DE2237399C3 - Schaltungsanordnung zum Regeln einer dieselelektrischen Fahranlage auf Schiffen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Regeln einer dieselelektrischen Fahranlage auf Schiffen mit mindestens einem Synchrongenerator als Fahrgenerator, der über ungesteuerte Halbleitergleich-Hehler mindestens einen fremderregten Gleichstromfahrmotor als Antrieb für den Propeller speist, wobei den Erregerwicklungen sowohl des Generators als auch des Fahrmotors Stellglieder mit kontinuierlich verstellbarer Ausgansspannung zugeordnet sind, mit einer auf die Erregerwicklung des Fahrmotors wirkenden Drehzahlregelung. Eine solche Schaltungsanordnung ist bekannt aus der DT-OS 16 13 243.

Bei über Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotoren, die beispielsweise in einen Konstantstromkreis betrieben werden, besteht ein Nachteil darin, daß im Generatorbetrieb während eines Bremsvorganges grundsätzlich keine Leistung über den Gleichrichter ins Netz zurückfließt. Es ist allgemein bekannt, parallel zum Anker des Gleichstrommotors einen ohmschen Widerstand zur Aufnahme der Bremsleistung zu schalten. Auf diese Weise ist es jedoch nicht möglich, mit vollem Drehmoment bis zu ganz kleinen Drehzahlen herunterzubremsen, da bei niedrigen Drehzahlen nicht mehr genügend hoher Strom durch den parallelgeschalteten Widerstand getrieben wird.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, in den Konstantstromkreis einen Widerstand zu schalten, der im Normalbetrieb überbrückt ist, der jedoch eingeschaltet ist, wenn der Gleichstrommotor generatorisch Leistung in den Konstantstromkreis einspeist (DT-OS 14 88 569).

Ferner ist in der DT-OS 16 13 243 vorgeschlagen worden, zur Einsparung dieser Bremswiderstände Gleichrichter und Gleichstrommotor etwa für kurzzeitigen doppelten Nennstrom auszulegen und eine zusätzliche Regeleinrichtung für den Gleichstrommotor vorzusehen, die bei Vorgabe eines Drehzahl-Sollwertes kleiner als ein vorgegebener Grenzwert die Feldregelung des Gleichstron» "notors so beeinfluß, daß etwa der doppelte Nennstrom nicht überschritten wird, und die bei Vorgabe eines Drehzahl-Sollwertes größer als der vorgegebene Grenzwert die Feldregelung so beeinflußt, daß etwa der Nennstrom nicht überschritten wird.

Schließlich ist es aus der Zeischrift »Marine Technology« Juli 1971, S. 361 bis 390, insbesondere S. 372, rechte Spalte, Abschnitt »Control System Features« bis S. 377 und Figur 28 auf S. 379 bekannt, die Drehzahl eines Fahrmotors in konventioneller Weise mit Hilfe der geregelten Ausgangsspannung einer Synchronmaschine zu verstellen (Spannungsregelung). Der Fahrmotor ist in »Voraus«- und.'-Zurückw-Richtung konstant erregt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist darin zu sehen, eine Fahranlage der eingangs geschilderten Art so zu regeln, daß eine an den jeweiligen Betriebszustand kontinuierlich und optimal angepaßte Drehzahl und das jeweils erforderliche Motormoment gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Regelung des Erregerstromes des Fahrmotors, welche der Drehzahlregelung des Fahrmotors direkt unterlagen ist, und durch eine Fahrstromregelung des Fahrgenerators über dessen Erregerwicklung, wobei der Ist-Wert des Motorerregerstromes der Fahrstromr^gelung des Fahrgenerators als Soll-Wert im Sinne einer Folgeregelung vorgegeben ist und wobei der Fahrstromregelung des Fahrgenerators eine Leistungsregelung unterlagert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen erläutert.

Ein wesentlicher Vorteil der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist eine den Erfordernissen des Fährbetriebes ideal angepaßte Dynamik aller beteiligten Regelkreise. Diese Tatsache ist durch die folgenden Merkmale begründet:

Die Drehzahlregelung ermöglicht es, die Motordrehzahl beim gewünschten Wechsel der Betriebspunkte kontinuierlich zu verstellen. Auf Grund des einstellbaren Zeitverhaltens der Drehzahlregelung werden die Werte der Drehzahl mit der aus der Praxis des Fahrbetriebes

erforderliehen Änderungsgeschwindigkeii variiert. Dabei läuft die Drehzahl ohne jedes Überschwingen in die jeweiligen Endwerte ein.

Der Strom im Ankerkreis der Fahrmotoren kann sich nicht sprungartig ändern, da die Sollwerte des Fahrstromes durch die Erregerkreis-Zeitkonstante des Fahrmotors integriert vorgegeben werden.

