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Wellengeneratoranlage mit Gleichstromzwischenkreis,
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insbesondere für Schiffe Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellengeneratoranlage,
insbesondere für Schiffe, bei der'ein von einer Hauptmaschine mit veränderlicher
Drehzahl angetriebener Wechselstromwellengenerator über einen Umrichter ein Wechselspannungs-Bordnetz
mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung speist und der Umrichter aus einem
Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem Wechselrichter besteht,
dem ein Synchron-Phasenschieber mit einstellbarer Erregung zugeordnet ist.
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Als Wellengeneratoranlage dient bei bekannten Ausführungen eine Anordnung,
bei der ein Wechselstromwellengenerator mechanisch mit einer Hauptantriebsmaschine
(Dieselmotor) gekuppelt ist, deren Drehzahl veränderbar ist. Die vom Wechselstromwellengenerator
abgegebene Energie variabler Frequenz und Spannung wird über einen Gleichrichter
gleichgerichtet-und über einen Gleichstromzwischenkreis einem getrennt erregten
Wechselrichter zugeführt, dem ein Synchron-Phasenschieber als getrennt erregende
Speisequelle zugeordnet ist. Der Wechselrichter formt die gleichgespannte Energie
variabler Größe in Wechselspannungsenergie. konstanter Frequenz und konstanter Spannung
um, die dann den Wechselspannungs-Sammelschienen eines Bordnetzes zugeführt wird.
Der Wechselstromwellengenerator und der Synchron-Phasenschieber sind jeweils mit
einer Erregeranordnung ausgerüstet.
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Die Blindleistung, die für das Kommutieren in dem getrennt erregten
Wechselrichter erforderlich ist, wird von dem Synchron-Phasenschieber geliefert,
während die Wirkleistung Uber den Wechselrichter den Sammelschienen des Bordnetzes
zugeführt wird. Dabei kann die Wirkleistungsabgabe des Wellengenerators durch Einstellen
des Erregerstromes des Wechselstromgenerators eingeregelt werden.
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Wellengeneratoranlagen haben den Vorteil, daß Kraftstoff für das Antriebssystem
eingespart werden kann und daß verschiedene Verbraucher über die Wellengeneratoraniage
mit konstanter Wechselspannung und konstanter Frequenz gespeist werden können. Es
ist jedoch erforderlich, die Wellengeneratoranlage sofort außer Betrieb zu setzen,
wenn eine untere Drehzahl unterschritten wird oder die Hauptantriebswelle angehalten
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellengeneratoranlage
derart auszubilden, daß eine größere Verfügbarkeit gegeben ist und sie auch bei
Unterschreiten einer unteren Drehzahlgrenze zur Energiewandlung eingesetzt werden
kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an den Gleichstromzwischenkreiß
eine Last in Form einer elektrischen Maschine anschließbar ist.
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Auf diese Weise kann die Wellengeneratoranlage nicht nur zur Speisung
eines Wechselspannungs-Bordnetzes mit konstanter Frequenz und Spannung, sondern
auch für die Speisung einer Last mit veränderbarer Gleichspannung eingesetzt werden.
Dabei ist es möglich, unter Verwendung weniger Schaltelemente von einer Betriebsart
auf die andere überzugehen, wenn z.B. die Speisung einer Gleichstromlast der Erzeugung
einer Wechselspannung mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung vorgezogen
werden
soll. Dabei ist die Anordnung derart getroffen, daß bei Benutzung des Umrichters
die Energie für die Gleichstromlast entweder vom Wechselstromgenerator oder vom
Bordnetz aus eingespeist werden kann Es kann auch eine Vielzahl von Gleichspannungslasteri
über die Wellengeneratoranlage versorgt werden, wobei die einzelnen Gleichspannungslasten
hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment getrennt voneinander gesteuert werden können.
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Derartige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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In der Zeichnung sind Ausführungabeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Darin zeigt: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Wellengeneratoranlage,
bei der der Gleichstromzwischenkreis als Gleichstromgenerator für eine Antriebsmaschine
dient, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung des Gleichstromgenerators und Fig. 3 ein
Blockschaltbild mit wesentlichen Teilern eines anderen Ausführungsbeispiels des
Gleichstromgenerators.
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In Fig. 1 ist ein Wechselstromwellengenerator 12 mechanisch mit. einer
Hauptantriebsmaschine 10 gekuppelt, deren Drehzahl variabel ist. Die vom Wechselstromwellengenerator
12 abgegebene Energie wird über Gleichrichter 14 gleichgerichtet und über einen
Gleichstromzwischenkreis 16 einem getrennt erregten Wechselrichter 18 zugeführt.
