DE1180035B

DE1180035B - Regulated constant current circuit for ship and auxiliary drives

Info

Publication number: DE1180035B
Application number: DEL40098A
Authority: DE
Inventors: Werner Hollmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1961-09-26
Filing date: 1961-09-26
Publication date: 1964-10-22

Description

Geregelte Konstantstromschaltung für Schiffs-und Hilfsantriebe Der Betrieb einer größeren Anzahl von Gleichstromantrieben mit unabhängiger Drehzahleinstellung in einem gemeinsamen Generatorstromkreis kann bekanntlich durch eine Konstantstromschaltung ermöglicht werden. Ähnlich der Steuerung im Leonardsystem wird die Steuerung der Konstantstromschaltung ebenfalls durch Beeinflussung von Erregerströmen durchgeführt.Regulated constant current circuit for ship and auxiliary drives The Operation of a large number of DC drives with independent speed setting in a common generator circuit, as is well known, by means of a constant current circuit be made possible. The control of the Constant current switching is also carried out by influencing excitation currents.

Es sind solche gesteuerte Konstantstromsysteme bekannt, bei denen der Konstantstrom durch einen Steuerungs-Feldabgleich zwischen Generatoren und Motoren erhalten und eingehalten wird. Ferner sind auch Konstantstromsysteme bekannt, bei denen der Konstantstrom durch Regelung der Generatorfelder eingestellt und die Drehzahl der einzelnen Gleichstrommotoren durch manuelle Steuerung ihrer Felderregung beeinflußt wird. Für die Regelung der Generatoren auf konstanten Strom wurden bisher rotierende Regeleinrichtungen, z. B. Querfeldmaschinen, verwendet.There are such controlled constant current systems are known in which the constant current through a control field adjustment between generators and motors is maintained and adhered to. Constant current systems are also known at which the constant current is set by regulating the generator fields and the speed of the individual DC motors influenced by manual control of their field excitation will. For the regulation of the generators on constant current up to now rotating ones were used Control devices, e.g. B. cross-country machines are used.

Es hat sich erwiesen, daß bei Konstantstromschaltungen der vorgenannten Art bei Schiffen, die extremen Schlechtwetter-Seebedingungen ausgesetzt sind, eine Steuerung den zu stellenden Forderungen nicht genügt und daß für die Beeinflussung der Drehzahl der Propellermotoren eine Regelung unumgänglich ist. Der Grund dafür ist vor allem der, daß beim Auftauchen der Propeller bei schwerem Seegang im Fall einer gesteuerten Drehzahleinstellung der Propellermotoren diese infolge der festen Einstellung des magnetischen Flusses hochlaufen. Die Propellermotoren haben in diesem Fall infolge der Einstellung der gesteuerten Propellermotorerregung ein konstantes Moment.It has been found that with constant current circuits the aforementioned Type for ships that are exposed to extreme bad weather sea conditions Control does not meet the demands to be made and that for influencing Regulating the speed of the propeller motors is unavoidable. The reason for this is above all that when surfacing the propeller in heavy seas in the fall a controlled speed setting of the propeller motors this as a result of the fixed Run up the setting of the magnetic flux. The propeller motors have in this one Fall as a result of the setting of the controlled propeller motor excitation a constant Moment.

Die Erfindung hat den Zweck, für Schiffsantriebe der vorgenannten Art eine Regelung zu schaffen, die sich auf alle Maschinen der Konstantstromanlage erstrecken kann und damit Kopplungen der einzelnen Regeleinheiten ermöglicht, die ein stabiles Arbeiten der gesamten Antriebsanlage sicherstellen.The invention has the purpose for marine propulsion of the aforementioned Kind of creating a control system that applies to all machines in the constant current system can extend and thus enables coupling of the individual control units ensure stable operation of the entire drive system.

