ITVR20130217A1 - SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE WITH HYBRID OPERATION - Google Patents
SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE WITH HYBRID OPERATIONInfo
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Description
MACCHINA ELETTRICA SINCRONA CON FUNZIONAMENTO IBRIDO SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE WITH HYBRID OPERATION
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente divulgazione si riferisce in generale al settore delle macchine elettriche rotanti. In particolare, la presente divulgazione si riferisce ad una macchina elettrica sincrona che può funzionare sia come generatore elettrico, sia come motore elettrico. In altre parole, si tratta di una macchina elettrica con un funzionamento “ibrido”, che può essere esercita da alternatore o da motore a seconda delle necessità dell’utente. The present disclosure refers in general to the field of rotating electrical machines. In particular, the present disclosure refers to a synchronous electric machine that can function both as an electric generator and as an electric motor. In other words, it is an electric machine with a "hybrid" operation, which can be operated by an alternator or motor depending on the user's needs.
Nello stato della tecnica è noto che, in principio, una macchina elettrica sincrona può essere utilizzata come generatore e come motore, grazie alla reversibilità di funzionamento; un utilizzo come motore richiede tuttavia di risolvere il problema dell’avviamento da fermo (modalità motore a velocità fissa) e/o di impiegare anche un convertitore di frequenza (modalità motore a velocità variabile). In the state of the art it is known that, in principle, a synchronous electric machine can be used as a generator and as a motor, thanks to the reversibility of operation; however, use as a motor requires solving the problem of starting from standstill (fixed speed motor mode) and / or also using a frequency converter (variable speed motor mode).
Questo problema non si riscontrerebbe, in principio, impiegando le macchine elettriche asincrone, ma queste ultime comportano l’assorbimento di potenza reattiva dalla rete elettrica ovvero il mancato controllo del fattore di potenza (potenza attiva-reattiva), che invece è possibile con le macchine sincrone. Per tale ragione – cioè il controllo della potenza apparente – le macchine sincrone sono preferite per la produzione di energia elettrica. La presente divulgazione è quindi focalizzata sulle macchine elettriche sincrone e sulla possibilità di impiego ibrido di tali macchine elettriche. This problem would not occur, in principle, using asynchronous electrical machines, but the latter involve the absorption of reactive power from the electrical network or the lack of control of the power factor (active-reactive power), which is instead possible with machines. synchronous. For this reason - that is, the control of apparent power - synchronous machines are preferred for the production of electrical energy. The present disclosure is therefore focused on synchronous electric machines and on the possibility of hybrid use of such electric machines.
Per superare le difficoltà connesse alla fase di avviamento da fermo delle macchine elettriche sincrone utilizzate come motori, in alcune realizzazioni note il rotore della macchina elettrica è stato dotato di una gabbia di smorzamento che opera anche da gabbia di avviamento, cioè come “gabbia di scoiattolo”: questa permette di fornire la coppia richiesta per l’avviamento da fermo. Tuttavia tale gabbia di smorzamento è estremamente onerosa dal punto di vista costruttivo e generalmente è poco efficiente in quanto la macchina può essere esercita ad una sola velocità fissa – cioè la velocità sincrona della rete elettrica. To overcome the difficulties associated with the standstill phase of the synchronous electric machines used as motors, in some known embodiments the rotor of the electric machine has been equipped with a damping cage which also acts as a starting cage, that is, as a "squirrel cage. ”: This allows to supply the torque required for starting from a standstill. However, this damping cage is extremely expensive from the construction point of view and is generally not very efficient since the machine can be operated at a single fixed speed - that is, the synchronous speed of the electrical network.
In altre realizzazioni note, l’avviamento della macchina sincrona come motore avviene tramite un motore di lancio (ad esempio un motore in corrente continua o un motore asincrono): il motore di lancio porta il rotore della macchina sincrona alla velocità di sincronia, dopodiché il motore di lancio viene disconnesso e la macchina sincrona viene collegata alla rete elettrica. In other known embodiments, the starting of the synchronous machine as a motor takes place via a launch motor (for example a direct current motor or an asynchronous motor): the launch motor brings the rotor of the synchronous machine to the synchronous speed, after which the the launch motor is disconnected and the synchronous machine is connected to the mains.
Una tale configurazione si incontra ad esempio in alcune applicazioni marine, dove un motore diesel a regime costante aziona sia un’elica di propulsione sia una macchina elettrica sincrona, che funziona come generatore elettrico per ottimizzare l’impiego del motore diesel. Nel caso in cui il motore diesel vada in avaria o comunque sia fermo, l’elica di propulsione può essere azionata dalla macchina elettrica sincrona utilizzata come motore, previo avvio con un motore di lancio. Such a configuration is encountered, for example, in some marine applications, where a constant-speed diesel engine drives both a propeller propeller and a synchronous electric machine, which works as an electric generator to optimize the use of the diesel engine. In the event that the diesel engine fails or is otherwise stopped, the propeller can be operated by the synchronous electric machine used as a motor, after starting with a launch motor.
La necessità del motore di lancio comporta un maggior costo complessivo ed una maggiore complessità sia dal punto di vista impiantistico sia dal punto di vista dell’esercizio, in quanto – salvo eccezioni – la macchina elettrica è esercita a velocità fissa e dunque non è possibile ottimizzare le prestazioni della macchina mossa (ad esempio un’elica di propulsione). The need for the launch motor involves a higher overall cost and greater complexity both from the plant engineering point of view and from the operating point of view, since - with some exceptions - the electric machine is operated at a fixed speed and therefore it is not possible to optimize the performance of the moving machine (for example a propeller propeller).
