DE10128152B4 - Ship propulsion system with reduced on-board distortion - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Schiffes, zu dem wenigstens ein elektrischer Propellermotor (23..27) an einem Schiffsende, wenigstens ein elektrischer Propellermotor (23..27) an dem anderen Schiffsende sowie für jeden Propellermotor (23..27) ein Stromumrichter (18..22) mit Gleichspannungszwischenkreis (44) und ein 3-phasiges Bordnetz (12, 13) gehören, aus dem die Stromumrichter (18..22) gemeinsam gespeist werden, 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 Bordnetz (12, 13) hervorrufen, zu vermindern.Method for operating a ship, for which at least one electric propeller motor (23..27) at one end of the ship, at least one electric propeller motor (23..27) at the other end of the ship and for each propeller motor (23..27) a current converter (18 ..22) with a DC voltage intermediate circuit (44) and a 3-phase electrical system (12, 13) from which the current converters (18..22) are fed together, whereby according to the method, the power on the two propeller motors (23 .. 27) is divided unevenly in order to reduce the amount of harmonics which the current converters (18..22) cause in the vehicle electrical system (12, 13).

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.For there are frequency-dependent limit values for the harmonic content of the ship's electrical system. To strong harmonics in the electrical system cause additional Power loss in the vehicle electrical system and can lead to malfunctions devices to lead, which are connected to the electrical system and from this their electrical Draw energy.

Oberwellen im Bordnetz entstehen, wenn eine nicht sinusförmige Stromentnahme erfolgt, bspw. wenn starke Verbraucher periodisch an das Bordnetz angeschlossen und von dem wiederabgeschaltet werden. Der sprunghafte Stromverlauf durch den starken Verbraucher führt in Verbindung mit der endlichen Impedanz des Bordnetzes zu entsprechenden Spannungsschwankungen einschließlich Spannungserhöhungen. Letztere werden durch Induktivitäten verursacht, die im Bordnetz unvermeidbar vorhanden sind.Harmonics arise in the electrical system, if a non sinusoidal Electricity is drawn, for example, when strong consumers periodically connected to the electrical system and switched off again. The abrupt current flow through the strong consumer leads in connection with the finite impedance of the vehicle electrical system to corresponding voltage fluctuations including voltage increases. The latter are caused by inductors causes that are inevitably present in the vehicle electrical system.

Das Bordnetz darf auch dann keine größeren Oberwellenanteile enthalten, wenn aus dem Bordnetz der elektrische Schiffsantrieb gespeist wird.Even then, the on-board electrical system may not larger harmonic components included if the ship's electrical system is on-board 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-Mittelspannungsnetz mit ca. 6,6 kV. Hieraus erzeugt der Stromumrichter 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 includes one or more power converters connected to the vehicle electrical system, each of which has one or more electric propeller motors powered. Usually the on-board network is a 3-phase medium-voltage network with approx.6.6 kV. From this, the power converter generates a three-phase for the drive motor Voltage of approximately 600 volts with variable frequency. The tension on Output of the converter hangs on the frequency.

Ein solcher Schiffsantrieb ist z.B. aus der DE 195 22 302 C2 bekannt. Schiffe mit Antrieben an beiden Schiffsenden sind darüber hinaus z.B. aus der DE 298 23 737 U1 , der DE PS 900 788 und der FR-PS 969 841 bekannt.Such a ship propulsion system is, for example, from the DE 195 22 302 C2 known. Ships with drives at both ends of the ship are also from the DE 298 23 737 U1 , the DE PS 900 788 and the FR-PS 969 841 known.

Der Stromumrichter kann ein indirekter Stromumrichter mit einem Gleichspannungszwischenkreis und einer mehrphasigen gesteuerten 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 a DC link and a multi-phase controlled bridge to be in the exit. By controlling the bridge on the input side the DC link capacitor is connected, there is a pulsating Load on the capacitor, which affects the vehicle electrical system.

Durch sinnvolle Beschaltung des Stromumrichters, hat man in der Vergangenheit versucht, die durch den Stromumrichter verursachte Rückwirkung auf den Klirrfaktor des Bordnetzes niedrig zu halten.By sensible wiring of the converter, has been tried in the past by the power converter caused feedback on to keep the distortion factor of the vehicle electrical system low.

