DE1123035B

DE1123035B - Control device for a diesel-electric ship propulsion system

Info

Publication number: DE1123035B
Application number: DES44622A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rupert Morawetz; Dipl-Ing Eberhard Meissner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-07-05
Filing date: 1955-07-05
Publication date: 1962-02-01

Description

Steuereinrichtung für einen dieselelektrischen Schiffsantrieb Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuereinrichtung für einen dieselelektrischen Schiffsantrieb, bei dem im Betrieb die Zahl der arbeitenden Diesel-Generatorsätze verändert werden kann und die Erregung der Antriebsmotoren unabhängig von der Zahl der in Betrieb befindlichen Generatoren in Abhängigkeit vom Generatorfeldhersteller auf einen durch die angewählte Fahrstufe bestimmten Strom geregelt wird.Control device for a diesel-electric ship propulsion system The invention relates to a control device for a diesel-electric ship propulsion system, in which the number of working diesel generator sets is changed during operation can and the excitation of the drive motors regardless of the number of in operation located generators depending on the generator field manufacturer the selected speed level is regulated by a certain current.

Für elektrische Schiffsantriebe und ähnliche Antriebe ist es in vielen Fällen wünschenswert, bei verschiedenen Generatorspannungen immer eine volle Ausnutzung der Generatorleistung bzw. der Leistung der den Generator antreibenden Maschinen zu ermöglichen. Wenn eine derartige schiffselektrische Anlage beispielsweise mit mehreren Generatoren ausgerüstet ist, von denen je nach Bedarf eine verschieden große Anzahl in Betrieb genommen ist, entspricht die von den Generatoren auf den oder die Antriebsmotoren abgebbare Leistung der wirksamen Generatorspannung. Für die Bedienung von Schiffen mit Fahrhebeln oder Fahrstellern bringt es wesentliche Vorteile, die Steuerung so durchzubilden, daß in der Endstellung des Fahrhebels jedesmal eine volle Ausnutzung der Leistung der eingeschalteten Generatoren gewährleistet ist. Wenn bei einem derartigen als Leonardantrieb ausgebildeten Antrieb die Spannung heruntergesetzt wird, beispielsweise indem von einem Betrieb mit zwei Generatoren auf Betrieb mit einem Generator umgeschaltet wird, so geht die Drehzahl des Antriebsmotors herunter. Außerdem fällt auch der Strom ab. Es sind bereits Anordnungen bekannt, bei denen von Hand eine Feldregelung des oder der Antriebsmotoren im Sinne einer Feldschwächung durchgeführt wird, um auf diese Weise den Strom auf den Wert anzuheben, der der Stellung des Fahrhebels bei Einsatz aller Generatoren entspricht. Diese Regelung ist starr und wermag sich nur in ganz beschränktem Umfange den Gegebenheiten in bezug auf die Leistungsaufnahme bei verschiedenen Betriebsbedingungen anzupassen.It is in many cases for electric ship propulsion systems and similar propulsion systems In some cases it is desirable to always have full utilization with different generator voltages the generator power or the power of the machines driving the generator to enable. If such a ship electrical system, for example, with several generators is equipped, one of which is different depending on requirements large number is put into operation, corresponds to that of the generators on the or the drive motors deliverable power of the effective generator voltage. For The operation of ships with drive levers or drive actuators is essential Advantages to train the control so that in the end position of the drive lever every time a full utilization of the power of the switched-on generators is guaranteed is. If in such a drive designed as a Leonard drive the voltage is reduced, for example by operating with two generators is switched to operation with a generator, the speed of the drive motor goes down. In addition, the electricity also drops. Arrangements are already known where by hand a field control of the drive motor (s) in the sense of a Field weakening is carried out in order to increase the current to the value which corresponds to the position of the drive lever when all generators are used. These Regulation is rigid and can only adapt to the circumstances to a very limited extent adapt with respect to the power consumption under different operating conditions.

