DK145029B - Stroemforsygningsanlaeg til skibe med akselgenerator - Google Patents

Description

145029 1 Opfindelsen angår et strømforsyningsanlæg til et vekselspændingsnet med konstant frekvens på skibe med en med stærkt varierende omdrejningstal drevet synkrongenerator som akselgenerator, efter hvilken der 5 er koblet en ikke-styret ensretter og en netstyret vekselretter, og som er forsynet med mindst en synkronmaskine, der tjener som blindeffektmaskine, og som har en reguleringsindretning, der indstiller synkronmaskinens magnetiseringsstrøm til en opnåelse af 10 en konstant netspænding.

Der kendes strømforsyningsanlæg med akselgeneratorer, hvor den som trefaset vekselstrømsgenerator udformede akselgenerator roterer med varierende omdrejnings-15 tal og magnetiseres af et drejefelt, hvis størrelse og frekvens indstilles på en sådan måde, at der i det af akselgeneratoren forsynede trefasede vekselstrømsnet dannes en konstant spænding med konstant frekvens.

Sådanne akselgeneratoranlæg kræver større udgifter, i-20 sær når de er konstrueret til små nominelle omdrejningstal. Akselgeneratoren har da mange poler og en lille luftspalte. Det er endvidere en ulempe,.at der til frembringelse af det i frekvens og størrelse varierende drejefelt til magnetisering af akselgenerato-25 ren kræves et kostbart vekselretteranlæg.

Endvidere kendes en akselgenerator, der er udformet som en jævnstrømsmaskine. Ved hjælp af en jævnstrømsmotor, der driver en trefaset vekselstrømgenerator, 30 forsynes skibsnettet med trefaset vekselstrøm. Ved styring af jævnstrømsmaskinens magnetisering holdes frekvensen konstant, og ved styring af den trefasede vekselstrømsgenerators magnetisering holdes spændingen i skibsnettet konstant. Også dette akselgenerator-35 anlæg med kommutatormaskiner er forholdsvis kostbart.

145029 2 1 Desuden kræver dette anlæg megen plads og konstant pasning.

Det er også kendt at anvende, som akselgenerator, en a-5 synkronmaskine, der drives oversynkront. Den fornødne konstante frekvens tilvejebringes ved hjælp af en regulerbar belastningskreds bestående af en ensretter Og en jævnstrømsmotor. Asynkronmaskinens sekundærvikling føder ensretteren, som jævnstrømsmotoren er koblet 10 . efter. Den fra sekundærviklingen optagne effekt bliver fortrinsvis ført tilbage til nettet ved hjælp af en til jævnstrømsmotoren koblet synkronmaskine, hvorved synkronmaskinen samtidig leverer den til asynkronmaskinen krævede blindeffekt. På dette anlæg gælder 15 ligeledes de for de allerede nævnte indretninger anførte ulemper. Som ulempe skal især fremhæves, at dette anlæg ikke er selvstartende. Skibsnettet skal allerede være strømførende, når den som akselgenerator tjenende asynkronmaskine indkobles.

20

Der kendes endvidere et akselgeneratoranlæg, hvor akselgeneratoren frembringer den trefasede vekselstrøm, der ensrettes og ved hjælp af en selvstyrende veksel-retter igen omdannes til trefaset vekselspænding. Selv-25 styrende vekselrettere er imidlertid kostbare og komplicerede, da der kræves midler til frembringelse af blindstrømmen og kommuteringsstrømmen. For at opnå en nogenlunde sinusformet udgangsspænding kræves der endvidere filterkredse. Endelig er det vanskeligt at 30 træffe beskyttelsesforanstaltninger mod kortslutning, da den selvstyrende vekselretter ikke kan afgive en kortslutningsstrøm, der kan smelte sikringerne.

Formålet med opfindelsen er derfor at tilvejebringe 35 et strømforsyningsanlæg til skibe til frembringelse af 3 U5029 1 en vekselspænding med konstant frekvens, som med enkle midler og små omkostninger kan fremstilles økonomisk, og som i kortslutningstilfælde heller ikke uden videre falder ud, og som kan tages i drift, udep at 5 nettet i forvejen er strømførende. Dette formål opfyldes ved, at akselgeneratoren har en reguleringsindretning, som indstiller akselgeneratorens magnetiserings-strøm til opnåelse af en konstant frekvens, og at synkronmaskinen i akselgeneratordrift er fast forbun-10 det med vekselretterudgangen og skibenettet.

