Stromumrichter mit Gleichspannungszwischenkreis. Da die Stromumrichter 18 . . . 22 untereinander identisch sind, genügt es den Aufbau lediglich eines der Stromumrichter 18 . . . 22 genauer zu beschreiben.The current converter 18 . , , 22 are mutually the same leads. These are 12-pulse power converters with a DC link. Since the current converter 18 . , , 22 are identical to one another, it is sufficient to construct only one of the current converters 18 . , , 22 to be described in more detail.

Der Stromumrichter 18 weist eingangsseitig einen Dreiphasen­ transformator 37 auf mit einer im Dreieck geschalteten Pri­ märwicklungsgruppe 38, die an die Sammelschiene 12 ange­ schlossen ist. Ferner gehören zu dem Dreiphasentransformator 37 zwei Gruppen von Sekundärwicklungen 39 und 41, die mit den Primärwicklungen 38 magnetisch gekoppelt sind. Die Gruppe von Sekundärwicklungen 29 ist im Dreieck und die Gruppe der Se­ kundärwicklungen 41 ist im Stern geschaltet, so dass eine Phasendrehung zwischen den Ausgangsspannungen erhalten wird. Jede der beiden Gruppen 41 und 39 von Sekundärwicklungen ist an einen zugehörigen dreiphasigen Brückengleichrichter 42 und 43 angeschlossen. Die Brückengleichrichter 42, 43 sind einfa­ che ungesteuerte Diodenbrückengleichrichter.The current converter 18 has a three-phase transformer 37 on the input side with a triangular primary winding group 38 which is connected to the busbar 12 . The three-phase transformer 37 also includes two groups of secondary windings 39 and 41 which are magnetically coupled to the primary windings 38 . The group of secondary windings 29 is in a triangle and the group of secondary windings 41 is connected in a star, so that a phase shift between the output voltages is obtained. Each of the two groups 41 and 39 of secondary windings is connected to an associated three-phase bridge rectifier 42 and 43 . The bridge rectifiers 42 , 43 are simple uncontrolled diode bridge rectifiers.

Beide Brückengleichrichter 42, 43 laden einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator 44, der aus der Parallelschaltung mehrerer Einzelkondensatoren besteht. Die Kapazität des Zwi­ schenkreiskondensators liegt bei ca. 56 mF pro Motor. Aus dem Zwischenkreiskondensator 44 werden aus IGBT aufgebaute ge­ steuerte Drehstrombrücken 45 gespeist, die ausgangsseitig die dreiphasige Versorgungsspannung für den Asynchronmotor 23 er­ zeugen.Both bridge rectifiers 42 , 43 charge a common intermediate circuit capacitor 44 , which consists of the parallel connection of several individual capacitors. The capacitance of the intermediate circuit capacitor is approx. 56 mF per motor. From the intermediate circuit capacitor 44 constructed from IGBT ge controlled three-phase bridges 45 are fed, which testify on the output side, the three-phase supply voltage for the asynchronous motor 23 .

Durch nicht weiter gezeigte Zusatzwicklungen auf dem Dreipha­ sentransformator 37 wird dafür gesorgt, dass die Phasenlage an den beiden Gruppen 41 und 39 von Sekundärwicklungen zu­ sätzlich um plus 7,5° gedreht ist.Additional windings on the three-phase transformer 37 , not shown, ensure that the phase position on the two groups 41 and 39 of secondary windings is additionally rotated by plus 7.5 °.

Der an derselben Stromschiene 12 angeschlossene Stromumrich­ ter 19 hat denselben, wie zuvor erläuterten Aufbau mit der Einschränkung, dass durch die Zusatzbeschaltung eine Phasen­ drehung von minus 7,5° erhalten wird. Dadurch weisen beide Frequenzumrichter zueinander eine Phasendrehung von 15° auf, so dass sie aus der Sicht der Sammelschiene 12 wie ein 24-pulsiger Stromumrichter arbeiten. The connected to the same busbar 12 Stromumrich ter 19 has the same, as previously explained structure with the restriction that a phase rotation of minus 7.5 ° is obtained by the additional circuit. As a result, both frequency converters have a phase shift of 15 ° relative to one another, so that from the perspective of busbar 12 they work like a 24-pulse current converter.