Zu den bekannten Maßnahmen gehört die Verwendung eines Dreiphasentransformators, dessen Primärwicklungen im Dreieck geschaltet 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 Brückengleichrichtern angeschlossen, die ausgangsseitig einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator laden. An den Zwischenkreiskondensator sind für jede Phase des Ausgangsnetzes des Stromumrichters Drehstrombrücken aus IGBT>s (= Insulated Gate Bipolar Transistors) angeschaltet. Die IGBT>s werden so angesteuert, dass sich ein angenähert sinusförmiger Stromverlauf in der Ständerwicklung des angeschlossenen 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 heben 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 in the star and the other in the 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 (= Insulated Gate Bipolar Transistors) are connected to the intermediate circuit capacitor for each phase of the output network of the current converter. The IGBT> s are controlled in such a way that there is an approximately sinusoidal current profile in the stator winding of the connected propeller motor. Such a current converter is called a twelve-pulse converter, with the output only the harmonics of the 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 Verhalten eines 24-pulsigen Umrichters zustande. Bei einem solchen 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 corresponding additional windings. From the point of view of the vehicle electrical system, this results in the behavior of a 24-pulse converter. In such an operation, only harmonics of the order occur 23 . 25 . 47 and 49 on.

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, it is task the invention a method for operating a ship or a To create a ship propulsion system in which the amplitude of the harmonics is reduced even further.

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 or the drive system solved with the features of claim 6.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Motoren mit unterschiedlicher Leistung beaufschlagt. Aufgrund der unterschiedlichen Last an den Motoren und der entsprechenden Netzrückwirkung, reduziert sich der im Bordnetz zu messende Klirrfaktor um 34 %. Diese Reduktion macht sich an den höheren Harmonischen bemerkbar, die sich aufgrund der besonderen Beschaltung der Stromumrichter gegenseitig nicht auslöschen.In the method according to the invention the motors are charged with different power. Due to the different load on the motors and the corresponding Phase effect, the distortion factor to be measured in the vehicle electrical system is reduced by 34%. This reduction is noticeable in the higher harmonics, due to the special wiring of the power converter don't wipe each other out.

Die Theorie für die Verbesserung des Klirrfaktors geht dahin, dass für die Verminderung eine Veränderung des Stromflusswinkels 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 Zwischenkreiskondensator. Diese Änderung des Phasenwinkels hat möglicherweise Rückwirkungen auf die ausgangsseitige Drehstrombrücke und den Stromverlauf im angeschlossenen Motor.The theory for the improvement of the distortion factor goes for that diminishing a change of the current flow angle at the intermediate circuit capacitor is. With a lower load on the intermediate circuit capacitor in charging currents with different phase angles enter the converter compared to a larger current draw from the intermediate circuit capacitor. Has this change in phase angle possibly repercussions to the three-phase bridge on the output side and the current profile in connected motor.

Die Regelung der Antriebsmotoren des Schiffes kann so erfolgen, 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 take place in such a way that the load distribution to the motors in the sense of minimizing the harmonics of the order in every operating situation 23 . 25 . 47 . 49 occurs.

Es hat sich gezeigt, dass eine Leistungsaufteilung zwischen den Propellermotoren bzw. zwischen zwei Gruppen von Propellermotoren im Verhältnis zwischen 1:0,9 bis 1:0,25 vorzugsweise zwischen 1:0,7 bis 1:0,5 und höchst vorzugsweise um 1:0,6 vorzunehmen ist.It has been shown that a performance division between the propeller motors or between two groups of propeller motors in a ratio between 1: 0.9 to 1: 0.25, preferably 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 particular usable on ships with engines on the bow and stern, so the different performance doesn't cause a course change leads, which has to be compensated by a rudder deflection.

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 unterscheiden sich die Kapazitätswerte der Zwischenkreiskondensatoren in den Wechselrichtern für die Propellermotoren. Aufgrund der unterschiedlichen Kapazitätswerte der Zwischenkreiskondensatoren in den beiden Stromrichtern können die höheren Harmonischen, wie sie bei einem 24-pulsigen Stromrichter auftreten, in ähnlicher Weise kompensiert werden.There is an improvement in the harmonic content but also on ships with two propeller engines at the stern, that are operated with the same power. In this case differ the capacity values the intermediate circuit capacitors in the inverters for the propeller motors. Due to the different capacitance values of the intermediate circuit capacitors in the two converters the higher Harmonics similar to those found in a 24-pulse converter are similar Way to be compensated.