La presente divulgazione parte dal problema tecnico di fornire una macchina elettrica sincrona atta a funzionare alternativamente come generatore elettrico o come motore elettrico e che consenta di superare gli inconvenienti sopra descritti con riferimento alla tecnica nota e/o di conseguire ulteriori vantaggi, in particolare semplificando l’avviamento della macchina elettrica quando è utilizzata come motore ed aumentandone la versatilità, potendola eventualmente esercire a velocità variabile. The present disclosure starts from the technical problem of providing a synchronous electric machine capable of operating alternatively as an electric generator or as an electric motor and which allows to overcome the drawbacks described above with reference to the known art and / or to achieve further advantages, in particular by simplifying the starting the electric machine when it is used as a motor and increasing its versatility, possibly being able to operate it at variable speed.
La soluzione al problema tecnico è ottenuta fornendo una macchina elettrica sincrona secondo la rivendicazione indipendente 1. Forme di realizzazione particolari dell'oggetto della presente divulgazione sono definite nelle corrispondenti rivendicazioni dipendenti. The solution to the technical problem is obtained by providing a synchronous electric machine according to independent claim 1. Particular embodiments of the object of the present disclosure are defined in the corresponding dependent claims.
Un aspetto alla base della presente divulgazione risiede nel fornire una macchina elettrica sincrona avente due eccitatrici separate per eccitare un avvolgimento rotorico principale e produrre un campo magnetico rotorico principale. Le due eccitatrici, pur essendo parte della medesima macchina, sono indipendenti tra loro e funzionano in modo alternativo: la prima eccitatrice è operativa solo quando la macchina elettrica sincrona è utilizzata come generatore elettrico, mentre la seconda eccitatrice è operativa solo quando la macchina elettrica sincrona è utilizzata come motore elettrico. An underlying aspect of the present disclosure is to provide a synchronous electric machine having two separate exciters for energizing a main rotor winding and producing a main rotor magnetic field. The two exciters, although part of the same machine, are independent of each other and work in an alternative way: the first exciter is operative only when the synchronous electric machine is used as an electric generator, while the second exciter is operative only when the synchronous electric machine it is used as an electric motor.
Ciò permette di ottimizzare la struttura ed il funzionamento di ciascuna eccitatrice in base al suo specifico scopo ed applicazione. Ad esempio, la prima eccitatrice è di tipo convenzionale per il funzionamento di una macchina elettrica sincrona come generatore elettrico, mentre la seconda eccitatrice è specifica per un funzionamento come motore elettrico e permette anche un funzionamento a velocità variabile utilizzando un convertitore di frequenza. In particolare, la prima eccitatrice è una eccitatrice in corrente continua e la seconda eccitatrice è una eccitatrice in corrente alternata. This allows to optimize the structure and operation of each exciter according to its specific purpose and application. For example, the first exciter is of the conventional type for the operation of a synchronous electric machine as an electric generator, while the second exciter is specific for operation as an electric motor and also allows variable speed operation using a frequency converter. In particular, the first exciter is a direct current exciter and the second exciter is an alternating current exciter.
Pertanto, è possibile fornire una macchina elettrica sincrona che è intrinsecamente ibrida e può funzionare per produrre potenza elettrica o per produrre potenza meccanica, evitando sia un motore di spinta sia la realizzazione di una gabbia di avviamento per fare spuntare la macchina alla coppia richiesta da fermo. Therefore, it is possible to provide a synchronous electric machine that is inherently hybrid and can operate to produce electric power or to produce mechanical power, avoiding both a thrust motor and the construction of a starting cage to make the machine tick at the required torque from standstill. .
In particolare, la seconda eccitatrice è configurata per essere alimentata in corrente alternata e per creare un campo magnetico rotante che agisce sull’avvolgimento rotorico della seconda eccitatrice. Si può così ottenere una eccitazione dell’avvolgimento rotorico principale anche quando il rotore è fermo: anche a macchina ferma si riesce a produrre il campo magnetico rotorico principale che è richiesto per il funzionamento. Di conseguenza, si ha una coppia di spunto all’avviamento che è molto più elevata di quella che si avrebbe con un motore sincrono convenzionale: infatti già a rotore fermo è presente un campo magnetico rotorico che tende a portare in rotazione il rotore. In particular, the second exciter is configured to be powered by alternating current and to create a rotating magnetic field that acts on the rotor winding of the second exciter. It is thus possible to obtain an excitation of the main rotor winding even when the rotor is stationary: even when the machine is stopped it is possible to produce the main rotor magnetic field that is required for operation. Consequently, there is a starting torque that is much higher than that which would occur with a conventional synchronous motor: in fact, already with the rotor stationary there is a rotor magnetic field that tends to make the rotor rotate.
L’avvolgimento statorico principale, nel funzionamento da motore, è alimentato con una corrente alternata a frequenza regolabile grazie ad un convertitore di frequenza, che è un componente che può essere fornito separatamente dalla macchina: all'avviamento, l’avvolgimento statorico principale è alimentato con corrente a frequenza nulla e a seguire con corrente alternata a frequenza crescente fino a raggiungere la velocità desiderata. The main stator winding, in motor operation, is powered with an alternating current at an adjustable frequency thanks to a frequency converter, which is a component that can be supplied separately from the machine: at start-up, the main stator winding is powered with zero frequency current and then with alternating current with increasing frequency until the desired speed is reached.