Bei einem 24-pulsigen Stromumrichter entstehen nur Oberwellen ab der 23. Oberwelle; die darunter liegenden löschen sich ge­ genseitig aus. Die Auslöschung kommt vereinfacht ausgedrückt dadurch zustande, dass bei den Oberwellen unterhalb der 23. Oberwelle der eine Stromumrichter gerade dann auf einen höhe­ ren Strombedarf umschaltet, wenn der andere Stromumrichter um denselben Betrag den Strombedarf vermindert. Aus der Sicht der Sammelschiene ändert sich dadurch an der Belastung nichts. Die Beschaltung der Sammelschiene 12 ist somit von Haus aus oberwellenarm. Die einzigen Oberwellen, die zu be­ rücksichtigen sind und sich nicht kompensieren, sind bei die­ ser Art der Beschaltung die 23. und die 25. sowie die 47. und die 49. Oberwelle.With a 24-pulse power converter, only harmonics from the 23rd harmonic occur; the ones below erase each other. To put it simply, extinction occurs when one of the current converters switches to a higher current demand for the harmonics below the 23rd harmonic if the other current converter reduces the current demand by the same amount. From the point of view of the busbar, this does not change the load. The wiring of the busbar 12 is therefore inherently low harmonics. The only harmonics that have to be taken into account and do not compensate for each other are the 23rd and 25th as well as the 47th and 49th harmonic with this type of wiring.

Mit der gezeigten Schaltungsanordnung sind die in Tabelle von Fig. 2 aufgeführten Klirrfaktorwerte zu erreichen. Wenn drei Generatoren in Betrieb sind und alle Motoren mit der gleichen Leistung betrieben werden, ist auf der Sammelschiene 12, 13 ein Klirrfaktor von 3,09% zu messen. Der Propellerstrom weist einen Klirrfaktor von 7,54% auf. Wenn hingegen die Mo­ toren unsymmetrisch betrieben werden, d. h. Die Leistung pro Sammelschiene 12 bzw 13 im Verhältnis 1 : 0,6 aufgeteilt ist, wobei die Gesamtantriebsleistung genauso groß ist wie zuvor, sinkt schlagartig der Klirrfaktor im Spannungsverlauf auf den Sammelschienen 12 bzw. 13 auf 1,9%. In diesem Betriebsfall nimmt der Propellermotor 24 z. B. die 0,6-fachen Leistung der Leistung des Propellermotors 23 auf; für die Propellermotoren 26 und 27 gilt dieselbe Beziehung.The harmonic distortion values listed in the table in FIG. 2 can be achieved with the circuit arrangement shown. If three generators are in operation and all motors are operated with the same output, a harmonic distortion of 3.09% must be measured on the busbars 12 , 13 . The propeller flow has a distortion factor of 7.54%. If, on the other hand, the motors are operated asymmetrically, ie the power per busbar 12 or 13 is divided in a ratio of 1: 0.6, with the total drive power being the same as before, the distortion factor in the voltage curve on busbars 12 and 13 suddenly drops 1.9%. In this case, the propeller motor 24 takes z. B. the 0.6 times the power of the power of the propeller motor 23 ; the same relationship applies to the propeller motors 26 and 27 .

Ein ähnliches Bild ergibt sich, wenn 4 Generatoren in Betrieb sind und die Propellermotoren wiederum symmetrisch belastet sind. Der Klirrfaktor ist dann wegen etwas geringerem Genera­ torinnenwiderstand etwas kleiner, nämlich nur 2,91% als im Betriebsfall mit 3 Generatoren. Er wird wiederum deutlich re­ duziert, wenn die Motoren unsymmetrisch belastet sind, ohne dass die Gesamtantriebsleistung sich ändert. In diesem Fall verhält sich die Leistung der Motoren 23 und 26 zu der Leis­ tung der Motoren 24 und 27 wie 1 : 0,37. Der Spannungsklirrfak­ tor auf den Stromschienen 12, 13 geht auf 1,31% zurück.A similar picture emerges when 4 generators are in operation and the propeller motors are in turn loaded symmetrically. The harmonic distortion is then somewhat smaller due to the slightly lower generator internal resistance, namely only 2.91% than in the operating case with 3 generators. In turn, it is significantly reduced if the motors are loaded asymmetrically without the total drive power changing. In this case, the performance of motors 23 and 26 to the performance of motors 24 and 27 is 1: 0.37. The voltage distortion factor on the busbars 12 , 13 drops to 1.31%.