Ein Synchron-Phasenschieber 20 dient als getrennt erregende Speisequelle für den
getrennt erregten Wechselrichter 18, der die gleichgespannte Energie in Wechselspannungsenergie
umrichtet, die dann den Wechselspannungs
-Sammelschienen 24 eines
Bordnetzes über einen Schalter 22 zugeführt wird. Mit 26 und 28 sind eine Erregerwicklung
bzw. eine Erregeranordnung für den Wechselspannungswellengenerator 12 bezeichnet
und mit 30 und 32 eine Erregerwicklung bzw. Erregeranordnung für den Synchron-Phasenschieber
20.
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Blindleistung, die zum Kommutieren in dem getrennt erregten Wechselrichter
18 erforderlich ist, wird vom Synchron-Phasenschieber 20 in die Wechselspannungs-Sammelschienen
24 eingespeist, während Wirkleistung Uber den Wechselrichter 18 den Wechselspannungs-Sammelschienen
24 zugeführt wird. Die Wirkleistungsabgabe der Wellengeneratoranlage kann dabei
durch Veränderung des Erregerstromes des Wechselstromwellengenerators 12 eingeregelt
werden. Dabei wird trotz variabler Drehzahl des Wechselstromwellengenerators 12
eine konstante Frequenz bei konstanter Spannung erreicht.
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Durch Abtrennen des Wechselstromwellengenerators 12 vom Gleichrichter
14, Anschalten der -Eingangsklemmen des Gleichrichters 14 an die Wechselspannungs-Sammelschienen
24 des Bordnetzes und Anschalten einer als elektrische Maschine mit einstellbarer
Geschwindigkeit ausgebildeten Last an den Gleichstromzwischenkreis 1.6, wird es
möglich, Wechselspannungsenergie von den Wechselspannungs-Sammelschienen 24 des
Bordnetzes in Gleichspannungsenergie über den Gleichrichter 14 und oder den Wechselrichter
18 umzurichten und die Gleichspannungslast mit der auf diese Weise erhaltenen Gleichspannungsenergie
zu speisen oder aber auch Gleichspannungsenergie von der Gleichspannungslast zurückzugewinnen.
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Die Gleichspannungslast 40 wird über einen Schalter 38 mit dem Gleichstromzwischenkreis
16 verbunden.
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In der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist angenommen, daß die Wechselspannungs-Sammelschienen
24 des Bordnetzes von einer zusätzlichen Energiequelle (Bordgenerator) gespeist
werden.
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Ist der Schalter 34 geöffnet, so kann der Wechselstromwellengenerator
12 keine Energie an den Umrichter liefern. In diesem Fall wird Energie von den-Wechselapannungs-Sammelschienen
24 des Bordnetzes über die Schalter 36 bzw.. 22 eingespeist und über den Gleichrichter
14 und/oder den Wechselrichter 18 umgerichtet. Im Gleichstromzwischenkreis, der
den Gleichrichter 14 und den Wechselrichter 18 verbindet, steht somit eine vorgegebene
Gleichspannungsenergie zur Verfügung, so daß die als elektrische Maschine ausgebildete-Gleichspannungslast
40 angetrieben wird, wenn der Schalter 38 geschlossen ist. Es ist also möglich,
Gleichspannungs energie an die Gleichspannungslast 40 (Verbraucher) zu liefern oder
von der Gleichspannungslaßt 40 (als' Generator) Gleichspannungsenergie zurückzuspeisen,
indem die Eingangsklemmen des Gleichrichters 14 unmittelbar über den Schalter 36
- wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist - mit den Wechselspannungs-Sammelschienen
24 des Bordnetzes verbunden werden, und/oder eine Verbindung zum Ausgang des Wechselrichters
18 über den Schalter 22 hergestellt wird. Der Synchron-Phasenschieber 20 dient dabei
als Blindleistungsmaschine für den als Stromrichter dienenden Gleichrichter 14 und
den als Stromrichter arbeitenden Wechselrichter 18, wobei Spannungsschwankungen
und Störungen in der Wellenform der Wechselspannungsenergie der Sammelschienen 24
verbessert werden.
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Die Wellengeneratoranlage kann ein- oder mehrphasig ausgebildet sein.
Im Falle einer dreiphasigen Einspeisung (Fig. 2) ermöglicht es eine Thyristor-Vorwärts-Stromrichter-Brückenschaltung
des Gleichrichters 14 in
einfacher Weise eine veränderbare Gleichspannungsenergie
im Gleichspannungskreis 16 zu erzeugen. Die Antriebsschaltung ähnelt einem Gegen-Parallel-BrUckenkreis
in einer Thyristor-Leonardschaltung, die eine Vier-Quadrantensteuerung eines Gleichstrommotors
ermöglicht.