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

Im übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen.For the rest are further training courses the invention subject of dependent claims.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, embodiments of the Subject of the invention shown. Show it:

1 das Prinzipschaltbild für den elektrischen Antrieb eines Schiffes, das an jedem Ende jeweils zwei Propellermotoren aufweist, 1 the basic circuit diagram for the electrical drive of a ship, which has two propeller motors at each end,

2 eine Tabelle zur Veranschaulichung des Klirrfaktorverhaltens in Abhängigkeit von der Lastverteilung auf die Propellermotoren, 2 a table to illustrate the harmonic distortion behavior as a function of the load distribution on the propeller motors,

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

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

1 zeigt das Prinzipschaltbild für ein Schiffsantriebssystem mit Elektromotoren. Zu dem Antriebssystem gehören insgesamt 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 gekoppelt. 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 . 8th . 9 . 11 mechanically coupled.

Die Synchrongeneratoren 6, 7, 8, 9, 11 sind zu Gruppen zusammengefasst, 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 Sammelschienen sind im Normalbetrieb elektrisch miteinander gekuppelt. Die beiden Sammelschienen 12, 13 symbolisieren ein Mittelsspannungsnetz 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 . 8th . 9 . 11 are grouped together, with the synchronous generators 6 and 7 on a first busbar 12 and the synchronous generators 8th . 9 . 11 on a second busbar 13 work. 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. On each of the two busbars 12 . 13 is a three-phase transformer 14 . 15 connected, the low-side electrical system on the output side 16 . 17 fed. 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 Stromversorgung 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 Stromumrichter 18..22 speist einen zugehörigen Drehstromasynchronmotor 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 follows the power supply for the travel drive. To do this, are on the busbar 12 two power converters 18 and 19 and on the busbar 13 two power converters 21 and 22 turned on. Each of the power converters 18 .. 22 feeds an associated three-phase asynchronous motor 23 ... 27 , Each of the asynchronous motors 23 .. 27 drives over a ship wave 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 sichergestellt, 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 are 23 and 26 , which are assigned to one end of the ship, connected to different busbars. This ensures that if a busbar fails 12 or 13 , at least one propeller motor is available for propulsion at each end of the ship.

Die Stromumrichter 18..22 sind untereinander gleich ausgeführt. 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 power converters 18 .. 22 are identical to each other. These are 12-pulse power converters with a DC link. Because the power converter 18 .. 22 are identical to each other, it is sufficient to set up only one of the power converters 18 .. 22 to describe in more detail.

Der Stromumrichter 18 weist eingangsseitig einen Dreiphasentransformator 37 auf mit einer im Dreieck geschalteten Primärwicklungsgruppe 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 39 ist im Dreieck und die Gruppe der Sekundärwicklungen 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 einfache ungesteuerte Diodenbrückengleichrichter.The power converter 18 has a three-phase transformer on the input side 37 on with a primary winding group connected in a triangle 38 that to the busbar 12 connected. Furthermore belong to the three-phase transformer 37 two groups of secondary windings 39 and 41 that with the primary windings 38 are magnetically coupled. The group of secondary windings 39 is in the 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 connected. The bridge rectifier 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 Zwischenkreiskondensators liegt bei ca. 56 mF pro Motor. Aus dem Zwischenkreiskondensator 44 werden aus IGBT aufgebaute gesteuerte Drehstrombrücken 45 gespeist, die ausgangsseitig die dreiphasige Versorgungsspannung für den Asynchronmotor 23 erzeugen.Both bridge rectifiers 42 . 43 charge a common DC link 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 are controlled three-phase current bridges built from IGBT 45 fed, the output side the three-phase supply voltage for the asynchronous motor 23 erzeu gene.

Durch nicht weiter gezeigte Zusatzwicklungen auf dem Dreiphasentransformator 37 wird dafür gesorgt, dass die Phasenlage an den beiden Gruppen 41 und 39 von Sekundärwicklungen zusätzlich um plus 7,5° gedreht ist.By additional windings not shown on the three-phase transformer 37 it is ensured that the phase relationship at the two groups 41 and 39 of secondary windings is additionally rotated by plus 7.5 °.