Gleichwohl ändert sich am Klirrfaktor im Strom zum Einzelmo­ tor praktisch nichts, wie die zweite Spalte erkennen lässt. Der Klirrfaktor im Strom zu dem einzelnen Motor ist von der Lastaufteilung praktisch unabhängig. Auch der Klirrfaktor für den Strom, wie er von jedem der einzelnen Generatoren abgege­ ben wird, ist praktisch von der Belastung und der Betriebs­ station an den Stromschienen 12, 13 unabhängig.Nonetheless, practically nothing changes in the distortion factor in the current to the single motor, as can be seen in the second column. The distortion factor in the current to the individual motor is practically independent of the load distribution. The distortion factor for the current, as it is given by each of the individual generators, is practically independent of the load and the operating station on the busbars 12 , 13 .

Ebenfalls sehr günstige Verhältnisse werden erreicht, wenn fünf Generatoren in Betrieb sind und die Antriebsleistung zwischen den Motoren im Verhältnis 1 : 0,37 aufgeteilt ist.Very favorable conditions are also achieved when five generators are in operation and the drive power between the motors in a ratio of 1: 0.37.

Wie die Tabelle erkennen lässt, entsteht die Verminderung im Klirrfaktor im Spannungsverlauf auf den Sammelschienen 12, 13 durch eine Kompensationswirkung zwischen einem stärker be­ lasteten und einem weniger stark belasteten Stromumrichter. Der Klirrfaktor im Ausgangssignal jedes Stromumrichters, ist hingegen von der Lastverteilung praktisch unabhängig. Es wird davon ausgegangen, dass die mit der Laständerung einhergehen­ de Änderung des Stromflusswinkels beim periodischen Nachladen des Zwischenkreiskondensators für die Kompensationswirkung verantwortlich ist.As can be seen from the table, the reduction in the distortion factor in the voltage curve on the busbars 12 , 13 arises from a compensating effect between a more heavily loaded and a less heavily loaded current converter. The distortion factor in the output signal of each converter, however, is practically independent of the load distribution. It is assumed that the change in the current flow angle associated with the change in load is responsible for the compensation effect during the periodic recharging of the intermediate circuit capacitor.

Eine ähnlich Verbesserung kann erreicht werden, wenn das Schiff mit zwei Antriebsmotoren gemäß Fig. 3 ausgerüstet ist. Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ist praktisch die linke Seite der Schaltungsanordnung nach Fig. 1, mit der Einschrän­ kung, dass der Stromumrichter 21 an die Sammelschiene 12 an­ geschlossen ist. Es sind deswegen auch die selben Bezugszei­ chen, wie in der linken Hälfte von Fig. 1 verwendet. Eine er­ neute Erläuterung des Aufbaus erübrigt sich somit.A similar improvement can be achieved if the ship is equipped with two drive motors according to FIG. 3. The circuit arrangement according to FIG. 3 is practically the left side of the circuit arrangement according to FIG. 1, with the restriction that the current converter 21 is closed at the busbar 12 . Therefore, they are also the same reference characters as used in the left half of FIG. 1. A new explanation of the structure is therefore unnecessary.