Hovedfordelen ved forsyningsanlægget ifølge opfindelsen består i, at omkostningerne i forhold til kendte anlæg er meget ringe, og at der sikres en god reguler-15 barhed af frekvens og spænding i det forsynede skibsnet ved en vilkårlig frekvens for akselgeneratoren.

Anlægget kan ifølge krav 2 være ejendommeligt ved, at der mellem synkronmaskinen og skibsnettet er indkoblet 20 en netdrosselspole. Synkronmaskinens kompounderings- eller reguleringsorgan er herved dimensioneret på en sådan måde, at spændingsfaldet ved netdrosselspolen bliver udlignet, således at skibsnetspændingen forbliver konstant.

25

Anlægget kan ifølge krav 3 være ejendommeligt ved, at netdrosselspolen har et udtag, som synkronmaskinen er sluttet til. Denne foranstaltning er fordelagtig, idet drosselspolen virker som transformator og ved en kort-30 slutning i skibsnettet sørger for en højere spænding ved udgangen af vekselretteren, end det er tilfældet ved en direkte tilslutning af synkronmaskinen til.vekselretteren.

35 Anlægget kan ifølge krav 4 være ejendommeligt ved, at v:-v·;·· ' 145029 4 1 en skibsnetgenerator bruges som synkronmaskine, hvil- ken skibsgenerator ved akselgeneratorens drift er koblet fra sin hj.ælpekraf tmaskine. Herved opnås, at hjæl-pemaskinen ikke behøver at rotere med i tomgang, når 5 aksel-generatoren er i drift.

Endelig-kan.anlægget ifølge krav 5 være ejendommeligt ved, at synkronmaskinen ved igangsætning uden hjælp af primærmotor er koblet direkte til akselgenerato-10 . ren ved forbikobling af ensretteren og vekselretteren, hvorved, vekselretteren ikke modtager nogen tæn-dingsi-mpuls er. ..Herved opnås, at akselgeneratoranlæg-get kan: sættes i drift, uden at der er et tilstrækkeligt stærkt net til rådighed til igangsætning af syn-. 15 kronmaskinen, Når vekselretteren ikke modtager nogen tændimpulser, fører den ikke nogen strøm.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 20.

fig. 1 viser et principdiagram for et forsyningsanlæg ifølge opfindelsen, fig. 2 viser en fordelagtig videreudvikling til 25 tilslutning af synkronmaskinen, og fig. 3a, 3b, 3c viser indstilling af tændvinklen for de styrbare ventiler i vekselretteren.

30 En akselgenerator 10 (fig. 1) med en magnetiserings-vikling 11 og en ankervikling 12, der drives af en propelaksel 13, føder en ikke-styret ensretter 14.

Efter ensretteren l4 er der indkoblet en netstyret vekselretter 15, der føder et skibsnet 16. En synkron-35 maskine 17 er endvidere tilsluttet udgangen af vek- 145029 5 1 selretteren 15 som skibsgenerator, der ved hjælp af en omskiftelig kobling 18 er tilkoblet et dieselaggre- gat 19.

5 Synkronmaskinen 17, der ved akselgeneratorens 10 drift er fast forbundet med vekselretterudgangen og skibsnettet 16, opfylder flere funktioner. Den dækker på den ene side helt eller delvist skibsnettets 16 blindef-fektbehov og på den anden side behovet for kommute-10 ringsstrøm til vekselretteren 15 og frembringer således en kommuteringshjælp til vekselretteren. Endvidere udgør synkronmaskinen 17 en filterkreds for vekselrette-rens 15 overtoner.

15 Til opnåelse af en konstant spænding på udgangen af synkronmaskinen kan der også med fordel anvendes en kompound-indretning.

Akselgeneratorens 10 afgivelse af blindeffekt er pro-20 portional med differensspændingen mellem synkronmaskinens 17 spænding og akselgeneratorens 10 spænding. Behovet for vekselretterens 15 blindatrøm og kommute-ringsstrøm er derved proportionalt med akselgeneratorens 10 afgivelse af blindeffekt. Hvis effektafgi-25 velsen nu stiger dynamisk på grund af en ydre forstyrrelse, falder spændingen på vekselretterens 15 udgang, mens synkronmaskinen 17 skal afgive en større blind- . effekt. Bliver nu spændingen ved ensretterindgangen opretholdt dynamisk, vil differensspændingen blive 30 forstørret og effektafgivelsen vil dermed yderligere forøges. Anlægget vil altså være ustabilt; strømmen stiger over alle grænser.