Il controllo combinato della tensione di eccitazione della seconda eccitatrice e della tensione principale tramite il convertitore di frequenza consente di ottimizzare le curve di coppia del funzionamento come motore. Combined control of the excitation voltage of the second exciter and the main voltage via the frequency converter allows the torque curves of motor operation to be optimized.
Una particolare applicazione della macchina elettrica sincrona secondo la presente divulgazione è in una apparecchiatura di propulsione, ad esempio in una nave. L’apparecchiatura di propulsione comprende un motore endotermico (ad esempio un motore diesel a regime costante) che aziona un’elica di propulsione tramite un riduttore di velocità. Il motore endotermico aziona anche la macchina elettrica sincrona in funzionamento da generatore elettrico, che quindi permette la conversione della potenza meccanica non utilizzata dall’elica in potenza elettrica, ottimizzando così il funzionamento del motore endotermico. Se il motore endotermico va in avaria oppure se si desidera utilizzare l’elica per il posizionamento della nave (che richiede un azionamento dell’elica a velocità minore e variabile), il motore endotermico è disconnesso dall’elica e quest’ultima è azionata dalla macchina elettrica sincrona utilizzata come motore. L’avviamento come motore non richiede alcun motore di lancio ed è agevolmente gestibile. A particular application of the synchronous electric machine according to the present disclosure is in a propulsion apparatus, for example in a ship. The propulsion equipment includes an internal combustion engine (for example a diesel engine at constant speed) which drives a propeller through a speed reducer. The endothermic engine also drives the synchronous electric machine in operation as an electric generator, which therefore allows the conversion of the mechanical power not used by the propeller into electrical power, thus optimizing the operation of the endothermic engine. If the internal combustion engine fails or if you wish to use the propeller for ship positioning (which requires a slower and variable speed propeller drive), the internal combustion engine is disconnected from the propeller and the propeller is driven by the synchronous electric machine used as a motor. Starting as an engine does not require any launch engine and is easily manageable.
Ulteriori vantaggi, caratteristiche e le modalità d'impiego dell'oggetto della presente divulgazione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Further advantages, characteristics and methods of use of the object of the present disclosure will become evident from the following detailed description of its embodiments, presented by way of non-limiting example.
È comunque evidente come ciascuna forma di realizzazione dell'oggetto della presente divulgazione possa presentare uno o più dei vantaggi sopra elencati; in ogni caso non è richiesto che ciascuna forma di realizzazione presenti simultaneamente tutti i vantaggi elencati. It is however evident that each embodiment of the object of the present disclosure can present one or more of the advantages listed above; however, each embodiment is not required to simultaneously present all the listed advantages.
Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: Reference will be made to the figures of the attached drawings, in which:
- la Figura 1 rappresenta una vista laterale di una macchina elettrica sincrona secondo la presente divulgazione; Figure 1 represents a side view of a synchronous electric machine according to the present disclosure;
- la Figura 2 rappresenta una vista frontale della macchina elettrica di Figura 1; - la Figura 3 rappresenta una vista laterale parzialmente in sezione della macchina elettrica di Figura 1, in cui sono parzialmente visibili alcuni componenti interni della macchina elettrica; Figure 2 represents a front view of the electric machine of Figure 1; Figure 3 represents a partially sectional side view of the electric machine of Figure 1, in which some internal components of the electric machine are partially visible;
- la Figura 4 rappresenta una vista prospettica della cassa della macchina elettrica di Figura 1, dalla quale sono stati rimossi alcuni componenti; Figure 4 represents a perspective view of the case of the electric machine of Figure 1, from which some components have been removed;
- la Figura 5 rappresenta una vista laterale del rotore della macchina elettrica di Figura 1; Figure 5 represents a side view of the rotor of the electric machine of Figure 1;
- la Figura 6 rappresenta uno schema elettrico funzionale della macchina elettrica di Figura 1; Figure 6 represents a functional electrical diagram of the electric machine of Figure 1;
- la Figura 7 rappresenta, in una vista ingrandita, un dettaglio dello schema elettrico funzionale di Figura 6; Figure 7 represents, in an enlarged view, a detail of the functional electrical diagram of Figure 6;
- la Figura 8 rappresenta una vista frontale di una ruota porta-diodi della macchina elettrica di Figura 1; Figure 8 represents a front view of a diode-holder wheel of the electric machine of Figure 1;
- la Figura 9 rappresenta in modo schematico una apparecchiatura di propulsione secondo la presente divulgazione, comprendente una macchina elettrica di Figura 1. Figure 9 schematically represents a propulsion apparatus according to the present disclosure, comprising an electric machine of Figure 1.
Con riferimento alle figure allegate, una macchina elettrica sincrona secondo la presente divulgazione è indicata con il numero di riferimento 1. Come già anticipato, la macchina elettrica sincrona 1 è atta a funzionare alternativamente come generatore elettrico oppure come motore elettrico, a seconda delle necessità dell’utente, e pertanto ha un funzionamento ibrido. Nella modalità di funzionamento come generatore elettrico, la macchina elettrica 1 riceve una potenza meccanica in ingresso e la converte in potenza elettrica in uscita, in particolare in corrente elettrica trifase; nella modalità di funzionamento come motore elettrico, la macchina elettrica 1 riceve una potenza elettrica in ingresso e la converte in potenza meccanica in uscita. With reference to the attached figures, a synchronous electric machine according to the present disclosure is indicated with the reference number 1. As already mentioned, the synchronous electric machine 1 is suitable to operate alternatively as an electric generator or as an electric motor, according to the needs of the user, and therefore has a hybrid operation. In the operating mode as an electric generator, the electric machine 1 receives an input mechanical power and converts it into electric output power, in particular into three-phase electric current; in the operating mode as an electric motor, the electric machine 1 receives an electrical input power and converts it into mechanical output power.