Der an derselben Stromschiene 12 angeschlossene Stromumrichter 19 hat denselben, wie zuvor erläuterten Aufbau mit der Einschränkung, dass durch die Zusatzbeschaltung eine Phasendrehung 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 one on the same track 12 connected power converter 19 has the same structure as explained above, with the restriction that the additional circuitry results in a phase rotation of minus 7.5 °. As a result, both frequency converters have a phase shift of 15 ° relative to one another, so that they are from the perspective of the busbar 12 work like a 24-pulse converter.

Bei einem 24-pulsigen Stromumrichter entstehen nur Oberwellen ab der 23. Oberwelle; die darunter liegenden löschen sich gegenseitig aus. Die Auslöschung kommt vereinfacht ausgedrückt dadurch zustande, dass bei den Oberwellen unterhalb der 23. Oberwelle der eine Stromumrichter gerade dann auf einen höheren 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 berücksichtigen sind und sich nicht kompensieren, sind bei dieser Art der Beschaltung die 23. und die 25. sowie die 47. und die 49. Oberwelle.With a 24-pulse converter, only harmonics occur from 23 , Harmonic; the ones below erase each other. To put it simply, extinction occurs because the harmonics below the 23 , Harmonic wave which switches one current converter to a higher current demand when 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 inherently low harmonic. The only harmonics that have to be taken into account and do not compensate for each other are the ones with this type of wiring 23 , and the 25 , as well as the 47 , and the 49 , Harmonic.

Mit der gezeigten Schaltungsanordnung sind die in Tabelle von 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 Motoren 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.With the circuit arrangement shown are those in table of 2 to achieve the listed harmonic distortion values. When three generators are in operation and all motors are operated with the same power, is on the busbar 12 . 13 measure a THD of 3.09%. 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 respectively 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 the busbars suddenly drops 12 respectively. 13 to 1.9%. In this case the propeller motor takes over 24 eg 0.6 times the power of the power of the propeller motor 23 on; for the propeller motors 26 and 27 the same relationship applies.

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 Generatorinnenwiderstand etwas kleiner, nämlich nur 2,91 % als im Betriebsfall mit 3 Generatoren. Er wird wiederum deutlich reduziert, 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 Leistung der Motoren 24 und 27 wie 1:0,37. Der Spannungsklirrfaktor 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 distortion factor is then somewhat smaller due to the slightly lower internal generator 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 changing the total drive power. In this case, the performance of the motors behaves 23 and 26 to the performance of the engines 24 and 27 like 1: 0.37. The voltage distortion factor on the busbars 12 . 13 declines to 1.31%.

Gleichwohl ändert sich am Klirrfaktor im Strom zum Einzelmotor 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 abgegeben wird, ist praktisch von der Belastung und der Betriebsstation an den Stromschienen 12, 13 unabhängig.Nevertheless, 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 emitted by each of the individual generators, is also practically dependent on the load and the operating station on the conductor rails 12 . 13 independently.

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 the relationship 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 belasteten 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 einhergehende 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 occurs in the voltage curve on the busbars 12 . 13 through a compensation effect between a more heavily loaded and a less heavily loaded 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 during the periodic recharging of the intermediate circuit capacitor is responsible for the compensation effect.

Eine ähnliche Verbesserung kann erreicht werden, wenn das Schiff mit zwei Antriebsmotoren gemäß 3 ausgerüstet ist. Die Schaltungsanordnung nach 3 ist praktisch die linke Seite der Schaltungsanordnung nach 1, mit der Einschränkung, dass der Stromumrichter 21 an die Sammelschiene 12 angeschlossen ist. Es sind deswegen auch die selben Bezugszeichen, wie in der linken Hälfte von 1 verwendet. Eine erneute Erläuterung des Aufbaus erübrigt sich somit.A similar improvement can be achieved if the ship is equipped with two propulsion engines 3 is equipped. The circuit arrangement according to 3 is practically the left side of the circuit arrangement after 1 , with the restriction that the power converter 21 to the busbar 12 connected. Therefore, they are the same reference numerals as in the left half of 1 used. A renewed explanation of the structure is therefore unnecessary.