Akselgeneratoren 10 har et dynamisk forhold, hvorved 35 spændingen ved en strømstigning i større målestok fal- - -- ; 145029 6 1 der, ligesom det er tilfældet ved synkronmaskinen 17.

Dette forhold ved akselgeneratoren 10 bliver for eksempel opnået ved, at der i denne er en forholdsvis stor kortslutningsreaktans. Herved kan en som akselge-5 nerator 10 synkronmaskine indrettes uden dæmpningsvikling med den yderligere fordel, at synkronmaskinen u-den dæmpningsvikling er mindre kostbar end en med dæmpningsvikling 10 Et sammeniigningsorgan 20 for en reguleringsindretning for synkronmaskinen 17 sammenligner skibsnettets 16 spænding med en ønsket spænding. Reguleringsafvigelsen sendes til en regulatorforstærker 21, hvortil synkronmaskinens 17 magnetiseringsvikling 22 er kob-15 let. Synkronmaskinen holder således også skibsnetspændingen konstant, når denne uden træk løber med i tomgang som faseforskyder.

Til regulering af skibsnetsfrekvensen tjener en yder-20 ligere reguleringsindretning 28 for akselgeneratoren 10, Her sammenlignes skibsnetspændingens frekvens med en fo'rudgivet ønsket værdi ved sammenlignings stedet 27 og forstærkes-i regulatorforstærkeren 28. Det er i denne sammenhæng kendt, at en symmetrisk effektiv 25 ydelsesfordeling af flere parallelt på et net arbejdende generatorer kan opnås ved, at alle drivmaskiner får det samme omdrejningstal og den samme tomgangskarakteristik. Således er frekvensregulatoren 27, 28 ' udstyret- med den samme faldende karakteristik som 30 skibsnetsgeneratorens omdrejningstalregulator. Derved bliver frekvensen i praksis holdt belastningsuafhængig og konstant ligesom skibsnetsgeneratorens frekvens. Med denne forudsætning kan akselgeneratoren arbejde sammen med et vilkårlig stort net, der bliver 35 fødet af flere skibsnetsgeneratorer, ligesom den også 145029 7 1 kan løbe 1 alenedrift. Når nettet i det foreliggende tilfælde består af .akselgeneratoren 10 og den roterende synkronmaskine 17, bestemmes frekvensfastholdelsen udelukkende ved hjælp af akselgeneratoren.

5

En reguleringsafvigelse i sammenligningsstedet 2J bliver som magnetiseringsstrøm ført til akselgeneratorens 10 magnetiseringsvikling 11. Ved en for lav frekvens i skibsnetspændingen bliver magnetiseringsstrømmen ø-10 . get via regulatoren 27, 28, således at akselgeneratoren 10 yder en højere spænding på ensretteren 14. I jævnstrømsmellemkredsen øges spænding og strøm. Eftersom vekselretteren 15 kun kan afgive effekt til trefasenettet, bliver der derefter tilført nettet en 15 øget effekt. Denne fremskynder den ved udgangen af vekselretteren 15 liggende synkronmaskine 17 og i givet fald andre på nettet løbende trefasemaskiner så meget, at frekvensafvigelsen udlignes. Herved leverer maskinen 17 en blindstrøm til nettet og vekselrette-20 ren 15. Netspændingen holdes konstant af maskinens 17 spændingsregulering 20, 21.

Sædvanligvis vil ved en vekselretter tændvinklen blive forstørret ved optrædende spændingssænkninger ved 25 vekselretterudgangen, for at strømmen ikke skal stige.

Dette er f.eks. tilfældet ved jævnspændings-højspændingsoverførsel. Ved spændingssænkninger i sekundærnettet forøges vekselretterens tændvinkel. I strømforsyningsanlægget ifølge opfindelsen må der imidler-30 tid regnes med så store spændingssænkninger, f.eks. ved kortslutning, at tændvinklen ikke kan forøges i en sådan grad, at for store strømme forhindres. Desuden er da også faren for kipning af vekselretteren særlig stor, idet der forefindes både overstrømme og 35 store tændvinkler. Ifølge opfindelsen kan vekselret- 145029 8 1 teren være opbygget af enkelte styrbare elektriske ventiler, og tændvinklen for den enkelte, styrbare, elektriske ventil på en sådan måde afhænge af den spænding, der driver dens kommuteringsstrøm, at tændingen 5 sker, når denne spænding bliver mindre end en af en valgt referencespænding dannet grænseværdi. Herved opnås der en forbedring af reguleringsforholdet ved et strømforsyningsanlæg ifølge opfindelsen med hensyn til reguleringshurtigheden og stabiliteten, især ved 10 . ikke normale driftstilstande, f.eks, ved igangsætning af en lokal strømforsyningsgenerator, ved tilkobling af yderligere lokale strømforsyningsgeneratorer og ved forstyrrelser i det lokale net. Styrbare, elektriske ventiler kan også ifølge opfindelsen an-15 bringes i grupper af parallelt koblede elektriske ventiler til beherskelse af store strømme.