La macchina elettrica 1 comprende una cassa o involucro scatolare 10 che supporta i componenti della macchina elettrica 1 e delimita una camera interna 11 nella quale sono disposti i componenti interni della macchina elettrica 1. The electric machine 1 comprises a case or box-like casing 10 which supports the components of the electric machine 1 and defines an internal chamber 11 in which the internal components of the electric machine 1 are arranged.
In sostanza, la cassa 10 è o comprende uno statore. Nella camera interna 11 è disposto un avvolgimento statorico principale 15, che in particolare è un avvolgimento a tre fasi. In essence, the case 10 is or comprises a stator. A main stator winding 15 is arranged in the inner chamber 11, which in particular is a three-phase winding.
La macchina elettrica 1 comprende un rotore 2 avente un albero 21 che è montato nella cassa 10 e si estende attraverso la camera interna 11. Il rotore 2 è montato su appositi cuscinetti, così da essere rotante rispetto alla cassa 10 attorno ad un asse longitudinale di rotazione 200. The electric machine 1 comprises a rotor 2 having a shaft 21 which is mounted in the casing 10 and extends through the internal chamber 11. The rotor 2 is mounted on suitable bearings, so as to be rotatable with respect to the casing 10 around a longitudinal axis of rotation 200.
Il rotore 2 comprende inoltre un avvolgimento rotorico principale 25, che è configurato per produrre un campo magnetico rotorico principale quando è percorso da una corrente elettrica continua. The rotor 2 further comprises a main rotor winding 25, which is configured to produce a main rotor magnetic field when passed through by a direct electric current.
L’avvolgimento statorico principale 15 e l’avvolgimento rotorico principale 25 sono configurati per cooperare tra loro ad induzione elettromagnetica durante il funzionamento della macchina elettrica sincrona 1. The main stator winding 15 and the main rotor winding 25 are configured to cooperate with each other by electromagnetic induction during the operation of the synchronous electric machine 1.
I dettagli costruttivi dell’avvolgimento statorico principale 15, dell’avvolgimento rotorico principale 25 e delle rispettive porzioni di statore 10 e di rotore 2, nonché le modalità di interazione tra di essi ed il loro funzionamento, non vengono qui descritti in maggiore dettaglio e si possono considerare di tecnica nota e sostanzialmente alla portata del tecnico del ramo del settore dei generatori elettrici sincroni, in particolare generatori di corrente alternata trifase. The construction details of the main stator winding 15, of the main rotor winding 25 and of the respective portions of the stator 10 and of the rotor 2, as well as the modalities of interaction between them and their operation, are not described in greater detail here. they can be considered to be of known art and substantially within the reach of those skilled in the art in the field of synchronous electric generators, in particular three-phase alternating current generators.
La macchina elettrica sincrona 1 comprende inoltre un sistema di eccitazione 3 per eccitare l’avvolgimento rotorico principale 25, cioè per fornire ad esso una corrente continua che produca il campo magnetico rotorico principale. The synchronous electric machine 1 also comprises an excitation system 3 to excite the main rotor winding 25, that is, to supply it with a direct current that produces the main rotor magnetic field.
Il sistema di eccitazione 3 comprende una prima eccitatrice 31 ed una seconda eccitatrice 32, che sono tra loro distinte e sono montate ad una certa distanza l’una dall’altra lungo l’asse longitudinale 200, così da non interferire l’una con l’altra. In altre parole, la prima eccitatrice 31 e la seconda eccitatrice 32 sono indipendenti tra loro. The excitation system 3 comprises a first exciter 31 and a second exciter 32, which are distinct from each other and are mounted at a certain distance from each other along the longitudinal axis 200, so as not to interfere with each other. 'other. In other words, the first exciter 31 and the second exciter 32 are independent of each other.
Un aspetto alla base della presente divulgazione è che ciascuna delle due eccitatrici 31, 32 è dedicata ad una rispettiva modalità di funzionamento della macchina elettrica sincrona 1. An aspect underlying the present disclosure is that each of the two exciters 31, 32 is dedicated to a respective operating mode of the synchronous electric machine 1.
Infatti, la prima eccitatrice 31 è una eccitatrice per la modalità “generatore elettrico”: essa è operativa quando la macchina elettrica sincrona 1 funziona come generatore elettrico e non è operativa quando la macchina elettrica sincrona 1 funziona come motore. La seconda eccitatrice 32 è una eccitatrice per la modalità “motore”: essa è operativa quando la macchina elettrica sincrona 1 funziona come motore e non è operativa quando la macchina elettrica sincrona 1 funziona come generatore elettrico. In fact, the first exciter 31 is an exciter for the "electric generator" mode: it is operative when the synchronous electric machine 1 works as an electric generator and is not operative when the synchronous electric machine 1 works as a motor. The second exciter 32 is an exciter for the "motor" mode: it is operative when the synchronous electric machine 1 works as a motor and is not operative when the synchronous electric machine 1 works as an electric generator.
