DE3602160A1 - Shaft generator system having a DC intermediate circuit, especially for ships - Google Patents

Shaft generator system having a DC intermediate circuit, especially for ships

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Abstract

A shaft alternator (1) which is driven at a variable rotation speed by an internal-combustion engine (10) supplies, via a convertor (2, 3, 4) an AC voltage on-board power supply network (8) at a constant frequency and a constant voltage. The energy for increased excitation of the shaft alternator (1) is taken from the on-board power supply network via an uncontrolled rectifier (11). For the operating excitation of the shaft alternator (1), the energy is provided via a controller (13) from the DC intermediate circuit (3), or directly from the shaft alternator (1). This considerably improves the efficiency of the system. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellengeneratoranla­ ge, insbesondere für Schiffe, bei der ein von einer Haupt­ maschine mit veränderlicher Drehzahl angetriebener Wech­ selstromwellengenerator über einen Umrichter ein Wechsel­ spannungs-Bordnetz mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung speist und der Umrichter aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem Wechselrichter besteht, dem eine Blindleistungsmaschine mit einstellba­ rer Erregung zugeordnet ist, wobei zwischen Umrichter und Wechselspannungs-Bordnetz eine Netzdrossel angeord­ net ist und die Erregerwicklung des Wellengenerators über einen weiteren Gleichrichter und einen Transformator mit dem Wechselspannungs-Bordnetz verbunden ist.The invention relates to a wave generator system ge, especially for ships in which one of a main machine with variable speed driven change alternating current wave generator via a converter voltage electrical system with constant frequency and constant Feeds voltage and the converter from a rectifier, a DC link and an inverter consists of a reactive power machine with adjustable rer excitation is assigned, between converter and AC vehicle electrical system arranged a line reactor is net and the excitation winding of the wave generator another rectifier and a transformer with the AC vehicle electrical system is connected.

Als Wellengeneratoranlage dient bei bekannten Ausfüh­ rungen eine Anordnung, bei der ein Wechselstromwellenge­ nerator mechanisch mit einer Hauptantriebsmaschine (Die­ selmotor) gekuppelt ist, deren Drehzahl veränderbar ist. Die vom Wechselstromwellengenerator abgegebene Energie variabler Frequenz und Spannung wird über einen Gleich­ richter gleichgerichtet und über einen Gleichstromzwi­ schenkreis einem Wechselrichter zugeführt, dem eine Blindleistungsmaschine zugeordnet ist. Der Wechselrich­ ter formt die gleichgespannte Energie variabler Größe in Wechselspannungsenergie konstanter Frequenz und kon­ stanter Spannung um, die dann den Wechselspannungs-Sam­ melschienen eines Bordnetzes zugeführt wird. Der Wech­ selstromwellengenerator und die Blindleistungsmaschine sind jeweils mit einer Erregeranordnung ausgerüstet, wo­ bei die gesamte elektrische Energie für die Erregung des Wellengenerators von den Wechselspannungs-Sammelschienen des Bordnetzes bezogen wird (NEW SHIPS/Die Neubauten, 15. Jahrgang, 1970, Heft 1, Seite 6 bis 9).Known version serves as the shaft generator system an arrangement in which an AC wave mechanically with a main drive machine (the selmotor) is coupled, the speed of which can be changed. The energy delivered by the AC wave generator variable frequency and voltage is about an equal rectified and rectified via a DC Schenkkreis fed an inverter, the one Reactive power machine is assigned. The inverter ter forms the same tension energy of variable size in AC energy of constant frequency and con constant voltage, which then the AC voltage Sam mil rails of an electrical system is supplied. The change  selstromstromgenerator and the reactive power machine are each equipped with a pathogen arrangement, where at all the electrical energy for the excitation of the Wave generator from the AC busbars of the electrical system (NEW SHIPS / The new buildings, 15th year, 1970, issue 1, pages 6 to 9).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungs­ grad der gesamten Wellengeneratoranlage zu verbessern und damit den Treibstoffverbrauch zu verringern bzw. bei gleichem Wirkungsgrad die Nennleistung der energieüber­ tragenden bzw. -wandelnden Einrichtung zu verkleinern.The invention is based, the effect to improve the degree of the entire wave generator system and thus reduce fuel consumption or at same efficiency the nominal power of the energy transfer to reduce the size of the supporting or converting device.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der weitere Gleichrichter ungesteuert ist und nur für die Auferregung des Wechselstromwellengenerators bemes­ sen ist und daß für die Betriebserregung des Wechsel­ stromwellengenerators die Erregerwicklung über ein Stell­ glied mit Leitungspolen des Gleichstromzwischenkreises und/oder des Wechselstromwellengenerators verbunden ist.This object is achieved in that the other rectifier is uncontrolled and only for the excitation of the ac wave generator bemes sen and that for the operational excitement of the change current wave generator the excitation winding via a control link with line poles of the DC link and / or the AC wave generator is connected.

