DE1281027B - Stromversorgungsanlage fuer ein Wechselspannungsbordnetz auf Schiffen mit Wellengenerator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

H 02k

Deutsche KL: 21 d3 -1/01

Nummer: 1281027

Aktenzeichen: P 12 81 027.4-32 (L 53900)

Anmeldetag: 23. Juni 1966

Auslegetag: 24. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Stromversorgungsanlage für ein Wechselspannungsbordnetz konstanter Frequenz auf Schiffen mit einem mit stark veränderlicher Drehzahl angetriebenen Synchrongenerator als Wellengenerator, dem ein ungesteuerter Gleichrichter und ein Wechselrichter nachgeschaltet sind.

Es sind Stromversorgungsanlagen für Schiffsbordnetze mit Wellengeneratoren bekannt (Zeitschrift »Hansa« 1966, S. 797), bei denen der als Drehstromgenerator ausgebildete Wellengenerator mit veränderlicher Drehzahl umläuft und durch ein Drehfeld erregt wird, dessen Größe und Frequenz so eingestellt wird, daß in dem vom Wellengenerator versorgten Drehstromnetz eine konstante Spannung mit konstanter Frequenz ansteht.

Derartige Wellengenerator-Anlagen erfordern einen großen Aufwand, vor allem dann, wenn sie für kleine Nenndrehzahlen ausgelegt sind. Der Wellengenerator besitzt dann viele Pole und einen kleinen Luftspalt. Nachteilig ist ferner, daß zur Erzeugung des nach Frequenz und Größe veränderlichen Drehfeldes für die Erregung des Wellengenerators eine aufwendige Wechselrichteranlage benötigt wird.

Weiterhin ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1136 235), den Wellengenerator bei Schiffsbordnetzen als Gleichstrommaschine auszubilden. Mit Hilfe eines Gleichstrommotors, der einen Drehstromgenerator antreibt, wird das Bordnetz mit Drehstrom versorgt. Durch Steuerung der Erregung der Gleichstrommaschinen wird die Frequenz und durch Steuerung der Erregung des Drehstromgenerators wird die Spannung im Bordnetz konstant gehalten. Auch diese Wellengenerator-Anlage mit Kommutatormaschinen ist verhältnismäßig aufwendig. Außerdem erfordert diese Anlage einen großen Platzbedarf und ständige Wartung.

Bei Stromversorgungsanlagen für Schiffsbordnetze ist es auch bekannt (deutsche Auslegeschrift 1122147), als Wellengenerator eine Asynchronmaschine vorzusehen, die übersynchron betrieben wird. Die geforderte konstante Frequenz wird durch einen aus einem Gleichrichter und einem Gleichstrommotor bestehenden regelbaren Belastungskreis herbeigeführt. Die Sekundärwicklung der Asynchronmaschine speist den Gleichrichter, dem der Gleichstrommotor nachgeschaltet ist. Die der Sekundärwicklung entnommene Leistung wird vorzugsweise über eine an den Gleichstrommotor gekuppelte Synchronmaschine in das Netz zurückgeführt, wobei die Synchronmaschine gleichzeitig die für die Asynchronmaschine erforderliche Blindleistung liefert. Auch diese Anlage ist verhält-

Stromversorgungsanlage für ein
Wechselspannungsbordnetz auf Schiffen mit
Wellengenerator

Anmelder:

Licentia Patent-Verwaltungs-G. m. b. H.,

6000 Frankfurt 70, Theodor-Stern-Kai 1

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Werner Droste, 2000 Hamburg

nismäßig aufwendig und im übrigen auch nicht selbststartend. Das Bordnetz muß bereits stromführend sein, wenn die als Wellengenerator dienende Asyn-

ao chronmaschine eingeschaltet wird.