Il passaggio da una modalità di funzionamento all’altra e la corrispondente attivazione/disattivazione delle due eccitatrici 31, 32 può essere attuata manualmente da un operatore oppure automaticamente da una unità di controllo e gestione con uno “switching” automatico. The transition from one operating mode to another and the corresponding activation / deactivation of the two exciters 31, 32 can be carried out manually by an operator or automatically by a control and management unit with an automatic "switching".
Ciascuna eccitatrice 31, 32 comprende un rispettivo avvolgimento statorico di eccitatrice ed un rispettivo avvolgimento rotorico di eccitatrice. Each exciter 31, 32 comprises a respective stator winding of an exciter and a respective rotor winding of an exciter.
La prima eccitatrice 31 comprende un avvolgimento statorico 41 ed un avvolgimento rotorico 51; la seconda eccitatrice 32 comprende un avvolgimento statorico 42 ed un avvolgimento rotorico 52. The first exciter 31 comprises a stator winding 41 and a rotor winding 51; the second exciter 32 comprises a stator winding 42 and a rotor winding 52.
Gli avvolgimenti statorici 41, 42 sono montati nella camera interna 11 della cassa 10 e sono fissati solidalmente allo statore. Gli avvolgimenti rotorici 51, 52 sono montati sull’albero 21 del rotore 2 e ruotano insieme al rotore 2. In altre parole, ciascuna eccitatrice 31, 32 ha una parte che è fissata allo statore 10 ed una parte che è fissata al rotore 2. The stator windings 41, 42 are mounted in the internal chamber 11 of the casing 10 and are fixedly fixed to the stator. The rotor windings 51, 52 are mounted on the shaft 21 of the rotor 2 and rotate together with the rotor 2. In other words, each exciter 31, 32 has a part that is fixed to the stator 10 and a part that is fixed to the rotor 2.
Nello specifico, l’avvolgimento rotorico principale 25, l’avvolgimento rotorico 51 della prima eccitatrice 31 e l’avvolgimento rotorico 52 della seconda eccitatrice 32 sono montati sullo stesso albero 21 del rotore 2. Specifically, the main rotor winding 25, the rotor winding 51 of the first exciter 31 and the rotor winding 52 of the second exciter 32 are mounted on the same shaft 21 of the rotor 2.
In ciascuna eccitatrice 31, 32, l’avvolgimento statorico 41, 42 e l’avvolgimento rotorico 51, 52 sono configurati per cooperare tra loro ad induzione elettromagnetica durante il funzionamento della macchina elettrica sincrona 1. In particolare, l’avvolgimento statorico 41, 42 viene alimentato con una corrente elettrica e genera un campo magnetico di eccitazione che, come sarà più chiaro nel seguito, induce una corrente elettrica nel rispettivo avvolgimento rotorico 51, 52. In each exciter 31, 32, the stator winding 41, 42 and the rotor winding 51, 52 are configured to cooperate with each other by electromagnetic induction during the operation of the synchronous electric machine 1. In particular, the stator winding 41, 42 it is fed with an electric current and generates a magnetic field of excitation which, as will become clearer in the following, induces an electric current in the respective rotor winding 51, 52.
Ciascun avvolgimento rotorico 51, 52 delle eccitatrici 31, 32 è collegato all’avvolgimento rotorico principale 25, con interposizione di almeno un raddrizzatore 35. In particolare il raddrizzatore 35, che fa parte del sistema di eccitazione 3, è un raddrizzatore a ponte di diodi (nello specifico, un ponte di diodi di Graetz) ed è montato su una ruota porta-diodi 28 che è solidale in rotazione con il rotore 2. Si tratta quindi di un raddrizzatore rotante. Each rotor winding 51, 52 of the exciters 31, 32 is connected to the main rotor winding 25, with the interposition of at least one rectifier 35. In particular, the rectifier 35, which is part of the excitation system 3, is a diode bridge rectifier (specifically, a Graetz diode bridge) and is mounted on a diode-holder wheel 28 which is integral in rotation with the rotor 2. It is therefore a rotating rectifier.
La corrente indotta in un avvolgimento rotorico 51, 52 viene pertanto raddrizzata e alimentata all’avvolgimento rotorico principale 25. The current induced in a rotor winding 51, 52 is therefore rectified and fed to the main rotor winding 25.
Nello specifico, per ottenere una corrente raddrizzata il più possibile continua, ciascun avvolgimento rotorico 51, 52 delle eccitatrici 31, 32 ha tre fasi (511, 512, 513; 521, 522, 523), collegate a stella. Il raddrizzatore 35 comprende un ponte di diodi per ciascun fase. I terminali di ciascun ponte di diodi sono connessi ai terminali 251, 252 dell’avvolgimento rotorico principale 25. Specifically, in order to obtain a rectified current as continuous as possible, each rotor winding 51, 52 of the exciters 31, 32 has three phases (511, 512, 513; 521, 522, 523), connected in a star. The rectifier 35 comprises a diode bridge for each phase. The terminals of each diode bridge are connected to the terminals 251, 252 of the main rotor winding 25.
Nel circuito di raddrizzamento sono presenti anche un condensatore 38 per smorzare le oscillazioni della tensione raddrizzata ed un protettore 39 contro le sovratensioni; questi aspetti sono di per sé noti al tecnico del ramo. I terminali del circuito di raddrizzamento sono connessi ai terminali 251, 252 dell’avvolgimento rotorico principale 25. In the rectification circuit there are also a capacitor 38 for damping the oscillations of the rectified voltage and a protector 39 against overvoltages; these aspects are per se known to those skilled in the art. The terminals of the rectification circuit are connected to the terminals 251, 252 of the main rotor winding 25.