Die Stromanstiegsgeschwindigkeit des Fahrmotor-Erregerstromes kann durch die Höhe der Erregerdekkenspannung in gewissen Grenzen frei gewählt werden.

Ferner entspricht die Schaltungsanordnung im besonderen Maße den Anforderungen des Schiffsbetriebes nach Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit. Sie garantiert daher eine hohe Verfügbarkeit der zum Fahrbetrieb gehörenden Einrichtungen. Die Gründe hierfür sind, daß die Drehzahl und die wichtigsten elektrischen Größen durch die Sollwert-Begrenzungen im Eingang der zugeordneten Regler bei allen Betriebszuständen in den gewünschten Grenzen gehalten werden; durch die Leistungsregelung wird die Fahrleistung gleichmäßig auf die beteiligten Fahrgeneratoren aufgeteilt.

Den Forderungen nach Sicherheit und Zuverlässigkeit kommt ferner entgegen, daß die Motordrehzahl wegen der Drehzahlregelung im Bereich sicherer Grenzen bleibt, wenn der Propeller aus dem Wasser frei kommt.

Eine weitere wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist ferner, daß mit ihrer Hilfe bei Reihenschaltung der Fahrmotoren in einem gemeinsamen Fahrkreis jede Gruppe der Fahrmotoren selbständig monövriert werden kann. Dabei richtet sich der allen Fahrmotoren gemeinsame Ankerstrom in seiner Höhe stets nach dem höchsten abverlangten Moment.

Das Regelprinzip ist so strukturiert, daß im Stillstand das volle Motormoment zur Verfügung steht. Dies gilt selbstverständlich auch im Bereich kleiner Drehzahlen. Diese Eigenschaft ist insbesondere bei eisbrechenden Schiffen vor hohem Wert.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen weitere Erläuterungen gegeben werden.

Die diesel-eleklrische Fahranlage gemäß der Erfindung ist beispielsweise für ein Schiff mit den beiden Antriebssctirauben 1 und 2 bestimmt. Jeder Antriebsschraube sind zwei Gleichstromfahrmotoren 3 und 4 zugeordnet. Die Gleichstromfahrmotoren sind in Reihe geschaltet. In der linken Hälfte der Figur sind die Elemente der Regeleinrichtung dargestellt, die die Erregerwicklungen 15 der Fahrmotoren 3 und 4 beeinflussen. Die Regler der Backbord- und Steuerbordantriebsgruppe sind untereinander gleich.

Im rechten Teil der Figur sind die Elemente der Regeleinrichtung zusammengefaßt, die auf die Erregerwicklung 28 des Fahrgenerators 5 wirken. Diese Einrichtungen sind bei allen Fahrgeneratoren gleichartig aufgebaut.

Einem Drehzahlregler 6 wird von einem Drehzahl-Sollwert-Geber 7 der jeweilige Sollwert zugeführt. Der Drehzahl-Istwert der Fahrmotoren 3 und 4 wird mit Hilfe von Tachogeneratoren 8 ermittelt und gelangt ebenfalls an den Drehzahlregler 6. Auf dem Eingang des Drehzahlreglers 6 werden Soll- und Istwert der Drehzahl miteinander verglichen. Die Differenz dieser beiden Signale ist ein Maß für das erforderliche Drehmoment der Fahrmotoren 3 und 4. Da das Motormoment durch die Multiplikation von Erregerfluß und Ankerstrom im Fahrmotor selbst erzeugt wird, muß

s die Drehzahlabweichung sowohl den Erregerfluß als auch den Ankerstrom des Fahrmotors beeinflussen. Aus diesem Grund ist die Erregerstromregelung im Erregerstromregler 9 des Fahrmotors der Drehzahlregelung direkt unterlagen. Auf einen Eingang des Erregerstromreglers 9 wird der mit dem Wandler 14 in der Erregerwicklung 15 gemessene Strom als Istwertsignal gegeben. Das Ausgangssignal des Erregerstrornreglers 9 beeinflußt über ein Zündgerät 16 und einen Erregerstromrichter 17 mit antiparaliel geschalteten Thyristoren unmittelbar den Erregerfluß der Fahrmotoren 3 und 4.

Der Fahrstrom wird mit Hilfe des Erregerflusses des Fahrgenerators 5 verstellt. Dabei entspricht der Sollwert des Fahrstromes dem Wert des tatsächlich fließenden Erregerstromes des Fahrmotors. Das über den Stromwandler 14 abgenommene Frregerstromsignal wird daher über einen Gleichrichter 18 einem Fahrstromregler 19 ais Sollwert zugeführt. Über einen weiteren Stromwandler 20 gelangt der Fahrstroin-Istwert auf den Fahrstromregler 19. Die im Fahrstromregler 19 ermittelte Regelabweichung gelangt über eine Ausgleichsleitung 21 für den Leistungsollwert und einen Maximalwertbegrenzer 22 für den Steuereingriff zur Justierung der maximalen Fahrgenerstorleistung auf den dem Fahrstromregler 19 unterlagerten Leistungsregler 23. Diese Einrichtung ermöglicht es, die Fahrleistung gleichmäßig auf alle Fahrgeneratoren zu verteilen. Ferner kann durch die Sollwertbegrenzung im Maximalwertbegrenzer 22 die maximale Leistung eines Generators begrenzt werden. Diese Möglichkeit wird als Chief-Begrenzung bezeichnet.