Ein weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 besteht darin, dass jeder der Stromumrichter 18, 21 für sich 24-pulsig ausgeführt ist. Ein 24-pulsiger Stromum­ richter kann bspw. erhalten werden, indem der Zwischenkreis­ kondensator 44 über zwei magnetisch nicht gekoppelte Trans­ formatoren geladen wird, wobei die Transformatoren primärsei­ tig um 15° in der Phasenlage gegeneinander gedreht sind. Das Prinzipschaltbild für einen solchen Stromumrichter ist in Fig. 4 veranschaulicht.Another difference from the exemplary embodiment according to FIG. 1 is that each of the current converters 18 , 21 is designed to be 24-pulse per se. A 24-pulse converter can be obtained, for example, by charging the intermediate circuit capacitor 44 via two magnetically uncoupled transformers, the transformers being rotated on the primary side by 15 ° in phase relationship. The basic circuit diagram for such a current converter is illustrated in FIG. 4.

Der Stromumrichter 18 gemäß Fig. 4 weist zwei Eingangstrans­ formatoren 46 und 47 auf. Jeder der Eingangstransformatoren 46, 47 verfügt über eine Gruppe von Primärwicklungen 48 und 49, die, wie bereits erwähnt, elektrisch um 15° gegeneinander gedreht sind. Jede der beiden Transformatoren 46, 47 ist fer­ ner mit zwei Gruppen von Sekundärwicklungen 51, 52, 53 und 54 versehen, die im Dreieck bzw. im Stern geschaltet und mit ei­ nem zugehörigen Brückengleichrichter 55, 56, 57 und 58 be­ schaltet sind. Die Brückengleichrichter 55 . . . . 58 laden einen Zwischenkreiskondensator 59, aus dem drei Gruppen von Brücken 61, 62 und 63 gespeist werden, die in ihren Brückenzweigen IGBT<s enthalten. Durch Ansteuern der IGBT<s in bekannter Weise, wird am Ausgang der gewünschte Dreiphasenwechselstrom erzeugt.The current converter 18 according to FIG. 4 has two input transformers 46 and 47 . Each of the input transformers 46 , 47 has a group of primary windings 48 and 49 which, as already mentioned, are electrically rotated by 15 ° relative to one another. Each of the two transformers 46 , 47 is fer ner provided with two groups of secondary windings 51 , 52 , 53 and 54 , which are connected in a triangle or star and with an associated bridge rectifier 55 , 56 , 57 and 58 be switched. The bridge rectifier 55 . , , , 58 charge an intermediate circuit capacitor 59 , from which three groups of bridges 61 , 62 and 63 are fed, which contain IGBT <s in their bridge branches. By driving the IGBT <s in a known manner, the desired three-phase alternating current is generated at the output.

Die beiden Stromumrichter 18 und 21 sind gemäß Fig. 4 gestal­ tet und unterscheiden sich wie bereits ausgeführt in der Grö­ ße des Zwischenkreiskondensators 54. Da jeder Stromumrichter bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 24-pulsig arbeitet, treten keine Oberwellen unterhalb der 23. Oberwelle auf. Es bleiben nur die Oberwellen 23, 25 und 47, 49 übrig. Hier tritt eine Kompensation auf, indem bei gleicher Leistung, d. h. symmetrischer Verteilung der Antriebsleistung auf die beiden verbliebenen Propellermotoren 23 und 26 sich die Kapa­ zitäten der beiden Zwischenkreiskondensatoren 54 in den bei­ den Stromumrichtern 18, 21 in ähnlicher Weise unterscheiden, wie die Leistungsaufteilung unter den Propellermotoren die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 zu der Verminderung des Klirrfaktors geführt hat.The two current converters 18 and 21 are designed according to FIG. 4 and, as already stated, differ in the size of the intermediate circuit capacitor 54 . Since each current converter in the exemplary embodiment according to FIG. 24 operates in pulsed fashion, no harmonics occur below the 23rd harmonic. Only the harmonics 23 , 25 and 47 , 49 remain. Here, compensation occurs by the capacities of the two intermediate circuit capacitors 54 differing in the case of the current converters 18 , 21 in a manner similar to the power distribution among those with the same power, ie symmetrical distribution of the drive power to the two remaining propeller motors 23 and 26 Propeller motors which in the exemplary embodiment according to FIG. 1 led to the reduction of the distortion factor.