Zur Erfüllung dieses Zweckes geht die Erfindung von einem bekannten elektrischen Schiffsantrieb aus, dessen geregelte Propellermotoren mit den Fahrgeneratoren und mit Antriebsmotoren von Hilfsantrieben in einem geregelten Konstantstromkreis liegen. Die Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß jeder dieser Motoren und Generatoren über eine an sich bekannte, kontaktlose Regeleinrichtung geregelt wird und die Regeleinrichtung für mindestens einen in der Leistungs-Größenordnung eines Fahrgenerators liegenden Antriebsmotor sowohl von seiner Drehzahl als auch von der Ankerspannung eines der Fahrgeneratoren sowie außerdem jede Regeleinrichtung für jeden, übrigen Antriebsmotor von seiner Drehzahl und seiner Ankerspannung abhängig gemacht ist.To achieve this end, the invention is based on a known one electric ship propulsion, its regulated propeller motors with the propulsion generators and with drive motors of auxiliary drives in a regulated constant current circuit lie. The invention is characterized in that each of these motors and generators is controlled via a known, contactless control device and the control device for at least one of the order of magnitude of a drive generator Drive motor both from its speed and from the armature voltage of one of the Drive generators as well as every control device for every remaining drive motor is made dependent on its speed and its armature voltage.

Bei einem so ausgesxalteten Gleichstrom-Schiffsantrieb kann die zu installierende Gesamtleistung der Fahrgeneratoren unbedenklich kleiner gewählt werden als die . Summe ,der. - ipstgllierten Antriebsleistungen. Wenn nämlichdurch den nicht leistungsbestimmenden Antrieb. der Fischnetzwinde, die noch zugelassene Generatorleistung, etwa die Fahrgenerator-Nennleistung ig Gefahr kommt, überzogen zu werden, danä--würde: durch den Regler des Propellermotors die abgebbar8, Gesamtleistung auf die Fahrgenerator-Nennleistung beschränkt. Ferner gibt eine Anlage nach der Erfindung die Möglichkeit, ohne sie irgendwie, zu ändern,; eine Überbelastung auch dann zu vermeiden, wenn noch andere, gleiche Stromaggregate zu einem ersten Stromaggregat zur Stromerzeugung hinzugenommen.' werden. Schließlich können mit Hilfe der Erfindung die nicht leistungsbestimmenden Antriebe zwar etwa mit ihrer vollen Nennleistung belastet, jedoch nicht überlastet werden, was jedoch der Fall wäre, wenn für die Regelung dieser-Antriebe etwa die Regelanordnung der leistungsbestimmenden Antriebe verwendet würde. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Generator-Regelstrecke so mit den Propeller-Regelstrecken gekoppelt, daß die Leistungsabgabe der Generatorantriebe durch Drehzahlabsenkung der Propellermotoren einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.With a direct current ship propulsion system configured in this way, the installing total power of the drive generators can be chosen to be harmlessly smaller as the . Sum that. - integrated drive power. If namely through the non-performance-determining drive. the fishing net winch, the generator power that is still permitted, for example the nominal power of the drive generator and there is a risk of being exceeded, then: through the regulator of the propeller motor, the total output that can be output to the drive generator nominal output limited. Furthermore, a system according to the invention gives the possibility without it somehow, to change; to avoid overloading even if there are other the same generator sets added to a first generator set for generating electricity. ' will. Finally, with the help of the invention, the non-performance-determining Drives loaded with their full rated power, but not overloaded be, which would be the case if for the regulation of these drives about the Control arrangement of the performance-determining drives would be used. In In a particular embodiment of the invention, the generator controlled system is so with coupled to the propeller control systems that the power output of the generator drives by reducing the speed of the propeller motors does not exceed a predetermined value.

Liegt in dem geregelten Konstantstromkreis der Antrieb von Fischnetzwinden, Kabelwinden, Saugebaggerpumpen u. dgl., dann ist die zugehörige Regelstrecke für diesen Antrieb nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung so ausgelegt, daß seine Leistungsabgabe bei zunehmendem Drehmoment auf einen vorbestimmten Wert begrenzt ist, indem die Spannung des Antriebsmotors oder der Motoren als zusätzliche Einflußgröße der Regelstrecke zugeführt wird.If the drive for fishing net winches is in the regulated constant current circuit, Cable winches, suction excavator pumps and the like, then the associated controlled system for this drive designed according to a further embodiment of the invention so that its Power output limited to a predetermined value with increasing torque is by taking the voltage of the drive motor or the motors as an additional influencing variable is fed to the controlled system.

Schließlich wird, um die Regelvorgänge den Erfordernissen von Propellerantrieben besser anpassen und kurze Regelzeiten erreichen zu können, eine weitere Ausführungsform der Erfindung vorgeschlagen, bei der die Regler für ein Vielfaches der Normalfrequenz von 50 Hz, insbesondere für 400 Hz ausgelegt sind.Finally, in order to control processes, the requirements of propeller drives To be able to adapt better and achieve short control times is another embodiment the invention proposed in which the controller for a multiple of the normal frequency of 50 Hz, in particular for 400 Hz.