Gli avvolgimenti rotorici 51, 52 delle due eccitatrici 31, 32 operano sul medesimo avvolgimento rotorico principale 25. Poiché durante il funzionamento della macchina elettrica 1 solamente una delle due eccitatrici 31, 32 è operativa, è opportuno che gli avvolgimenti rotorici 51, 52 delle due eccitatrici 31, 32 siano separati ed indipendenti, per evitare correnti indesiderate. Pertanto, ciascuna eccitatrice 31, 32 è collegata all’avvolgimento rotorico principale 25 con interposizione di un proprio raddrizzatore dedicato: l’avvolgimento rotorico 51 della prima eccitatrice 31 è collegato ad un primo raddrizzatore 351, l’avvolgimento rotorico 52 della seconda eccitatrice 32 è collegato ad un secondo raddrizzatore 352. Entrambi i raddrizzatori 351, 352 sono connessi ai terminali 251, 252 dell’avvolgimento rotorico principale 25. The rotor windings 51, 52 of the two exciters 31, 32 operate on the same main rotor winding 25. Since during the operation of the electric machine 1 only one of the two exciters 31, 32 is operative, it is appropriate that the rotor windings 51, 52 of the two exciters 31, 32 are separate and independent, to avoid unwanted currents. Therefore, each exciter 31, 32 is connected to the main rotor winding 25 with the interposition of its own dedicated rectifier: the rotor winding 51 of the first exciter 31 is connected to a first rectifier 351, the rotor winding 52 of the second exciter 32 is connected to a second rectifier 352. Both rectifiers 351, 352 are connected to the terminals 251, 252 of the main rotor winding 25.
Grazie a ciò, l’avvolgimento rotorico 51 della prima eccitatrice 31 non comunica con l’avvolgimento rotorico 52 della seconda eccitatrice 32, e viceversa. Come mostrato in Figura 7, i due raddrizzatori 351, 352 sono disposti in modo tale che non ci possa essere passaggio di corrente tra i due avvolgimenti rotorici 51, 52 delle eccitatrici 31, 32, perché la corrente che passa attraverso uno dei due raddrizzatori 351, 352 viene bloccata dall’altro raddrizzatore 352, 351 verso l’altro avvolgimento rotorico 52, 51. Thanks to this, the rotor winding 51 of the first exciter 31 does not communicate with the rotor winding 52 of the second exciter 32, and vice versa. As shown in Figure 7, the two rectifiers 351, 352 are arranged in such a way that no current can flow between the two rotor windings 51, 52 of the exciters 31, 32, because the current passing through one of the two rectifiers 351 , 352 is blocked by the other rectifier 352, 351 towards the other rotor winding 52, 51.
Ciascuno dei due raddrizzatori 351, 352 comprende tre ponti di diodi, uno per ciascuna fase. Each of the two rectifiers 351, 352 comprises three diode bridges, one for each phase.
I due raddrizzatori 351, 352 sono montati sulla medesima ruota porta-diodi 28, cioè sulla stessa armatura di supporto. Per facilitare le operazioni di manutenzione, i tre ponti di diodi 351a, 351b, 351c del primo raddrizzatore 351 sono montati tutti su una metà della ruota porta-diodi 28, mentre i tre ponti di diodi 352a, 352b, 352c del secondo raddrizzatore 352 sono montati tutti sull’altra metà della ruota porta-diodi 28 (si veda la Figura 8). The two rectifiers 351, 352 are mounted on the same diode-holder wheel 28, that is, on the same support armature. To facilitate maintenance operations, the three diode bridges 351a, 351b, 351c of the first rectifier 351 are all mounted on one half of the diode-holder wheel 28, while the three diode bridges 352a, 352b, 352c of the second rectifier 352 are all mounted on the other half of the diode wheel 28 (see Figure 8).
Per aumentare la sicurezza della macchina elettrica 1, ciascun ponte di diodi è ridondante, cioè ciascun ramo di ciascun ponte di diodi comprende una coppia di diodi 350a, 350b che sono disposti in serie: se uno dei due diodi 350a, 350b della coppia si danneggia e va in corto circuito, rimane comunque l’altro diodo 350b, 350a della coppia che continua a svolgere la sua funzione di raddrizzamento e bloccaggio unidirezionale della corrente. To increase the safety of the electric machine 1, each diode bridge is redundant, i.e. each branch of each diode bridge comprises a pair of diodes 350a, 350b which are arranged in series: if one of the two diodes 350a, 350b of the pair is damaged and short-circuits, the other diode 350b, 350a of the pair still remains and continues to perform its unidirectional rectification and blocking function of the current.
Le due eccitatrici 31, 32 sono differenti tra loro, essendo destinate a modalità di funzionamento differenti. The two exciters 31, 32 are different from each other, being intended for different operating modes.