Ferner ist eine Wellengenerator-Anlage bekannt (deutsche Patentschrift 762134), bei der der Wellengenerator Drehstrom erzeugt, der gleichgerichtet und über einen selbstgeführten Wechselrichter wieder in

*5 Drehstrom verwandelt wird. Selbstgeführte Wechselrichter sind jedoch aufwendig und kompliziert, da Mittel zur Lieferung des Blindstromes und des Kommutierungsstromes vorgesehen sein müssen. Damit die Ausgangsspannung etwa sinusförmig wird, müssen außerdem Siebkreise vorgesehen sein. Schließlich ist es schwierig, Schutzmaßnahmen für den Kurzschluß zu treffen, da der selbstgeführte Wechselrichter keinen Kurzschlußmotor abgeben kann, der Sicherungen zum Abschmelzen bringt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Stromversorgungsanlage für ein Wechselspannungsbordnetz konstanter Frequenz auf Schiffen zu schaffen, bei der der Aufwand der bekannten Anlagen wesentlich verringert ist und die auch im Kurzschlußfall nicht ohne weiteres ausfällt und ohne ein stromführendes Bordnetz in Betrieb genommen werden kann. Die Aufgabe wird bei einer Stromversorgungsanlage der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Wechselrichter ein netzgeführter Wechselrichter vorgesehen ist, daß weiter eine Synchronmaschine vorgesehen ist, die bei Betrieb des Wellengenerators mit dem Ausgang des Wechselrichters und dem Bordnetz fest verbunden ist, daß ferner dem Wellengenerator eine Regeleinrichtung zugeordnet ist, die den Erregerstrom des Wellengenerators im Sinne konstanter Frequenz verstellt, und daß weiterhin der Synchronmaschine eine Regeleinrichtung zu-

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geordnet ist, die den Erregerstrom der Synchron- ein Kippen des Wechselrichters, weil die Spannung maschine im Sinne konstanter Bordnetzspannung ver- am Wechselrichterausgang nicht auf Null zurückgeht, stellt. Der Grund liegt darin, däß der Kurzschlußstrom der Die Spannung des Bordnetzes wird also unabhän- Synchronmaschine über die Drossel fließt und einen gig von seiner Belastung durch entsprechende Rege- 5 Spannungsabfall verursacht. Ferner werden durch die lung der Synchronmaschine konstant gehalten, und Netzdrossel Oberwellen des Wechselrichters vom zwar auch dann, wenn diese ohne Antrieb als Pha- Bordnetz ferngehalten. Lastabhängige" Spannungssenschieber leer mitläuft. Die Frequenz des Bord- Schwankungen im Bordnetz treten nicht auf, da der netzes wird über die Erregung des Wellengenerators Spannungsabfall an der Netzdrossel von der Regelbeeinflußt. Zum Beispiel hat eine Erhöhung des Stro- io einrichtung der Synchronmaschine mit ausgeregelt mes im Gleichstromzwischenkreis eine Erhöhung der wird.

Bordnetzfrequenz zur Folge, bedingt durch die Eigen- Die Netzdrossel kann auch mit einer Anzapfung schäften des netzgeführten Wechselrichters. Voraus- versehen sein, an die die Synchronmaschine angesetzung ist lediglich, daß Verbraucher vorhanden schlossen ist. Diese Maßnahme ist insofern vorteilsind, die beispielsweise bei Energie- bzw. Strom- 15 haft, als die Drossel als Transformator wirkt und bei erhöhung mit einer Frequenzerhöhung reagieren. Die- einem Kurzschluß im Bordnetz für eine höhere Spanser Fall ist hier allein schon durch die Synchron- nung am Ausgang des Wechselrichters sorgt, als das maschine, die am Ausgang des Wechselrichters liegt, bei einem direkten Anschluß der Synchronmaschine gegeben. am Wechselrichter der Fall ist. '. Die im Betrieb des Wellengenerafors fest mit dem ao In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird fer-Wechselrichterausgang und dem Bordnetz verbun- ner, vorgeschlagen, als Synchronmaschine einen meist dene Synchronmaschine erfüllt mehrere Funktionen. ohnehin vorhandenen Bordnetzgenerator zu verwen-Sie deckt einmal in bekannter Weise den Blindlei- den, der bei Betrieb des Wellengenerators von seiner, stungsbedarf des Bordnetzes und zum anderen den Hilfskraftmaschine abgekuppelt ist. Dann braucht die Bedarf an Kommutierungsströmen für den Wechsel- 35 Hilfskraftmaschine im Betrieb des Wellengenerators richter und stellt somit eine Kommutierungshilfe für nicht leer mitzudrehen.