Ferner sind Antriebe bekanntgeworden, bei denen die Aussteuerung der Generatoren zusätzlich in Abhängigkeit des im Generator-Motor-Kreis fließenden Stromes erfolgt. Damit soll auf einen ausschließlich durch den Feldsteller bestimmten Stromwert gesteuert werden. Da mit einer solchen bekannten Anordnung lediglich bis zur größten Generatorspannung gesteuert werden kann, ist zusätzlich die Motorspannung über zu- und abschaltbare Widerstände erfaßt und als Einflußgröße auf die Erregermaschinen der Motoren gegeben worden. Da die für die Motorstromaufnahme wesentliche Feldsteuerung der Motoren in der bekannten Ausführung starr ist, d. h. nur mit bestimmten, gleichzeitig mit den Generatoren ein- und ausschaltbaren Widerständen arbeitet, ist eine volle Ausnutzung einer solchen Antriebsanlage nicht möglich.Furthermore, drives have become known in which the modulation of the Generators also depending on the current flowing in the generator-motor circuit he follows. This is intended to target a current value determined exclusively by the field regulator being controlled. Since with such a known arrangement only up to the largest Generator voltage can be controlled, the motor voltage can also be controlled via and resistors that can be switched off are detected and used as an influencing factor on the exciter machines the engines have been given. As the field control that is essential for the motor current consumption the motors in the known design are rigid, d. H. only with certain, at the same time working with the generators on and off resistors is a full one It is not possible to use such a propulsion system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung der beschriebenen Art aufzubauen, die es erlaubt, die Antriebsanlage mit bestmöglicher Ausnutzung zu fahren, d. h. auch bei Einsatz nur eines Teiles der Generatoren auf größtmögliche Leistungsübernahme zu steuern. Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß mit dem Feldsteller für die Generatoren ein Geber zur Einstellung einer Sollgröße des Generatorhauptstromes gekuppelt ist, der zusammen mit einem den Istwert des Generatorstromes erfassenden Meßglied auf einen Regler geschaltet ist, durch den abhängig von der Sollwert-Istwert-Differenz die Erregung der Antriebsmotoren auf einen der Generator-Feldstellerstellung entsprechenden Wert nachgestellt wird. Eine besonders günstige Ausführungsform erhält man, wenn für die Erregung der oder des Fahrmotors eine Spannungsquelle mit konstanter Spannung vorgesehen und wenn in den Erregerkreis ein Zusatzgenerator gelegt wird, dessen Erregung von den beiden erwähnten Einflußgrößen gesteuert wird.The invention is based on the object of providing a control device of type described, which allows the drive system with the best possible Driving utilization, d. H. even when only part of the generators are used to control the greatest possible transfer of services. According to the invention, the asked The object is achieved in that a transmitter for the generators with the field controller Setting a nominal value of the generator main current is coupled, which together with a measuring element that detects the actual value of the generator current on a controller is switched, through which the excitation is dependent on the setpoint-actual value difference of the drive motors to a value corresponding to the generator field setting position is adjusted. A particularly favorable embodiment is obtained when for the excitation of the drive motor or a voltage source with constant voltage provided and if an additional generator is placed in the excitation circuit, its Excitation is controlled by the two influencing variables mentioned.

Der Erfindung liegt hierbei die Erkenntnis zugrunde, daß die Kennlinie des Dieselmotors, der beispielsweise zum Antrieb der Generatoren vorgesehen ist, in Annäherung einen geradlinigen Verlauf hat, während der Verlauf der von den Antriebsmotoren aufgenommenen Leistung über der Drehzahl eine Potenzkurve darstellt.The invention is based on the knowledge that the characteristic the diesel engine, which is intended to drive the generators, for example, in approximation a straight course did while the course the power consumed by the drive motors versus the speed is a power curve represents.