La prima eccitatrice 31 è una eccitatrice in corrente continua, cioè il suo avvolgimento statorico 41 è configurato per essere alimentato in corrente continua e per produrre un campo magnetico stazionario che agisce sul rispettivo avvolgimento rotorico 51. Durante il funzionamento della macchina elettrica 1 come generatore elettrico, il rotore 2 è fatto ruotare da una forza motrice esterna e quindi l’avvolgimento rotorico 51 della prima eccitatrice 31 ruota rispetto a tale campo magnetico stazionario prodotto dall’avvolgimento statorico 41: nell’avvolgimento rotorico 51 si ha pertanto l’induzione elettromagnetica che produce la corrente di eccitazione dell’avvolgimento rotorico principale 25. The first exciter 31 is a d.c. , the rotor 2 is made to rotate by an external driving force and therefore the rotor winding 51 of the first exciter 31 rotates with respect to this stationary magnetic field produced by the stator winding 41: in the rotor winding 51 there is therefore electromagnetic induction which produces the excitation current of the main rotor winding 25.
La prima eccitatrice 31 può essere una eccitatrice in corrente continua di tipo convenzionale per gli alternatori sincroni. The first exciter 31 can be a direct current exciter of the conventional type for synchronous alternators.
L’alimentazione in corrente continua dell’avvolgimento statorico 41 della prima eccitatrice 31 è fornita da un regolatore di tensione 63 (“Automatic Voltage Regulator”) facente parte di una unità di controllo e gestione 6 della macchina elettrica 1. Il regolatore di tensione 63 riceve la potenza necessaria da un generatore a magneti permanenti 68 che è montato sul rotore 2. Sulla linea del generatore a magneti permanenti 68, o in alternativa sulla linea che va all’avvolgimento statorico 41 della prima eccitatrice 31, è previsto un gruppo di interruttori 61 che sono chiusi quando la macchina elettrica 1 funziona da generatore e sono aperti quanto la macchina elettrica 1 funziona da motore. The direct current power supply of the stator winding 41 of the first exciter 31 is supplied by a voltage regulator 63 ("Automatic Voltage Regulator") which is part of a control and management unit 6 of the electric machine 1. The voltage regulator 63 receives the necessary power from a permanent magnet generator 68 which is mounted on rotor 2. A group of switches is provided on the line of the permanent magnet generator 68, or alternatively on the line that goes to the stator winding 41 of the first exciter 31 61 which are closed when the electric machine 1 works as a generator and are open when the electric machine 1 works as a motor.
La seconda eccitatrice 32 è una eccitatrice in corrente alternata, cioè il suo avvolgimento statorico 42 è configurato per essere alimentato in corrente alternata e per produrre un campo magnetico rotante che agisce sul rispettivo avvolgimento rotorico 52. In particolare, l’avvolgimento statorico 42 è un avvolgimento a tre fasi. Quando la macchina elettrica 1 deve essere fatta funzionare come motore, il rotore 2 è inizialmente fermo e quindi anche l’avvolgimento rotorico 52 della seconda eccitatrice 32 è inizialmente fermo rispetto all’avvolgimento statorico 42. In questo caso, l’induzione elettromagnetica necessaria per produrre la corrente di eccitazione dell’avvolgimento rotorico principale 25 è ottenuta grazie alla rotazione del campo magnetico prodotto dall’avvolgimento statorico 42, tale campo magnetico essendo rotante rispetto allo statore 10 e rispetto all’avvolgimento rotorico 52 della seconda eccitatrice 32, invece che grazie alla rotazione del rotore rispetto allo statore come avviene per la prima eccitatrice 31. Pertanto, anche a rotore 2 fermo, nell’avvolgimento rotorico 52 si ha l’induzione elettromagnetica che produce la corrente di eccitazione dell’avvolgimento rotorico principale 25. The second exciter 32 is an alternating current exciter, ie its stator winding 42 is configured to be fed with alternating current and to produce a rotating magnetic field which acts on the respective rotor winding 52. In particular, the stator winding 42 is a three-phase winding. When the electric machine 1 is to be operated as a motor, the rotor 2 is initially stationary and therefore also the rotor winding 52 of the second exciter 32 is initially stationary with respect to the stator winding 42. In this case, the electromagnetic induction necessary for producing the excitation current of the main rotor winding 25 is obtained thanks to the rotation of the magnetic field produced by the stator winding 42, this magnetic field being rotating with respect to the stator 10 and with respect to the rotor winding 52 of the second exciter 32, instead of thanks to the rotation of the rotor with respect to the stator as occurs for the first exciter 31. Therefore, even with the rotor 2 stopped, in the rotor winding 52 there is electromagnetic induction which produces the excitation current of the main rotor winding 25.
L’alimentazione in corrente alternata trifase dell’avvolgimento statorico 42 della seconda eccitatrice 32 è fornita ad esempio da una sorgente esterna 69. Sulla linea tra la sorgente esterna 69 e l’avvolgimento statorico 52 della seconda eccitatrice 32, è previsto un gruppo di interruttori 62 che sono chiusi quando la macchina elettrica 1 funziona da motore e sono aperti quanto la macchina elettrica 1 funziona da generatore. The three-phase alternating current supply of the stator winding 42 of the second exciter 32 is supplied for example by an external source 69. A group of switches is provided on the line between the external source 69 and the stator winding 52 of the second exciter 32. 62 which are closed when the electric machine 1 works as a motor and are open when the electric machine 1 works as a generator.
La macchina elettrica 1, nel funzionamento come motore, è azionata da un convertitore di frequenza o inverter 70 (che può essere fornito separatamente dalla macchina elettrica 1) che è gestibile tramite l’unità di controllo e gestione 6 di sistema. Quando la macchina elettrica 1 funziona come motore, il convertitore di frequenza 70 alimenta l’avvolgimento statorico principale 15 con una corrente alternata (in particolare, una corrente alternata trifase) a frequenza regolabile. The electric machine 1, in operation as a motor, is driven by a frequency converter or inverter 70 (which can be supplied separately from the electric machine 1) which is manageable through the control and management unit 6 of the system. When the electric machine 1 works as a motor, the frequency converter 70 powers the main stator winding 15 with an alternating current (in particular, a three-phase alternating current) at an adjustable frequency.