den Wechselrichter dar. Außerdem stellt die Syn- Um die Stromversorgungsanlage in Betrieb nehchronmaschine für die Oberwellen des Wechselrich- men zu können, ohne daß ein genügend starkes Netz ters einen Siebkreis dar. zum Anlassen der Synchronmaschine zur Verfügung Die Hauptvorteile der erfindungsgemäßen Versor- 30 steht, ist die Synchronmaschine bei Inbetriebnahme gungsanlage bestehen darin, daß der Aufwand gegen- der Anlage vorübergehend direkt unter Überbrüküber bekannten Anlagen sehr gering ist und eine gute kung von Gleichrichter und Wechselrichter an den Regelbarkeit für Frequenz und Spannung des zu ver- Wellengenerator angeschlossen ist. Die Inbetriebsorgenden Bordnetzes bei beliebiger Frequenz des nähme erfolgt dann derart, daß die Synchronmaschine Wellengenerators gewährleistet ist. 35 asynchron hochläuft, wobei der Wechselrichter keine Die Leistungsabgabe des Wellengenerators ist Zündimpulse erhält. Nach erfolgtem Hochlauf und proportional der Differenzspannung zwischen der Erregung der Synchronmaschine wird die Überbrük-Spannung der Synchronmaschine und der Spannung kung dann wieder aufgehoben und der Wechselrichdes Wellengenerators. Der Bedarf an Blindstrom und ter mit Zündimpulsen versorgt.
Kommutierungsströmen des Wechselrichters ist da- 40 In den Zeichnungen ist ein Ausführ'ungsbeispiel bei proportional der Leistungsübergabe des Wellen- der Erfindung dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Prinzipgenerators. Steigt nun die Leistungsübergabe durch schaltbild der erfindungsgemäßen Stromversorgungseme äußere Störung dynamisch an, so sinkt die Span- anlage. F i g. 2 zeigt eine zweckmäßige Weiterbildung nung am Ausgang des Wechselrichters, weil die Syn- für den Anschluß der Synchronmaschine,
chronmaschine erhöhte Blindleistung abgeben muß. 45 Ein Wellengenerator 10 (Fig. 1) mit einer Erreger-Würde nun die Spannung am Gleichrichtereingang wicklung 11 und einer Ankerwicklung 12, der von dynamisch aufrechterhalten, würde die Differenzspan- einer Schiffspropellerwelle 13 angetrieben wird, speist nung vergrößert und damit die Leistungsübergabe einen ungesteuerten Gleichrichter 14. Dem Gleichweiter erhöht werden. Die Anlage wäre also instabil; richter 14 ist ein netzgeführter Wechselrichter 15 der Strom steigt über alle Grenzen an. Deshalb sind 50 nachgeschaltet, der in ein Bordnetz 16 speist. Am die Synchronmaschine und/oder der Wellengenerator Ausgang des Wechselrichters 15 liegt ferner eine Synin ihren Reaktanzen so ausgelegt, daß der Stoßkurz- chronmaschine 17 als Bordnetzgenerator, die über schlußstrom hinter dem ungesteuerten Gleichrichter eine schaltbare Kupplung 18 an ein Dieselaggregat 19 kleiner ist als der Stoßkurzschlußstrom der Synchron- angekuppelt ist.

maschine. Der Wellengenerator hat danach ein dyna- 55 Ein Soll-Ist-Wertvergleich 20 einer Regeleinrich_:

misches Verhalten, bei dem seine Spannung bei einem tung für die Synchronmaschine 17 vergleicht die

Stromanstieg in stärkerem Maße sinkt, als das bei der Spannung des Bordnetzes 16 mit einer vorgegebenen

Synchronmaschine der Fall ist. Dieses dynamische Sollspannung. Die Regelabweichung wird auf einen

Verhalten des Wellengenerators wird z. B. erreicht, Regelverstärker 21 gegeben, an den die Erreger-

indem ihm eine verhältnismäßig große Stoßkurz- 60 wicklung 22 der Synchronmaschine 17 angeschlos-

schlußreaktanz verliehen wird. Deshalb ist in Wei- sen ist. Die Synchronmaschine 17 hält somit die

terbildung der Erfindung als Wellengenerator eine Bordnetzspannung konstant.

Synchronmaschine ohne Dämpferwicklung vorge- Eine weitere Regeleinrichtung für den Wellensehen, generator 10 mit einem Soll-Ist-Wertvergleich 27 und In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird 65 einem Regelverstärker 28 dient zur Regelung der vorgeschlagen, daß zwischen dem Bordnetzgenerator Bordnetzfrequenz. Am Ausgang des Regelverstärkers und dem Bordnetz eine Netzdrossel geschaltet ist. Bei 28 liegt die Erregerwicklung 11 des Wellengene-Kurzschluß im Bordnetz verhindert diese Netzdrossel rators 10.