Tændvinklen bør ved en vekselretter ikke nedsættes til under 90°, da den ellers går over i ensretterdrift og 20 da er kortsluttet i det lokale strømforsyningsanlæg.

Pette ville i et strømforsyningsanlæg ifølge opfindelsen føre til, at det lokale net og den parallelt koblede lokale strømforsyningsgenerator blev kortsluttet. Strømforsyningsanlægget ifølge opfindelsen til forøgel-25 se af sikkerheden mod falsk kommutering af vekselrette-ren er indrettet på en sådan måde, at tændvinklen for hver enkelt styrbar, elektrisk ventil indskrænkes til en værdi på over 90°.

30 Midler ifølge opfindelsen til bestemmelse af tændvinklen og disses virkning er vist i fig. 3a, 3b og 3c.

Fig. 3a viser en sædvanlig, af enkelte styrbare, elektriske ventiler u-^, u2, v^ v2j w1 og w2 opbygget vekselretter, der fra den ikke styrede ensretter tilføres 35 en jævnstrøm med spænding U og til det lokale net af- 145029 9 1 giver vekselstrøm med fasespændinger u, v og w. Forløbet af spændingerne u, v og w, der danner et dreje-strømsystem, er vist i fig. 3 som funktion af tiden t eller vinklen ut. I det viste tilfælde tændes ved 5 normal drift først de elektriske ventiler v-^ og u2· I den sædvanlige cykliske rækkefølge af de elektriske ventiler må derefter kommuteres til Wp derpå u2 til v2 og sluttelig w^ til u^. Tændvinklen α^-j. skal for den elektriske ventil u^'s vedkommende regnes fra 10 den vinkel ω t, hvor spændingen u bliver positiv og større end de to spændinger v og w. Fra denne vinkel at regne er det nemlig muligt at kommutere til u .

Den spænding, der kan drive kommuteringsstrømmen ved kommuteringen fra w1 til u^, er differensspændingen 15 u-w mellem spændingerne u og w.

Forløbet af differensspændingen u-w i afhængighed af tændvinklen er vist i fig. 3c, hvor spændingsmå lestokken afviger fra den i fig. 3b benyttede. Endvi-20 dere er der vist forløbet af en her savtakformet referencespænding u , der ifølge opfindelsen er en periodisk funktion af tiden med samme frekvens som den spænding u-w, der driver kommuteringsstrømmen, og som ikke har nogen positiv værdi for tændvinkler u.^ mellem 0 25 og 90°. Skæringspunktet mellem kurven for spændingsdifferencen u-w og kurven for referencespændingen ur som grænseværdi bestemmer tændingsvinklen a^. Der kendes koblinger, der ved værdier under grænseværdien afgiver en spændingsimpuls til tænding af en elektrisk 30 ventil. Synker differensspændingen, f.eks. ved overbelastning af det lokale net, og har f.eks. det i fig.

3c med stiplede linier viste forløb, så vil den elektriske ventil u^ tændes allerede ved den mindre tænd-vinkel a2. Derved forhindre på ønsket og enkel måde 35 en formindskelse af det til kommutering nødvendige 145029 10 1 spændings-tidsareal.

Referencespændingen i det i fig. 3c viste eksempel er valgt savtakformet, fordi et sådant spændingsforløb 5 på kendt måde kan opnås med enkle midler. Det kan i- midlertid til opnåelse af en endnu stærkere formindskelse af tændvinklen i tilfælde af forstyrrelser være fordelagtigt, at referencespændingen har et passende andet, f.eks. sinus- eller rektangelformet forløb.

10

Mellem synkronmaskinen 17 og skibsnettet 16 er der koblet en netdrosselspole 23. Den forhindrer en omkip-ning af vekselretteren, eftersom spændingen ved kortslutning af vekselretterudgangen ikke går tilbage til 15 0. Irsagen er, at synkronmaskinens kortslutningsstrøm går gennem drosselspolen og bevirker et spændingsfald.