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

Der Stromumrichter 18 gemäß 4 weist zwei Eingangstransformatoren 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 ferner mit zwei Gruppen von Sekundärwicklungen 51, 52, 53 und 54 versehen, die im Dreieck bzw. im Stern geschaltet und mit einem zugehörigen Brückengleichrichter 55, 56, 57 und 58 beschaltet 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 power converter 18 according to 4 has two input transformers 46 and 47 on. Each of the input transformers 46 . 47 has a group of primary windings 48 and 49 which, as already mentioned, are rotated electrically by 15 ° relative to one another. Each of the two transformers 46 . 47 is also with two groups of secondary windings 51 . 52 . 53 and 54 provided that connected in a triangle or star and with an associated bridge rectifier 55 . 56 . 57 and 58 are connected. The bridge rectifier 55 .... 58 charge an intermediate circuit capacitor 59 , from which three groups of bridges 61 . 62 and 63 which contain IGBT> s in their bridge branches. By controlling the IGBT> s in a known manner, on Output of the desired three-phase alternating current is generated.

Die beiden Stromumrichter 18 und 21 sind gemäß 4 gestaltet 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 Kapazitäten der beiden Zwischenkreiskondensatoren 54 in den beiden Stromumrichtern 18, 21 in ähnlicher Weise unterscheiden, wie die Leistungsaufteilung unter den Propellermotoren, die bei dem Ausführungsbeispiel nach 1 zu der Verminderung des Klirrfaktors geführt hat.The two power converters 18 and 21 are according to 4 designed and differ as already mentioned 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 that 23 , Harmonic on. Only the harmonics remain 23 . 25 and 47 . 49 left. Compensation occurs here, with the same power, ie symmetrical distribution of the drive power to the two remaining propeller motors 23 and 26 the capacities of the two intermediate circuit capacitors 54 in the two power converters 18 . 21 similarly differ in how the power distribution among the propeller motors, according to the embodiment 1 has led to the reduction of the distortion factor.

Bei einem Schiff mit elektrischem Fahrantrieb, wird eine Verminderung des Klirrfaktors in dem Mittelspannungsnetz erreicht, indem zwei Stromumrichter oder Gruppen von Stromumrichtern so zusammen geschaltet werden, dass sie sich aus der Sicht des Netzes wie 24-pulsige Stromumrichter verhalten. Die so erhaltenen Stromumrichter oder Gruppen von Stromumrichtern werden unterschiedlich belastet oder in ihrem Gleichspannungszwischenkreis unterschiedlich dimensioniert.On a ship with electric Travel drive will reduce the distortion factor in the medium voltage network achieved by two converters or groups of converters be switched together so that they are from the perspective of the network behave like 24-pulse power converters. The current converters thus obtained or groups of converters are loaded differently or differently dimensioned in their DC voltage intermediate circuit.

Claims (13)