Die Anlage ist hierbei in der Regel so ausgemittelt, daß bei voller Leistung, wenn also alle Generatoren auf die Antriebsmotoren arbeiten, der Arbeitspunkt in dem Schnittpunkt der beiden Kurven liegt. Wenn weniger Generatoren eingesetzt sind, so verläuft der Anstieg der Leistungskurve der Generatoren entsprechend flacher. Es ergibt sich demnach ein Schnittpunkt zwischen den Leistungskurven bei Werten, bei denen der Generator nicht voll ausgenutzt ist. Durch die Feldschwächung des Antriebsmotors ist es möglich, die Leistungsaufnahme zu erhöhen, so daß eine erheblich bessere Ausnutzung der Antriebsmotoren erreicht werden kann. Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird gleichzeitig erreicht, daß auch bei Spannungsänderungen, beispielsweise durch Änderung der Drehzahl der Dieselmotoren und bei Beladungsänderungen des Schiffes, selbsttätig eine Anpassung der Leistungsaufnahme der Motoren eintritt, wodurch im Sinne einer Momentenwandlung eine volle Ausnutzung der Dieselleistung ermöglicht wird.The system is usually centered in such a way that at full Power, i.e. when all generators work on the drive motors, the operating point lies at the intersection of the two curves. When fewer generators are used are, the rise in the power curve of the generators is correspondingly flatter. There is therefore an intersection between the performance curves at values where the generator is not fully used. Due to the field weakening of the Drive motor it is possible to increase the power consumption, so that a considerable better utilization of the drive motors can be achieved. By the invention Circuit is achieved at the same time that even with voltage changes, for example by changing the speed of the diesel engines and when the ship's load changes, the power consumption of the motors is automatically adjusted, which means that the In the sense of a moment change, full utilization of the diesel power is possible will.

Der Zusatzgenerator wird zweckmäßig mit zwei getrennten Erregerwicklungen ausgerüstet, von denen die eine in Abhängigkeit von der Stromstärke im Hauptstromkreis erregt wird. Bei Steuerungen einer bekannten Art, bei denen der Fahrhebel oder Fahrsteller die Erregung der Generatoren, sei es unmittelbar oder über einen dazugeschalteten Erregergenerator, beeinflußt, empfiehlt es sich, die Ausgangsspannung des Fahrhebels oder Fahrstellers gleichzeitig als Gebergröße zur Steuerung der zweiten, mit dem Sollwert des Generatorhauptstromes beaufschlagten Erregerwicklung des Zusatzgenerators zu verwenden. Man erhält auf diese Weise eine Einflußgröße für den Zusatzgenerator und damit für die Erregung der Antriebsmotoren, die dem der jeweiligen Fahrstellung entsprechenden Generatorzustand gut entspricht.The additional generator is expediently equipped with two separate excitation windings equipped, one of which depends on the current in the main circuit is excited. In controls of a known type in which the drive lever or actuator the excitation of the generators, either directly or via a connected one Exciter generator, influenced, it is recommended to adjust the output voltage of the drive lever or driver at the same time as the encoder variable to control the second, with the Setpoint of the generator main current applied to the excitation winding of the auxiliary generator to use. In this way, an influencing variable for the additional generator is obtained and thus for the excitation of the drive motors that correspond to the respective driving position corresponds well to the corresponding generator condition.

Sofern bei solchen Antrieben, wie es bei Schiffsantrieben die Regel ist, eine Umsteuerung (Änderung der Fahrtrichtung) vorgenommen werden muß, muß dafür gesorgt werden, daß bei einer solchen Umsteuerung sich die Richtung der Erregung des Zusatzgenerators nicht ändert. Dies kann in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß der Anschluß der Erregerwicklungen über Gleichrichtergruppen erfolgt, die unabhängig von der Spannungsrichtung in jedem Falle dem Erregerstrom die gleiche Richtung aufdrücken.Provided that it is the case with such propulsion systems, as is the rule with ship propulsion systems is, a change of direction (change of direction of travel) must be made for this care must be taken that with such a reversal the direction of the excitation changes of the additional generator does not change. This can be achieved in a simple manner that the excitation windings are connected via rectifier groups, which, regardless of the direction of voltage, are always the same as the excitation current Push direction.