Endvidere udelukkes vekselretterens 15 overtoner ved hjælp af netdrosselspolen 23 fra skibsnettet 16. Ved at der ikke optræder belastningsafhængige spændings- 20 svingninger i skibsnettet 16, bliver spændingsfaldet ved netdrosselspolen 23 udreguleret af synkronmaskinens 17 reguleringsindretning.

. Ved udkoblet akselgenerator 10 bliver netdrosselspo-25 len 23 kortsluttet ved hjælp af en kontakt 24. Derved formindskes forbigående spændingsfald ved indkobling af forbrugerne. Ved indkobling af akselgeneratoren 10 bliver synkronmaskinen 17 koblet fra dennes hjælpe-kraftmaskine 19. Dermed behøver denne ikke at løbe med 30 i tomgang.

I fig. 2 er der vist en netdrosselspole 26 med et udtag, hvortil synkronmaskinen 17 er tilsluttet. Denne foranstaltning skyldes, at drosselspolen 26 virker som 35 transformator og ved en kortslutning i skibsnettet 16 145029 11 1 sørger for en højere spænding på vekselretterens udgang end tilfældet ville være ved en direkte tilkobling af synkronmaskinen 17 til vekselretteren 15. Synkronmaskinen 17 er endvidere koblet parallelt med en 5 kondensator 25, der bevirker, at synkronmaskinen 17 ialt kan fremstilles mindre. Kondensatoren 25 overtager delvis synkronmaskinens 17 funktioner.

I mange tilfælde krævee det, at akselgeneratoranlægget 10 skal tages i drift, uden at der står et tilstrækkeligt stærkt net til rådighed til tilslutning af synkronmaskinen. Igangsætningen kan da ske på den måde, at synkronmaskinen 17 direkte tilsluttes til akselgene- f ratoren 10 ved en shuntning af ensretteren 14 og vek-15 selretteren 15 og starter asynkront. Under den asynkrone opstart får vekselretteren 15 ingen tændimpul-ser. Efter at synkronmaskinen har opnået høje omdrejninger og magnetisering,bliver shuntrtingen brudt og vekselretteren 15 forsynet med tændimpulser. Når vek-20 selretteren 15 ikke får tændimpulser, fører den ingen strøm.

Hvis akselgeneratoren drives parallelt med den stadig af hjælpekraftmaskinen drivende synkronmaskine, vil 25 dette kun være muligt, når akselgeneratorens frekvens er reguleret således, at frekvensen med stigende ef-'· fektafgivelse falder på samme måde som kraftmaskinens. Reguleringsstørrelsen til akselgeneratoren er da denne effektafgivelse eller den parallelt arbejdende syn-30 kronmaskines effektafgivelse.

Claims (5)

145029

1. Strømforsyningsanlæg til et vekselspændingsnet med konstant frekvens på skibe med en med stærkt varierende omdrejningstal drevet synkrongenerator som akselgenerator, efter hvilken der er koblet en ikke-styret ensretter og 5 en netstyret vekselretter, og som er forsynet med mindst en synkronmaskine, der tjener som blindeffektmaskine, og som har en reguleringsindretning, der indstiller synkronmaskinens magnetiseringsstrøm til en opnåelse af en konstant netspænding, kendetegnet ved, at ak- 10 selgeneratoren (10) har en reguleringsindretning (28), som indstiller akselgeneratorens (10) magnetiseringsstrøm til opnåelse af en konstant frekvens, og at synkronmaski- 4 nen (17) i akselgeneratordrift er fast forbundet med vekselret terudgangen (15) og skibsnettet (16). 15

2. Strømforsyningsanlæg ifølge krav 1, kendetegne t v e d, at der mellem synkronmaskinen (17) og skibsnettet (16) er indkoblet en netdrosselspole (23s26).

3. Strømforsyningsanlæg ifølge krav 1, kendeteg ne t v e d, at netdrosselspolen (26) har et udtag, som synkronmaskinen (17) er sluttet til.

4. Strømforsyningsanlæg ifølge krav 1, kendete g- 25 net v e d, at en skibsnetgenerator (17) bruges som synkronmaskine, hvilken skibsnetgenerator (17) ved akselgeneratorens (10) drift er koblet fra sin hjælpemaskine (19).

5. Strømforsyningsanlæg ifølge krav 1, kendeteg ne t v e d, at synkronmaskinen (17) ved igangsætning