Verfahren zum Betrieb eines Schiffes, zu dem wenigstens ein elektrischer Propellermotor (23..27) an einem Schiffsende, wenigstens ein elektrischer Propellermotor (23..27) an dem anderen Schiffsende sowie für jeden Propellermotor (23..27) ein Stromumrichter (18..22) mit Gleichspannungszwischenkreis (44) und ein 3-phasiges Bordnetz (12, 13) gehören, aus dem die Stromumrichter (18..22) gemeinsam gespeist werden, 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 Bordnetz (12, 13) hervorrufen, zu vermindern.Method for operating a ship to which at least one electric propeller motor ( 23 .. 27 ) at the end of a ship, at least one electric propeller motor ( 23 .. 27 ) at the other end of the ship and for each propeller motor ( 23 .. 27 ) a power converter ( 18 .. 22 ) with DC link ( 44 ) and a 3-phase electrical system ( 12 . 13 ) from which the power converter ( 18 .. 22 ) are fed together, whereby according to the method the power on the two propeller motors ( 23 .. 27 ) is unevenly divided by the amount of harmonics that the power converter ( 18 .. 22 ) in the electrical system ( 12 . 13 ) cause to diminish. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumrichter (18..22) derart gestaltet und an das Bordnetz (12, 13) angeschlossen sind, dass sie lediglich Oberschwingungen der Ordnung 23, 25, 47, 49... in dem Bordnetz (12, 13) hervorrufen.A method according to claim 1, characterized in that the current converter ( 18 .. 22 ) designed and connected to the electrical system ( 12 . 13 ) that they are only harmonics of order 23 . 25 . 47 . 49 ... in the electrical system ( 12 . 13 ) cause. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsaufteilung derart gesteuert wird, dass die vektorielle Summe der Oberschwingungen im Bordnetz (12, 13), insbesondere der Oberschwingungen der Ordnung 23, 25, 47, 49... minimiert wird.A method according to claim 1, characterized in that the power distribution is controlled such that the vectorial sum of the harmonics in the vehicle electrical system ( 12 . 13 ), especially the harmonics of the order 23 . 25 . 47 . 49 ... is minimized. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung zwischen den Propellermotoren (23..27) im Verhältnis zwischen 1:0,9 bis 1:0,25 aufgeteilt ist.A method according to claim 1, characterized in that the power between the propeller motors ( 23 .. 27 ) is divided between 1: 0.9 and 1: 0.25. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung zwischen den Propellermotoren (23 ... 27) im Verhältnis zwischen 1:0,7 bis 1:0,5 aufgeteilt ist.A method according to claim 4, characterized in that the power between the propeller motors ( 23 ... 27 ) is divided between 1: 0.7 and 1: 0.5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung zwischen den Propellermotoren (23 ... 27) im Verhältnis 1:0,6 aufgeteilt ist.A method according to claim 5, characterized in that the power between the propeller motors ( 23 ... 27 ) is divided in a ratio of 1: 0.6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Stromumrichter (18..22) eingangsseitig einen Transformator (37) aufweist, die derart gestaltet sind, dass die Eingangsströme um 15° gegeneinander phasenverschoben sind, und die jeder für sich eine 12-pulsige Netzrückwirkung erzeugen.A method according to claim 1, characterized in that each of the current converters ( 18 .. 22 ) a transformer on the input side ( 37 ), which are designed in such a way that the input currents are 15 ° out of phase with each other, and each of which generates a 12-pulse network feedback. 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 ersten Stromumrichters (18) von den Kapazitätswerten der Zwischenkreiskondensatoren (54) des zweiten Stromumrichters (21) in einem Maße unterscheiden, derart, dass bei gleicher Leistungsaufnahme der beiden Propellermotoren (23, 26) die Oberwellen im Bordnetz (12) minimal werden.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 the first propeller motor ( 23 ) feeding first current converter ( 18 ) connected to the electrical system ( 12 ) is connected, which is a DC voltage intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor ( 54 ) and the 12-pulse works with a second propeller motor ( 26 ) feeding second current converter ( 21 ) connected to the electrical system ( 12 ) is connected, which is a DC voltage intermediate circuit with an intermediate circuit capacitor ( 54 ) and the 12-pulse works, whereby the capacitance values of the intermediate circuit capacitors ( 54 ) of the first converter ( 18 ) of the capacitance values of the intermediate circuit capacitors ( 54 ) of the second converter ( 21 ) differ to such an extent that the same power consumption of the two propeller motors ( 23 . 26 ) the harmonics in the electrical system ( 12 ) become minimal. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kapazitätswerte zwischen 1:0,9 bis 1:0,25 liegt.Ship propulsion system according to claim 8, characterized in that that the relationship of the capacity values is between 1: 0.9 to 1: 0.25. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kapazitätswerte zwischen 1:0,7 bis 1:0,5 liegt.Ship propulsion system according to claim 9, characterized in that the relationship of the capacity values is between 1: 0.7 to 1: 0.5. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Kapazitätswerte um 1:0,6 liegt.Ship propulsion system according to claim 10, characterized characterized that ratio of the capacity values around 1: 0.6. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromumrichter (18, 21) Eingangstransformatoren (41, 42) aufweisen, die derart gestaltet sind, dass die Eingangsströme um 15° gegeneinander phasenverschoben sind.Ship propulsion system according to claim 8, characterized in that the current converter ( 18 . 21 ) Input transformers ( 41 . 42 ) which are designed in such a way that the input currents are 15 ° out of phase with each other. Schiffsantriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei wenigstens einem Stromumrichter (18, 21) der Zwischenkreiskondensator (54) aus mehreren Kondensatoren aufgebaut ist und dass durch Wegschalten von Kondensatoren die Gesamtkapazität des Zwischenkreiskondensators (54) umschaltbar ist.Ship propulsion system according to claim 8, characterized in that in at least one current converter ( 18 . 21 ) the intermediate circuit capacitor ( 54 ) is made up of several capacitors and that by disconnecting capacitors the total capacitance of the intermediate circuit capacitor ( 54 ) is switchable.
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