Auf diese Weise wird die Energie für die Erregung, die bei Wellengeneratoren im Wellenzug mit großem Luftspalt bis 5% der Wellengenerator-Nennleistung beträgt, nicht mehr über den Wechselrichter, die Netzdrossel und Kabel geführt, sondern unmittelbar dem Wechselstromwellengene­ rator oder dem Gleichstromzwischenkreis entnommen, so daß die Verluste gesenkt werden. Dadurch, daß der Umrich­ ter mit geringerer Last beaufschlagt wird, können darü­ ber hinaus der Blindstrombedarf und somit die Verluste weiter gesenkt werden.In this way, the energy for the arousal for wave generators in the wave train with a large air gap is up to 5% of the shaft generator nominal power more about the inverter, the line reactor and cables led, but directly the AC wave genes rator or the DC link, so that the losses are reduced. Because the Umrich ter is loaded with a lower load Furthermore, the reactive current requirement and thus the losses be further reduced.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Darin zeigt: Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawing shown. It shows:  

Fig. 1 eine Wellengeneratoranlage mit einem an den Gleich­ stromzwischenkreis angeschlossenen Steller für die Betriebs-Erregung und einem vom Bordnetz gespeisten Gleichrichter für die Auf-Erregung, Fig. 1 is a wave generator system with a DC intermediate circuit to the associated actuator for operating excitation and fed by the on-board mains rectifier for the on-excitation,

Fig. 2 eine Wellengeneratoranlage mit einem an den Wech­ selstromwellengenerator angeschlossenen Steller für die Betriebs-Erregung, Fig. 2 is a wave generator system with a connected to the Wech selstromwellengenerator actuators for operating excitation,

Fig. 3 eine Erregeranordnung für einen Wellengenerator mit einem an die Erregerwicklung angepaßten Steller, Fig. 3 is an excitation device for a wave generator with a field winding adapted to the actuator,

Fig. 4 eine andere Erregeranordnung für einen Wellengene­ rator mit einem angepaßten Steller im Erregerkreis, der über einen ungesteuerten Gleichrichter an den Wechselstromwellengenerator angeschlossen ist, Fig. 4 shows another exciter assembly for a shaft Gene rator with an adapted actuator in the exciter circuit, which is connected to the AC wave generator via an uncontrolled rectifier,

Fig. 5 eine Erregeranordnung, bei der die Erregerwicklung über einen ungesteuerten Gleichrichter aus dem Wechselstromwellengenerator über einen Steller gespeist wird. Fig. 5 shows an excitation arrangement in which the excitation winding is fed via an uncontrolled rectifier from the AC wave generator via an actuator.

In Fig. 1 ist ein Wechselstromwellengenerator 1 mechanisch mit einer Hauptantriebsmaschine 10 gekuppelt, deren Dreh­ zahl variabel ist. Die vom Wechselstromwellengenerator 1 abgegebene Energie wird über Gleichrichter 2 gleichgerich­ tet und über einen Gleichstromzwischenkreis 3 einem Wech­ selrichter 4 zugeführt. Dem Wechselrichter 4 ist eine Blindleistungsmaschine 5 mit einer Erregereinrichtung 6 zugeordnet. Der aus dem Gleichrichter, Gleichstromzwi­ schenkreis 3 und Wechselrichter 4 gebildete Umrichter formt die elektrische Energie des Wellengenerators 1 in Wechselspannungsenergie konstanter Frequenz und konstan­ ter Spannung um, die dann den Wechselspannungssammelschie­ nen 8 eines Bordnetzes über eine Netzdrossel 7 zugeführt wird.In Fig. 1, an AC shaft generator 1 is mechanically coupled to a main engine 10 , the speed of which is variable. The output from the alternating current generator 1 wave energy is equal to tet court via rectifier 2 and supplied via a DC intermediate circuit 3 to a Wech selrichter. 4 A reactive power machine 5 with an excitation device 6 is assigned to the inverter 4 . The converter formed from the rectifier, DC intermediate circuit 3 and inverter 4 converts the electrical energy of the wave generator 1 into AC energy of constant frequency and constant voltage, which is then fed to the AC voltage collecting rails 8 of an on-board electrical system via a line reactor 7 .

Der Wechselstromwellengenerator 1 besitzt eine Erreger­ wicklung 9, die über einen weiteren Gleichrichter 11 und einen Transformator 12 mit dem Wechselspannungsbordnetz 8 verbunden ist.The AC wave generator 1 has an excitation winding 9 , which is connected via a further rectifier 11 and a transformer 12 to the AC electrical system 8 .