Bei einem Schiff mit elektrischem Fahrantrieb, wird eine Ver­ minderung des Klirrfaktors in dem Mittelspannungsnetz er­ reicht, indem zwei Stromumrichter oder Gruppen von Stromum­ richtern so zusammen geschaltet werden, dass sie sich aus der Sicht des Netzes wie 24-pulsige Stromumrichter verhalten. Die so erhaltenen Stromumrichter oder Gruppen von Stromumrich­ tern, werden unterschiedlich belastet, oder in ihrem Gleich­ spannungszwischenkreis unterschiedlich dimensioniert.In a ship with an electric traction drive, a Ver reduction of the distortion factor in the medium-voltage network is sufficient by two converters or groups of converters judges are switched together so that they emerge from the View of the grid behave like 24-pulse power converters. The current converter or groups of current converter obtained in this way tern, are charged differently, or in their equality voltage intermediate circuit of different dimensions.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betrieb eines Schiffes, zu dem wenigstens ein elektrischer Propellermotor (23 . . . 27) an einem Schiffs­ ende, wenigstens ein elektrischer Propellermotor (23 . . . 27) an dem anderen Schiffsende sowie für jeden Propellermotor (23 . . . 27) ein Stromumrichter (18 . . . 22) mit Gleichspannungszwis­ chenkreis (44) und ein 3-phasiges Bordnetz (12, 13) gehören, aus dem die Stromumrichter (18 . . . 22) gemeinsam gespeist wer­ den, wobei gemäß dem Verfahren die Leistung auf die beiden Propellermotoren (23 . . . 27) ungleich aufgeteilt ist, um das Maß an Oberwellen, die die Stromumrichter (18 . . . 22) in dem Bord­ netz (12, 13) hervorrufen, zu vermindern.1. Method for operating a ship to which at least one electric propeller motor ( 23 ... 27 ) ends at one ship, at least one electric propeller motor ( 23 ... 27 ) at the other ship end and for each propeller motor ( 23... 27 ) include a power converter ( 18 ... 22 ) with a DC voltage intermediate circuit ( 44 ) and a 3-phase electrical system ( 12 , 13 ) from which the power converter ( 18 ... 22 ) are fed together, according to the method the power is unevenly distributed between the two propeller motors ( 23 ... 27 ) in order to reduce the amount of harmonics that the current converters ( 18 ... 22 ) cause in the on-board network ( 12 , 13 ). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumrichter (18 . . . 22) derart gestaltet und an das Bord­ netz (12, 13) angeschlossen sind, dass sie lediglich Ober­ schwingungen der Ordnung 23, 25, 47, 49 . . . in dem Bordnetz (12, 13) hervorrufen.2. The method according to claim 1, characterized in that the current converters ( 18 .... 22 ) are designed and connected to the on-board power supply ( 12 , 13 ) in such a way that they only produce harmonics of order 23 , 25 , 47 , 49 . , , cause in the electrical system ( 12 , 13 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufteilung derart gesteuert wird, dass die vek­ torielle Summe der Oberschwingungen im Bordnetz (12, 13), ins­ besondere der Oberschwingungen der Ordnung 23, 25, 47, 49 . . . minimiert wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the power distribution is controlled in such a way that the vectorial sum of the harmonics in the vehicle electrical system ( 12 , 13 ), in particular the harmonics of the order 23 , 25 , 47 , 49 . , , is minimized. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung zwischen den Propellermotoren (23 . . . 27) im Ver­ hältnis zwischen 1 : 0,9 bis 1 : 0,25 aufgeteilt ist, vorzugs­ weise zwischen 1 : 0,7 bis 1 : 0,5, höchst vorzugsweise um 1 : 0,6 aufgeteilt ist.4. The method according to claim 1, characterized in that the power between the propeller motors ( 23 .... 27 ) is divided in the ratio between 1: 0.9 to 1: 0.25, preferably between 1: 0.7 to 1: 0.5, most preferably divided by 1: 0.6. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Stromumrichter (18 . . . 