Zwischen der Synchronmaschine 17 und dem Bordnetz 16 ist eine Netzdrossel 23 geschaltet. Sie verhindert ein Kippen des Wechselrichters, weil die Spannung im Kurzschlußfall am Wechselrichterausgang nicht auf Null zurückgeht. Ferner werden durch die Netzdrossel 23 Oberwellen des Wechselrichters 15 vom Bordnetz 16 ferngehalten. Damit keine lastabhängigen Spannungsschwankungen im Bordnetz 16 auftreten, wird der Spannungsabfall an der Netzdrossel 23 von der Regeleinrichtung der Synchronmaschine 17 mit ausgeregelt.

Bei abgeschaltetem Wellengenerator 10 wird die Netzdrossel 23 durch einen Schalter 24 überbrückt. Damit werden vorübergehende Spannungsabfälle bei Einschalten von Verbrauchern verkleinert.

In Fig. 2 ist die Netzdrossel mit 26 bezeichnet und mit einer Anzapfung versehen, an die die Synchronmaschine 17 angeschlossen ist. Diese Maßnahme ist aus dem Grunde getroffen, weil die Drossel 26 als Transformator wirkt und bei einem Kurz- ao Schluß im Bordnetz 16 für eine höhere Spannung am Ausgang des Wechselrichters sorgt als das bei direktem Anschluß der Synchronmaschine 17 an den Wechselrichter 15 der Fall wäre. Der Synchronmaschine 17 ist zusätzlich ein Kondensator 25 par- as allel geschaltet, der bewirkt, daß die Synchronmaschine 17 insgesamt kleiner ausgelegt werden kann. Der Kondensator 25 übernimmt hinsichtlich der Blindleistungsdeckung und Oberwellenbeseitigung zum Teil die Funktionen der Synchronmaschine 17.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Stromversorgungsanlage für ein Wechselspannungsbordnetz konstanter Frequenz auf Schiffen, mit einem mit stark veränderlicher Drehzahl angetriebenen Synchrongenerator als Wellengenerator, dem ein ungesteuerter Gleichrichter und ein Wechselrichter nachgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Wechselrichter ein netzgeführter Wechselrichter (15) vorgesehen ist, daß weiter eine Synchronmaschine (17) vorgesehen ist, die bei Betrieb des Wellengenerators (10) mit dem Ausgang des Wechselrichters (15) und dem Bordnetz (16) fest verbunden ist, daß ferner dem Wellengenerator (10) eine Regeleinrichtung (27, 28) zugeordnet ist, die den Erregerstrom des Wellengenerators (10) im Sinne konstanter Frequenz verstellt, und daß weiterhin der Synchronmaschine (17) eine Regeleinrichtung (20, 21) zugeordnet ist, die den Erregerstrom der Synchronmaschine (17) im Sinne konstanter Bordnetzspannung verstellt.

2. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Synchronmaschine (17) und/oder Wellengenerator (10) in ihren Reaktanzen so ausgelegt sind, daß der Stoßkurzschlußstrom hinter dem ungesteuerten Gleichrichter (14) kleiner ist als der Stoßkurzschlußstrom der Synchronmaschine (17).

3. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Wellengenerator (10) ein Synchrongenerator ohne Dämpferwicklung vorgesehen ist.

4. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Synchronmaschine (17) und dem Bordnetz (16) eine Netzdrossel (23, 26) geschaltet ist.

5. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Netzdrossel (26) mit einer Anzapfung versehen ist, an die die Synchronmaschine (17) angeschlossen ist.

6. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Synchronmaschine (17) ein Bordnetzgenerator dient, der bei Betrieb des Wellengenerators (10) von seiner Hilfskraftmaschine (19) abgekuppelt ist.

7. Stromversorgungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Inbetriebnahme der Anlage die Synchronmaschine (17) vorübergehend direkt unter Überbrückung von Gleichrichter (14) und Wechselrichter (15) an den Wellengenerator (10) angeschlossen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 762 134;
deutsche Auslegeschriften Nr. 1122 147,
235;
Zeitschrift »Hansa«, 103 (1966), S. 797.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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