Um die dem Motorstrom entsprechende Einflußgröße zu gewinnen, kann in einfachster Ausführung ein Shunt in dem Motorkreis angeordnet werden, so daß der auf diesen entfallende Spannungsabfall die entsprechende Steuerspannung liefert. Eine Anordnung, die eine galvanische Trennung ermöglicht und außerdem eine einfache Verstärkung sichert, erhält man, wenn für diesen Zweck ein Hallgenerator angewendet wird, dessen Magnetjoch direkt von dem Strom des Hauptkreises erregt werden kann. Die Hallspannung kann hierbei zweckmäßig noch über einen Transistor verstärkt werden. Man kann dann die beiden Einflußgrößen einem Magnetverstärker in i Gegentaktschaltung zuführen, der seinerseits die Erregung der Fahrmotoren über den Zusatzgenerator bestimmt. Mit besonderem Vorteil kann hierbei auch noch eine Rückführung zur Vermeidung des Pendelns vorgesehen werden.In order to obtain the influencing variable corresponding to the motor current, In the simplest embodiment, a shunt can be arranged in the motor circuit, so that the voltage drop attributable to this provides the corresponding control voltage. An arrangement that enables galvanic isolation and also a simple one Gain is obtained if a Hall generator is used for this purpose whose magnetic yoke can be excited directly by the current of the main circuit. The Hall voltage can expediently be amplified by means of a transistor. You can then use the two influencing variables in a magnetic amplifier in a push-pull circuit feed, which in turn excites the traction motors via the additional generator certainly. A return for avoidance can also be particularly advantageous here commuting should be provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Schiffsantrieb, bei dem der Propeller durch zwei Fahrmotoren angetrieben wird, denen drei dieselgetriebene Generatoren zugeordnet sind, ist in der Zeichnung dargestellt. Mit P ist der Propeller bezeichnet, auf den die beiden Fahrmotoren M 1 und M 2 arbeiten. Mit G l, G 2 und G 3 sind die drei Generatoren bezeichnet. F stellt den Fahrsteller dar, der mit dem Verstellglied eines Widerstandes R mechanisch verbunden ist. Der Fahrsteller F ist als Umkehrfeldregler ausgeführt, so daß je nach der Fahrtrichtung in der Feldwicklung F 3 ein Feld verschiedener Polarität erregt wird. Außerdem ist der Fahrtsteller F mechanisch mit dem Widerstand R gekuppelt. Dieser ist als Potentiometer ausgeführt und liegt an dem Gleichstromnetz PN (Bordnetz). Entsprechend der Verstellung des Fahrstellers F wird auch der Abgriff am Potentiometer R bewegt, so daß der abgegriffene Spannungswert entsprechend geändert wird. Dieser wird mit dem Spannungswert verglichen, der von dem Hallgenerator H über den Transistor Ta abgegeben wird, wobei der Differenzwert auf die Magnetverstärker MV wirkt.An exemplary embodiment of the invention for a ship propulsion system, in which the propeller is driven by two traction motors to which three diesel-powered generators are assigned, is shown in the drawing. The propeller on which the two traction motors M 1 and M 2 work is referred to as P. The three generators are denoted by G l, G 2 and G 3. F represents the actuator that is mechanically connected to the adjustment element of a resistor R. The driving actuator F is designed as a reversing field regulator, so that depending on the direction of travel in the field winding F 3, a field of different polarity is excited. In addition, the drive actuator F is mechanically coupled to the resistor R. This is designed as a potentiometer and is connected to the direct current network PN (on-board network). Corresponding to the adjustment of the driving positioner F, the tap on the potentiometer R is also moved, so that the tapped voltage value is changed accordingly. This is compared with the voltage value which is emitted by the Hall generator H via the transistor Ta, the difference value acting on the magnetic amplifier MV.