Der weitere Gleichrichter 11 ist ungesteuert und nur für die Auf-Erregung des Wechselstromwellengenerators 1 be­ messen. Für die Betriebserregung ist die Erregerwicklung 9 über ein Stellglied 13 mit den Leitungspolen 3 a, 3 b des Gleichstromzwischenkreises 3 verbunden. Das Stell­ glied 13 wird von einer Regeleinrichtung 14 beeinflußt, die einen Frequenzregler und einen Stromregler enthält. Der Frequenzregler sorgt für die Konstanthaltung der Frequenz im Wechselspannungs-Bordnetz. Weicht die Fre­ quenz von ihrem Sollwert ab, so wird durch Änderung der Erregung des Wechselstromwellengenerators 1 der Strom, der über den Wechselrichter 4 der Blindleistungsmaschine 5 zufließt, stets so eingestellt, daß die Drehzahl der Blindleistungsmaschine 5 konstant bleibt. Da die Blind­ leistungsmaschine 5 auch die Frequenz bestimmt, wird so mit der Konstanthaltung ihrer Drehzahl auch die Frequenz gehalten.The further rectifier 11 is uncontrolled and measure only for the excitation of the AC wave generator 1 be. For operational excitation, the field winding 9 is connected via an actuator 13 to the line poles 3 a , 3 b of the DC link 3 . The actuator 13 is influenced by a control device 14 which contains a frequency controller and a current controller. The frequency controller ensures that the frequency in the AC vehicle electrical system is kept constant. The frequency deviates from its target value, so by changing the excitation of the AC wave generator 1, the current that flows through the inverter 4 of the reactive power machine 5 is always set so that the speed of the reactive power machine 5 remains constant. Since the reactive power machine 5 also determines the frequency, the frequency is also maintained by keeping its speed constant.

Nach der in Fig. 2 dargestellten Weiterbildung ist die Er­ regerwicklung 9 über das Stellglied 13 mit einem Leitungs­ pol 3 a des Gleichstromzwischenkreises 3 und den Sternpunkt­ leiter 1 a des Wechselstromwellengenerators 1 verbunden, so daß die Betriebserregung unmittelbar dem Wechselstromwel­ lengenerator 1 entnommen wird. Dadurch können die Erreger­ verluste besonders klein gehalten werden.According to the development shown in FIG. 2, the He winding 9 is connected via the actuator 13 with a line pole 3 a of the DC link 3 and the neutral point conductor 1 a of the AC wave generator 1 , so that the excitation is taken directly from the AC generator lengenerator 1 . This enables the pathogen losses to be kept particularly small.

Bei den Schaltungsanordnungen gemäß Fig. 1 und 2 sind die Erregerwicklungen 9 an die Spannung des Wechselstromwel­ lengenerators angepaßt. Um die Erregerwicklung des Wellen­ generators unabhängig von der Spannung des Wechselstrom­ wellengenerators 1 auslegen zu können, ist es vorteilhaft, das Stellglied 13 als Zerhacker 13 a auszubilden, dem ein Transformator 13 b und ein ungesteuerter Gleichrichter 13 c nachgeschaltet sind (Fig. 3). Dabei ist die Erregerwick­ lung 9 an den Ausgang des ungesteuerten Gleichrichters 13 c angeschaltet. Für den Zerhacker 13 a mit Tranformator 13 b und Gleichrichter 13 c können an sich bekannte Schal­ tungen, z.B. Transistorschaltungen, verwendet werden, die auch mit höherer Frequenz arbeiten können. Die Ener­ gie für die Betriebserregung wird dem Wechselstromwellen­ generator über den Sternpunktleiter 1 a und dem Leitungs­ pol 3 a des Gleichstromzwischenkreises 3 entnommen.In the circuit arrangements shown in Fig. 1 and 2, the excitation windings 9 adapted to the voltage of the Wechselstromwel lengenerators. In order to be able to design the excitation winding of the wave generator independently of the voltage of the alternating current wave generator 1 , it is advantageous to design the actuator 13 as a chopper 13 a , which is followed by a transformer 13 b and an uncontrolled rectifier 13 c ( FIG. 3). The excitation winding 9 is connected to the output of the uncontrolled rectifier 13 c . For the chopper 13 a with transformer 13 b and rectifier 13 c , circuits known per se, for example transistor circuits, can be used, which can also operate at a higher frequency. The energy for the operating excitation is taken from the alternating current wave generator via the star point conductor 1 a and the line pole 3 a of the direct current intermediate circuit 3 .

In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 3 wird die Betriebserregung solange unterdrückt, wie die Ventile des Gleichrichters 2 gesperrt werden.In the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3, the operating excitation is suppressed as long as the valves of the rectifier 2 are blocked.