Die Zeichnung zeigt in einem Prinzipschaltbild als Ausführungsbeispiel eine Konstantstromanlage für Schiffs- und Hilfsantriebe, in der in einem gemeinsamen Konstantstromkreis der Fahrgenerator 1, der Propellermotor 2 und der Fischnetzwindenmotor 3 liegen. Sämtliche elektrischen Maschinen werden durch je eine Transduktoranlage MV" MV, und MV, in Gegentaktschaltung geregelt. Die Regelstrecke des Generators 1 erhält ihren Istwert über die Mcßstrecke 4 aus dem Konstantstromkreis und den Sollwert aus der als Potentiometer dargestellten Einstelleinrichtung 5. In der Transduktoranlage MVl wird der Soll-Ist-Wertvergleich in einem magnetischen Regelverstärker vorgenommen, dessen Ausgang auf einen Gegentakt-Leistungsverstärker geschaltet ist. Der Leistungsverstärker besteht aus zwei Magnetverstärkereinheiten, von denen jede ein Teilfeld 6, 7 des Generators 1 speist. Werden beide Teilfelder 6, 7 gleichsinnig beaufschlagt, dann ist der Generator 1 in der einen Richtung maximal erregt. Die maximale Erregung des Generators 1 in der umgekehrten Richtung wird durch Umkehren der Erregungsrichtung in beiden Teilfeldern 6, 7 erreicht. Ein Wechsel der Erregungsrichtung ist zur Stabilisierung des Regelkreises vor allem beim Auftreten dynamischer Störgrößen erforderlich, damit ein kräftiger Gegenimpuls, z. B. bei Rückleistung, gegeben werden kann.The drawing shows in a basic circuit diagram as an exemplary embodiment a constant current system for ship and auxiliary drives, in which the traction generator 1, the propeller motor 2 and the fishing net winch motor 3 are located in a common constant current circuit. All electrical machines are controlled by a transducer system MV " MV, and MV, in a push-pull circuit. The controlled system of generator 1 receives its actual value via the measuring system 4 from the constant current circuit and the setpoint value from the setting device 5 shown as a potentiometer the target / actual value comparison is carried out in a magnetic control amplifier, the output of which is connected to a push-pull power amplifier. The power amplifier consists of two magnetic amplifier units, each of which feeds a subfield 6, 7 of the generator 1. If both subfields 6, 7 are applied in the same direction The maximum excitation of generator 1 in the opposite direction is achieved by reversing the direction of excitation in both subfields 6, 7. A change in the direction of excitation is more dynamic to stabilize the control loop, especially when it occurs Disturbance variables required so that a strong counter pulse, e.g. B. in return, can be given.

Die Regelstrecke des Propellermotors 2 erhält ihren Istwert in der Form einer von der Drehzahl des Tachogenerators 8 abhängigen Spannung. Im Regelverstärker der Transduktoranlage MV2 wird dieser Istwert mit dem durch den Fahrkontroller 9 eingestellten Sollwert verglichen und das Ergebnis dem zugeordneten Leistungsverstärker zugeführt. Darüber hinaus ist die Regelstrecke für den Propellermotor 2 an die Regelstrecke des Generators 1 über dessen Klemmenspannung angekoppelt. Sobald der Generator 1 seine Nennspannung überschreitet, wird durch Schwellwertbildung der Regelverstärker in der Weise beaufschlagt, daß die Drehzahl des Propellermotors 2 entsprechend der vorhandenen Generatornennspannung und damit auch der vorhandenen Leistung im Konstantstromkreis angepaßt wird. Der Regelverstärker beaufschlagt die beiden Gegentaktstufen des Leistungsverstärkers. Durch die Gegentaktschaltung ist wie bei der Transduktoranlage MVl des Generators 1 die Regelung der Erregung vom Maximum in der einen Richtung bis zum Maximum in der anderen Richtung gewährleistet. Auch hier ist die Ausregelung in beiden Richtungen zur Stabilisierung, zur Aufnahme der Rückleistung und zur Reversierung erforderlich.The controlled system of the propeller motor 2 receives its actual value in the form of a voltage dependent on the speed of the tachometer generator 8. In the control amplifier of the transducer system MV2, this actual value is compared with the setpoint value set by the travel controller 9 and the result is fed to the assigned power amplifier. In addition, the controlled system for the propeller motor 2 is coupled to the controlled system of the generator 1 via its terminal voltage. As soon as the generator 1 exceeds its nominal voltage, the control amplifier is acted upon by threshold value formation in such a way that the speed of the propeller motor 2 is adapted according to the existing generator nominal voltage and thus also the existing power in the constant current circuit. The control amplifier acts on the two push-pull stages of the power amplifier. As with the transducer system MV1 of the generator 1, the push-pull circuit ensures that the excitation is regulated from the maximum in one direction to the maximum in the other direction. Here, too, regulation is required in both directions for stabilization, for taking up the reverse power and for reversing.