Mit EG ist ein Erregergenerator bezeichnet, der durch einen nicht gezeichneten Motor mit konstanter Drehzahl angetrieben ist und die Erregerwicklung der drei Generatoren in Parallelschaltung speist. Der Erregergenerator ist mit drei Feldwicklungen F 1, F 2 und F3 versehen, von denen die eine im Hauptstromkreis der Motoren und Generatoren liegt, die andere an der Ankerspannung des Erregergenerators angeschlossen ist, während die dritte von der Gleichstromsammelschiene PN über den Fahrsteller F gespeist wird.An exciter generator is designated by EG, which is driven by a motor (not shown) at constant speed and which feeds the excitation winding of the three generators in parallel. The exciter generator is provided with three field windings F 1, F 2 and F3, one of which is in the main circuit of the motors and generators, the other is connected to the armature voltage of the exciter generator, while the third is fed from the DC busbar PN via the drive controller F. .

Für die Gewinnung der dem Motorstrom entsprechenden Einflußgröße ist ein Hallgenerator H angeordnet, bei dem der Steuerstrom vorgegeben ist, das Feld aber dem Strom im Motorkreis entspricht. Auf diese Weise erhält man als Hallspannung eine dem Motorstrom entsprechende Größe, wobei der Vorteil einer galvanischen Trennung erreicht ist, was insbesondere bei hohen Betriebsspannungen in der Größenordnung von 700 V und mehr große Vorteile bringt. Diese Hallspannung wird über einen Transistor Ta verstärkt.To obtain the influencing variable corresponding to the motor current, a Hall generator H is arranged in which the control current is specified, but the field corresponds to the current in the motor circuit. In this way, a Hall voltage corresponding to the motor current is obtained, with the advantage of galvanic isolation, which is particularly advantageous in the case of high operating voltages of the order of magnitude of 700 V and more. This Hall voltage is amplified via a transistor Ta.

Mit ZG ist ein Zusatzgenerator bezeichnet, der in Reihe mit der Spannung des Bordnetzes auf die Erregung der Fahrmotoren M 1 und M 2 arbeitet. Mit dem Propeller P ist noch ein Tachodynamo TD gekuppelt, dessen Spannung mit einer an einem Potentiometer Po abgreifbaren Vergleichsspannung zusammenarbeitet, so daß der diese Vergleichsspannung überwiegende Spannungsteil auf die Magnetverstärker MV 1 und MV 11 arbeitet. Dadurch wird erreicht, daß bei einer Überdrehzahl der Magnetverstärker MVI zurückgesteuert wird, der Zusatzgenerator ZG erhöhte Spannung erzeugt und damit das Feld der Fahrmotoren verstärkt wird, wodurch der Motorstrom und damit die Drehgeschwindigkeit des Propellers wieder zurückgeht.With ZG an additional generator is referred to, which works in series with the voltage of the vehicle electrical system to excite the traction motors M 1 and M 2. A speedometer TD is coupled to the propeller P, the voltage of which works together with a reference voltage that can be tapped off at a potentiometer Po, so that the voltage component predominating on this reference voltage works on the magnetic amplifiers MV 1 and MV 11. This ensures that the magnetic amplifier MVI is controlled back in the event of an overspeed, the additional generator ZG generates increased voltage and thus the field of the traction motors is strengthened, whereby the motor current and thus the rotational speed of the propeller decrease again.

Durch die neue Anordnung wird also selbsttätig eine volle Ausnutzung der in Betrieb genommenen Leistung bei den verschiedensten Fahrzuständen gewährleistet.The new arrangement automatically makes full use the commissioned power is guaranteed in a wide variety of driving conditions.

Ein besonderer Vorteil der neuen Anordnung besteht auch darin, daß dynamische Überströme, wie diese beispielsweise beim Umschalten von volle Fahrt voraus auf volle Fahrt zurück auftreten können, weitgehend abgefangen werden. Da bei einer Umkehrung des Stromes im Hauptstromkreis die Hallspannung ihre Richtung ändert, ist es zweckmäßig, in dem Kreis der Hallspannung einen Steuerstromumschalter anzuordnen, der mit dem Fahrsteller derart gekoppelt ist, daß er bei der Änderung der Fahrtrichtung selbsttätig umgestellt wird.A particular advantage of the new arrangement is that dynamic overcurrents, such as this, for example, when switching can occur from full speed ahead to full speed back, largely intercepted will. Since when the current is reversed in the main circuit, the Hall voltage is its If the direction changes, it is useful to have a control current switch in the Hall voltage circuit to be arranged, which is coupled to the driver in such a way that it is when the change the direction of travel is automatically changed.