Um die Erregung unabhängig von der Steuerung der Ventile des Gleichrichters 2 aufrechterhalten zu können, ist es vorteilhaft, das Stellglied 13 über einen gesonderten, un­ gesteuerten Gleichrichter 15 mit den Leitungspolen 1 b, 1 c, 1 d des Wechselstromwellengenerators 1 zu verbinden. Fig. 4 zeigt ein Beispiel mit einem gesonderten Gleichrichter 15, bei dem die Erregerwicklung nicht an die Spannung des Wechselstromwellengenerators 1 angepaßt zu werden braucht und Fig. 5 ein Beispiel, bei dem die Erregerwicklung an die Spannung des Wechselstromwellengenerators 1 angepaßt ist.In order to be able to maintain the excitation independently of the control of the valves of the rectifier 2 , it is advantageous to connect the actuator 13 to the line poles 1 b , 1 c , 1 d of the AC wave generator 1 via a separate, uncontrolled rectifier 15 . Fig. 4 shows an example with a separate rectifier 15 , in which the excitation winding need not be adapted to the voltage of the AC wave generator 1 and Fig. 5 shows an example in which the excitation winding is adapted to the voltage of the AC wave generator 1 .

Claims (5)

1. Wellengeneratoranlage, insbesondere für Schiffe, bei der ein von einer Hauptmaschine mit veränderlicher Dreh­ zahl angetriebener Wechselstromwellengenerator über ei­ nen Umrichter ein Wechselspannungs-Bordnetz mit konstan­ ter Frequenz und konstanter Spannung speist und der Um­ richter aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwi­ schenkreis und einem Wechselrichter besteht, dem eine Blindleistungsmaschine mit einstellbarer Erregung zuge­ ordnet ist, wobei zwischen Umrichter und Wechselspan­ nungs-Bordnetz eine Netzdrossel angeordnet ist und die Erregerwicklung des Wellengenerators über einen weiteren Gleichrichter und einen Transformator mit dem Wechsel­ spannungs-Bordnetz verbunden ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der weitere Gleichrichter (11) ungesteuert ist und nur für die Auferregung des Wechselstromwellengenerators (1) bemessen ist und daß für die Betriebserregung des Wechselstromwellengenerators (1) die Erregerwicklung (9) über ein Stellglied (13) mit Lei­ tungspolen des Gleichstromzwischenkreises (3) und/oder des Wechselstromwellengenerators (1) verbunden ist.1.Wave generator system, in particular for ships, in which an AC wave generator driven by a main machine with variable speed feeds an AC vehicle electrical system with constant frequency and constant voltage via a converter and the converter consists of a rectifier, a DC intermediate circuit and an inverter exists, which is assigned a reactive power machine with adjustable excitation, a line reactor being arranged between the converter and the alternating voltage electrical system, and the excitation winding of the wave generator being connected to the alternating electrical system via a further rectifier and a transformer, characterized in that the further rectifier ( 11 ) is uncontrolled and is only dimensioned for the excitation of the AC wave generator ( 1 ) and that for the excitation of the operation of the AC wave generator ( 1 ) the excitation winding ( 9 ) via an actuator ( 13 ) with line poles of the DC intermediate circuit ( 3 ) and / or the AC wave generator ( 1 ) is connected. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erregerspannung am Stern­ punkt des Wechselstromwellengenerators und an einem Lei­ tungspol des Gleichstromzwischenkreises abgenommen ist (Fig. 2).2. Installation according to claim 1, characterized in that the excitation voltage at the star point of the AC wave generator and at a Lei line pole of the DC link is removed ( Fig. 2). 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung eines un­ gesteuerten oder halbgesteuerten Gleichrichters im Um­ richter das Stellglied ein Gleichstromsteller, insbe­ sondere Transistor-Gleichstromsteller, ist. 3. Plant according to claim 1 or 2, characterized ge indicates that when using an un controlled or semi-controlled rectifier in the order judge the actuator a DC chopper, esp special transistor DC chopper is.   4. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei Verwendung eines vollgesteuerten Gleichrichters im Umrichter das Stell­ glied ein Gleichstromsteller, insbesondere Transistor- Gleichstromsteller ist, der über einen zusätzlichen Gleichrichter von der Spannung des Wellengenerators ge­ speist ist (Fig. 3, 5).4. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that when using a fully controlled rectifier in the converter, the actuator is a DC chopper, in particular transistor DC chopper, which is fed via an additional rectifier from the voltage of the wave generator ( Fig. 3rd , 5). 5. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Stellglied ein Tran­ sistor-Wechselrichter mit variabler Ausgangsspannung oder variablem Ausgangsstrom ist, und daß dem Transistor-Wech­ selrichter ein Transformator mit Gleichrichter nachge­ schaltet ist (Fig. 3, 4).5. Plant according to claim 1 or 2, characterized in that the actuator is a Tran sistor inverter with a variable output voltage or variable output current, and that the transistor-inverter is connected to a transformer with rectifier ( Fig. 3, 4) .
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