Auf den Leistungsregler 23 wird sowohl die Spannung des Fahrgenerators 5 über einen Begrenzer 24 ah auch seine Leistung, die im Multiplikator 25 erfaßt wird, gegeben. Das Ausgangssignal des Leistungsreglers 23 wiri-t über das Zündgerät 26 und den Erregerstromrichter 27 auf die Erregerwicklung 28 des Fahrgenerators ein.

Beim Umsteuermanöver begrenzt der Erregerstromregler 9 den Kurzschlußstrom im Fahrkreis auf den zulässigen Maximalwert. Zu diesem Zweck wird der Ankerstrom in den Fahrmotoren über die Stromwandler 10 und 11 abgenommen, im Gleichrichter 12 gleichgerichtet und auf den Regler 9 gegeben.

Während der Rückleistungsphase beim Umsteuern des Propellers kann der Fahrstrom durch den Fahrgenerator nicht mehr beeinflußt werden, da dieser durch den über seinen Ausgangsgleichrichter fließenden Fahrstrom kurzgeschlossen ist.

In diesem Zeitratini wird der Generator entregt und der Strom im Fahrkreis durch den Erregerstromregler 9 und die Schwellwertstufe 12, 13 auf einen gewünschten Wert begrenzt.

Schließlich soll noch erwähnt werden, daß eine Automationseinrichtung vorhanden ist, die beim Umsteuern den Erregerstrom-Sollwert des Fahrmotors in Abhängigkeit vom Drehzahl-Sollwert sperrt, und beim Erreichen einer bestimmten Motordrehzahl wieder freigibt. Die Sperrung kann auch zeitabhängig aufgehoben werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Regeln einer dieselelektrischen Fahranlage auf Schiffen mit mindestens einem Synchrongenerator als Fahrgenerator, der s über ungesteuerte Halbleitergleichrichter mindestens einen fremderregten Gleichstromfahrmotor als Antrieb für den Propeller speist, wobei den Erregerwicklungen sowohl des Generators als auch des Fahrmotors Stellglieder mit kontinuierlich verstellbarer Ausgangsspannung zugeordnet sind, mit einer auf die Erregerwicklung des Fahrmotors wirkenden Drehzahlregelung, gekennzeichnet durch eine Regelung des Erregerstromes (9, 14 bis 17) des Fahrmotors (3, 4), welche der Drehzahlregelung des Fahrmotors direkt unterlagen ist, und durch eine Fahrstromregelung des Fahrgenerators (5) über dessen Erregerwicklung (28), wobei der Ist-Wert des Motorerregerstrcmes der Fahrstromregelung des Fahrgenerators (5) als Soll-Wert rr Sinne einer Folgeregelung vorgegeben ist und wobei der Fahrstromregelung des Fahrgenerators (5) eine Leistungsregelung (23,25) unterlagert ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, mit mehreren Fahrgeneratoren und Gruppen von Fahrmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Fahrgeneratoren (5) ein Leistungsregler (23), jeder Gruppe von Fahrmotoren (3,4) ein Drehzahlregler (6) mit unterlagertem Motorerregerstromregler (9) zugeordnet ist und daß die Soll-Werte für die Leistungsregler (23) aller Fahrgeneratoren (5) durch das gemeinsame AusgangssigruJ des Fahrstromreglers (19) der Fahrgenera;oren (5) gebildet werden, wobei der Fahrstromregltr(19) c ;n Soll-Wert durch eine Maximalauswahl aus den Ist-Werten der Motorerregerströme erhält.

3. Anordnung nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen Maximalwertbegrenzer (22) für den Sollwert der Generatorleisiung.

4.Schaltungsanordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß beim Bremsvorgang der im Fahrkreis getriebene Kurzschlußstrom durch ein aus dem Fahrstrom abgeleitetes Störgrößensignal (13), das auf den Erregerstromregler (9) des Fahrmotors (3,4) wirkt, begrenzt wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch I. gekennzeichnet durch eine Automationseinrichtung, die beim Umsteuern des Propellers den Motorerregerstrom nach dem Nulldurchgang sperrt und die Sperrung zeitabhängig oder bei Unterschreiten einer vorgegebenen Motordrehzahl wieder aufhebt.