Die Regelstrecke des Fischnetzwindenantriebes 3 erhält ihren Istwert als von der Drehzahl des Tachogenerators 10 abhängige Spannung. Im Regelverstärker wird dieser Istwert mit dem vom Fischnetzwindenkontroller 11 kommenden Sollwert verglichen, und das Ergebnis wird als Ausgangsstrom des Regelverstärkers auch hier wieder dem Leistungsverstärker zugeführt.The controlled system of the fishnet winch drive 3 receives its actual value as a voltage dependent on the speed of the tachometer generator 10. In the control amplifier, this actual value is compared with the setpoint value coming from the fishing net winch controller 11 , and the result is also fed back to the power amplifier as the output current of the control amplifier.

Der Regelverstärker wird außerdem auch noch von der Klemmenspannung des Fischnetzwindenmotors 3 beaufschlagt, und zwar in der Weise, daß bei zunehmendem Drehmoment durch Absenken der Drehzahl auf konstante Leistung geregelt wird. Bei reiner Drehzahlregelung würde nämlich die Gefahr einer Überlastung des Fischnetzwindenantriebs bestehen, weil durch diese Regelung beispielsweise bis auf 150% des magnetischen Flusses ausgeregelt werden könnte. Bei einer Einstellung der Drehzahlregelung der Regelstrecke auf 200% der Nenndrehzahl würde ohne die spannungsbegrenzende Regelstrecke bei 15011/o magnetischem Fluß maximal 30011/e der Nennleistung des Fischnetzwindenmotors 3 erreicht. Bei der Regelung auf konstante Leistung ergibt sich ein hyperbelförrniger Drehmomentenverlauf, der ein erwünschtes weiches Nachgeben der Motordrehzahl im Betrieb ähnlich wie bei einer Hauptstromcharakteristik zur Folge hat.The control amplifier is also still from the terminal voltage of the fishing net winch motor 3 acted upon, in such a way that with increasing Torque is regulated by reducing the speed to constant power. at pure speed control would namely run the risk of overloading the fishing net winch drive exist because through this regulation, for example, up to 150% of the magnetic Flow could be regulated. When setting the speed control of the The controlled system would be at 200% of the nominal speed without the voltage-limiting controlled system at 15011 / o magnetic flux a maximum of 30011 / e of the rated power of the fishnet winch motor 3 reached. When regulating to constant power, the result is a hyperbolic one Torque curve that allows the engine speed to give way in the desired soft manner Operation similar to a main current characteristic.

Claims

Claims: 1. Electric direct current ship propulsion, its Controlled propeller motors with the propulsion generators and with drive motors from auxiliary companies lie in a regulated constant current circuit, characterized in that each these motors and generators via a contactless control device known per se is regulated and the control device for at least one in the performance range a driving generator lying drive motor both on its speed and from the armature voltage of one of the drive generators as well as every control device for each other drive motor depending on its speed and its armature voltage is made.

2. Electric ship propulsion system according to claim 1, characterized in that that the generator control system is coupled with the propeller motor control systems is that the power output of the generator drives by reducing the speed of the propeller motors does not exceed a predetermined value.

3. Electric ship propulsion according to Claim 1 or 2 with motors for driving fishnet winches, suction excavator pumps and the like, characterized in that the controlled system is designed for such motors is that their power output with increasing torque to a predetermined Value is limited by the voltage of the motor as an additional Influencing variable of the controlled system is fed.

4. Ship drive according to one of claims 1 to 3, characterized in that the controllers are designed for a multiple of the normal frequency of 50 Hz, in particular for 400 Hz. Publications considered: Zeitschrift "Schiff und Hafen", 11/1958, p. 939; Journal "AEG-Mitteilungen", 10, 11/1959, p. 596; Iron and Steel Engineer magazine, November 1951, p. 120.