22) eingangsseitig einen Trans­ formator (37) aufweist, die derart gestaltet sind, dass die Eingangsströme um 15° gegeneinander phasenverschoben sind, und die jeder für sich eine 12-pulsige Netzrückwirkung er­ zeugen.5. The method according to claim 1, characterized in that each of the current converters ( 18 .... 22 ) has a transformer ( 37 ) on the input side, which are designed in such a way that the input currents are phase-shifted by 15 ° with respect to one another, and each for itself a 12-pulse network feedback he testify. 6. Schiffsantriebssystem mit einem 3-phasigen Bordnetz (12), mit wenigstens einem ersten Propellermotor (23), mit wenigstens einem zweiten Propellermotor (26), mit einem den ersten Propellermotor (23) speisenden ersten Stromumrichter (18), der an das Bordnetz (12) angeschlossen ist, der einen Gleichspannungszwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator (54) aufweist und der 12-pulsig arbeitet, mit einem den zweiten Propellermotor (26) speisenden zweiten Stromumrichter (21), der an das Bordnetz (12) angeschlossen ist, der einen Gleichspannungszwischenkreis mit Zwischenkreiskondensator (54) aufweist und der 12-pulsig arbeitet, wobei sich die Kapazitätswerte der Zwischenkreiskondensatoren (54) des er­ sten Stromumrichters (18) von den Kapazitätswerten der Zwi­ schenkreiskondensatoren (54) des zweiten Stromumrichters (21) in einem Maße unterscheiden, derart, dass bei gleicher Leis­ tungsaufnahme der beiden Propellermotoren (23, 26) die Ober­ wellen im Bordnetz (12) minimal werden.6. Ship propulsion system with a 3-phase electrical system ( 12 ), with at least one first propeller motor ( 23 ), with at least one second propeller motor ( 26 ), with a first current converter ( 18 ) feeding the first propeller motor ( 23 ), which is connected to the electrical system ( 12 ) is connected, which has a DC voltage intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor ( 54 ) and which works with 12 pulses, with a second current converter ( 21 ) feeding the second propeller motor ( 26 ), which is connected to the vehicle electrical system ( 12 ) and which has a DC voltage intermediate circuit having intermediate circuit capacitor (54) and the 12-pulse operates, wherein the capacitance values of the intermediate circuit capacitors (54) of he intermediate circuit capacitors of the capacitance values of the interim (54) of the second Stromumrichters (21) differ most Stromumrichters (18) to an extent such that with the same power consumption of the two propeller motors ( 23 , 26 ) the harmonics in the vehicle electrical system ( 12 ) become minimal. 7. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass das Verhältnis der Kapazitätswerte zwischen 1 : 0,9 bis 1 : 0,25 liegt, vorzugsweise zwischen 1 : 0,7 bis 1 : 0,5, höchst vorzugsweise um 1 : 0,6 liegt.7. Ship propulsion system according to claim 6, characterized records that the ratio of the capacitance values between 1: 0.9 to 1: 0.25, preferably between 1: 0.7 to 1: 0.5, most preferably around 1: 0.6. 8. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Stromumrichter (18, 21) Eingangstransforma­ toren (41, 42) aufweisen, die derart gestaltet sind, dass die Eingangsströme um 15° gegeneinander phasenverschoben sind. 8. Ship propulsion system according to claim 6, characterized in that the current converters ( 18 , 21 ) have input transformers ( 41 , 42 ) which are designed such that the input currents are phase-shifted by 15 ° with respect to one another. 9. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass bei wenigstens einem Stromumrichter (18, 21) der Zwischenkreiskondensators (54) aus mehreren Kondensatoren aufgebaut ist und dass durch wegschalten von Kondensatoren die Gesamtkapazität des Zwischenkreiskondensators (54) um­ schaltbar ist.9. Ship propulsion system according to claim 6, characterized in that in at least one power converter ( 18 , 21 ) the intermediate circuit capacitor ( 54 ) is constructed from a plurality of capacitors and that the total capacitance of the intermediate circuit capacitor ( 54 ) can be switched by switching off capacitors.
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