Dem ersten Moment nach einer derartigen Fahrtrichtungsumstellung bei voller Fahrt wirkt der Antriebsmotor zunächst noch als Generator. Hierbei wird durch die Wirkung der Zusatzerregung eine Feldschwächung einsetzen, derzufolge der Stromabfall sehr rasch einsetzt. Durch das Umsetzen der Hallspannung wird der Transistor gesperrt, während der Sollwert noch auf vollem Wert bleibt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der Antriebsmotor ein sehr schwaches Feld erhält, also der generatorische Zustand in sehr kurzer Zeit durchlaufen wird. Wenn nach dem Stromnulldurchgang der Nennstrom in umgekehrter Richtung erreicht ist, setzt die Wirkung des Zusatzgenerators in dem Sinne ein, daß durch Übererregung der weitere Stromanstieg gedämpft wird, also die durch die Robinson-Kurve des Propellers bedingten Stromspitzen auf verhältnismäßig niedrige Werte heruntergedrückt werden.The first moment after such a change of direction at full speed, the drive motor initially acts as a generator. This is done by the effect of the additional excitation a field weakening use, as a result of the current drop sets in very quickly. By converting the Hall voltage, the transistor is blocked, while the setpoint remains at its full value. In this way it is guaranteed that the drive motor receives a very weak field, i.e. the regenerative state is run through in a very short time. If after the current zero crossing the rated current is reached in the opposite direction, the action of the additional generator continues one in the sense that the further increase in current is dampened by overexcitation, i.e. the current peaks caused by the Robinson curve of the propeller are relatively high low values are depressed.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Control device for a diesel-electric ship propulsion system, in which the number of working diesel generator sets can be changed during operation and the excitation of the drive motors independently of the number of generators in operation depending on the generator field controller to a current determined by the selected speed level is controlled, data carried in that the generator main stream is coupled to the field plate for the generators a timer for setting a target size, the detected together with an actual value of the generator current measuring element is connected to a controller by which, depending on the desired value-actual value -Difference, the excitation of the drive motors is adjusted to a value corresponding to the generator field setting position.

2. Device according to claim 1, characterized in that that the controller excites the traction motors with a constant voltage additional generator lying in series affects.

3. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the additional generator with two separate excitation windings is provided, one of which is from the actual value of the generator main current and the other is controlled by the setpoint of the same.

4. Device according to claim 1 to 3, characterized characterized that the actual value of the generator current in a known manner is detected by a Hall generator whose magnet yoke is directly from the generator main current is excited.

5. Device according to claim 1 to 4, in particular for systems, at which regulate the excitation voltage of the Leonard generators with the help of resistors takes place, characterized in that the output voltage of these variable resistors as a sensor variable for controlling the setpoint of the generator current to which it is applied Excitation winding of the additional generator is used.

6. Device according to claim 1 to 5, characterized in that the Hall generator is a transistor amplifier is downstream.

7. Device according to claim 1 to 6, characterized by a tachometer which is coupled to the drive motor and which is connected to the controller in such a way that when a predetermined speed is exceeded, the excitation of the motors is influenced in the sense of a field amplification. Older patents considered: German Patent Nos. 388 599, 671 204, 874 484; Swiss Patent No. 250 748; French Patent Nos. 756100, 756 190; British Patent Nos. 681732, 718 141; AEG Mitteilungen, 1952, pp. 5 to 14, especially p. 9; Elektrotechnik, 1955, p. 15; Siemens magazine, 1954, pp. 381, 382.