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Gemäß Fig. 3 sind mehrere als elektrische Maschinen ausgebildete Gleichspannungslasten
40 vorgesehen, von denen jede getrennt angetrieben wird. Es ist eine Vielzahl von
Umrichtern vorhanden, von denen jeder in Reihenschaltung einen Gleichrichter 14,
14', einen Gleichstromzwischenkreis 16, 16 und einen Wechselrichter 18, 18' enthält.
Die Zweige sind einander parallel geschaltet und an einem Hauptkreis angeschlossen.
Die Gleichspannungslasten 40, 40' sind jeweils mit den Gleichstromzwischenkreisen
16, 16' verbunden und zwar über Schalter 38 bzw. 38'. Auf diese Weise wird es möglich,
jede Last 40 bzw. 40' unabhängig voneinander in ihrer Drehzahl zu steuern.
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Das Schaltungsprinzip kann dahingehend abgewandelt werden, daß der
Schalter 22 (Fig. 1) geöffnet wird, um die Verbindung mit den Wechselspannungs-Sammelschienen
24 des Bordnetzes zu unterbrechen, wobei die Schalter 34, 36 geschlossen werden
um den Gleichrichter 14 bzw. den Wechselrichter 18 mit Energie des Wechselspannungswellengenerators
12 zu versorgen und auf diese Weise die Wechselspannungsenergie in Gleichspannungsenergie
umzurichten, und so die Gleichspannungslast 40 anzutreiben. Es ist ferner möglich,
den Schalter 36 zu öffnen, während die Schalter 34, 22 geschlossen werden, so daß
die Wechselspannungsenergie, die vom Wechselspannungsgenerator 12 und den Sammelschienen
24 des Bordnetzes stammt,an den Gleichrichter 14 und den Wechselrichter 18 gegeben
werden, um sie in Gleichspannungsenergie zum Speisen der Last 40 umzuwandeln.
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In den gezeigten Ausführungsbeispielen besitzt der Umrichter zum Erzeugen
der veränderbaren Gleichspannungsenergie eine Schaltungsanordnung mit einem Gleichrichter
(Vorwärts-Stromrichter) 14, einen Gleichstromzwischenkreis 16, einen getrennt erregten
Wechselrichter 18 und einen Synchron-Phasenschieber 20, der als getrennt erregende
Speisequelle für den Wechselrichter 18 dient. Der gezeigte Generator ist aber nicht
beschränkt auf eine solche Anordnung. Zum Beispiel kann eine Anordnung mit einem
Vorwärts-Stromrichter, einem selbsterregten Umkehr-Stromrichter und einem dazwischen
angeordneten Gleichstromzwischenkreis verwendet werden.
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Wie bereits beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung denn,
wenn ein Wellengenerator auf einer Hauptantriebswelle zum Antrieb eines Schiffes
oder dergleichen verwendet wird, die Wellengeneratoranlage darüberhinaus als variabler
Gleichspannungsgenerator gerade auch dann verwendet werden, wenn der Hauptantrieb
mit kleiner Drehzahl gefahren wird oder ausf;ållt so daß besondere Energieversorgungseinrichtungen
auf dem Schiff eingespart werden können und ein steuerbarer Betrieb verschiedener
Antriebe auf dem Schiff ermöglicht wird. Besondere Vorteile bringt der vorliegende
Generator bei sehr kleiner Schiffsgeschwindigkeit oder im Schiffsstillstand für
eine große Zahl von Schiffsantrieben wie z.B. Trawlerwindenantriebe in einem Trawler,
belastete ölpumpen in einem Tanker, Bugstrablruderantriebe während eines Manövers
in einem Hafen oder Antriebe für Abgasturbolader für Automobile. Das vorliegende
System kann auch dann angewendet werden, wenn der Wechselstromwellengenerator außer
Betrieb ist und es kann auf einfache Weise eine Geschwindigkeitssteuerung für jede
Last vorgenommen werden, was die Kosten des gesamten Systems herabsetzt und auch
zu einer gesteigerten Verfügbarkeit gegenüber den bekannten Wellengeneratoranlagen
führt.
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen AusfUhrungen beschränkt,
sondern kann auch in.anderen Abwandlungen ausgeführt werden.
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3 Figuren 6 Patentansprüche
BezuRszeichenliste 10
mit variabler Geschwindigkeit arbeitende Hauptantriebsmaschine 12 Wechselstromwellengenerator
14 Gleichrichter 16 Gleichstremzwischenkreis 18 Wechselrichter 20 Synchron-Phasenschieber
22 Schalter 24 Wechselspannungs-Sammelschienen 26 Erregerwicklung 28 Erregeranordnung
30 Erregerwicklung 32 Erregeranordnung 34, 36, 38 Schalter 40 Gleichspannungslast