Eventualmente, anche la sorgente esterna 69 per la seconda eccitatrice 32 può essere derivata dal convertitore di frequenza 70. Optionally, the external source 69 for the second exciter 32 can also be derived from the frequency converter 70.
L’unità di controllo e gestione 6 può essere configurata per controllare l’apertura / chiusura degli interruttori 61, 62 a seconda della modalità di funzionamento, oltre che per azionare e gestire il convertitore di frequenza 70. Il passaggio da una modalità all’altra ed in particolare l’attivazione e la disattivazione delle rispettive eccitatrici 31, 32 deve avvenire a rotore 2 fermo per evitare danneggiamenti. The control and management unit 6 can be configured to control the opening / closing of the switches 61, 62 according to the operating mode, as well as to operate and manage the frequency converter 70. Switching from one mode to another and in particular the activation and deactivation of the respective exciters 31, 32 must take place with the rotor 2 stopped to avoid damage.
L’unità di controllo e gestione 6 può comprendere inoltre una propria alimentazione 66, un rilevatore/misuratore di corrente 64 ed un rilevatore/misuratore di tensione 65 nel circuito dell’avvolgimento statorico principale 15 e altri dispositivi di controllo e di sicurezza che sono noti al tecnico del ramo. The control and management unit 6 may further comprise its own power supply 66, a current detector / meter 64 and a voltage detector / meter 65 in the circuit of the main stator winding 15 and other control and safety devices which are known to the person skilled in the art.
Sul rotore 2 può ad esempio essere montata una ventola di raffreddamento 27. La macchina elettrica 1 comprende inoltre un encoder assoluto 16 per il controllo del tiro da fermo, un sistema di raffreddamento 17 a circolazione d’acqua, un sistema di lubrificazione 18. Questi elementi ed altri elementi accessori che sono usualmente presenti nelle macchine elettriche sincrone possono essere considerati sostanzialmente alla portata del tecnico del ramo e quindi non vengono descritti in dettaglio. On the rotor 2, for example, a cooling fan 27 can be mounted. The electric machine 1 further comprises an absolute encoder 16 for controlling the pull from standstill, a cooling system 17 with water circulation, a lubrication system 18. These elements and other accessory elements that are usually present in synchronous electrical machines can be considered substantially within the reach of the person skilled in the art and therefore are not described in detail.
Si descrive nel seguito il funzionamento di base della macchina elettrica sincrona 1 nelle sue due modalità di funzionamento. The basic operation of the synchronous electric machine 1 in its two operating modes is described below.
Quando la macchina elettrica sincrona 1 deve essere operata come generatore elettrico, gli interruttori 61 vengono chiusi (connettendo così l’avvolgimento statorico 41 della prima eccitatrice 31 alla alimentazione di corrente continua) e gli interruttori 62 vengono aperti (disconnettendo così l’avvolgimento statorico 42 della seconda eccitatrice 32). Il convertitore di frequenza 70 è scollegato dall’avvolgimento statorico principale 15. When the synchronous electric machine 1 is to be operated as an electric generator, the switches 61 are closed (thus connecting the stator winding 41 of the first exciter 31 to the direct current supply) and the switches 62 are opened (thus disconnecting the stator winding 42 of the second exciter 32). The frequency converter 70 is disconnected from the main stator winding 15.
Il rotore 2 viene quindi connesso alla potenza motrice esterna ed è posto in rotazione alla velocità di sincronia. Il generatore a magneti permanenti 68 produce una corrente che alimenta il regolatore di tensione 63, il quale a sua volta alimenta l’avvolgimento statorico 41 della prima eccitatrice 31 con una corrente elettrica continua. The rotor 2 is then connected to the external motive power and is set in rotation at the synchronous speed. The permanent magnet generator 68 produces a current that feeds the voltage regulator 63, which in turn feeds the stator winding 41 of the first exciter 31 with a direct electric current.
L’avvolgimento statorico 41 produce un campo magnetico che, grazie al movimento del rotore 2, genera una corrente alternata indotta nell’avvolgimento rotorico 51 della prima eccitatrice 31. Tale corrente alternata indotta è raddrizzata e trasformata in corrente continua dal primo raddrizzatore 351; la corrente continua ottenuta alimenta l’avvolgimento rotorico principale 25 e produce un campo magnetico rotorico principale che ruota con il rotore 2 ed induce una corrente elettrica alternata nell’avvolgimento statorico principale 15. La corrente elettrica alternata così ottenuta è prelevata ai morsetti 150 per essere utilizzata. In particolare, l’avvolgimento statorico principale 15 è un avvolgimento a tre fasi e quindi la corrente ottenuta è una corrente alternata trifase. The stator winding 41 produces a magnetic field which, thanks to the movement of the rotor 2, generates an alternating current induced in the rotor winding 51 of the first exciter 31. This induced alternating current is rectified and transformed into direct current by the first rectifier 351; the direct current obtained feeds the main rotor winding 25 and produces a main rotor magnetic field which rotates with the rotor 2 and induces an alternating electric current in the main stator winding 15. The alternating electric current thus obtained is drawn at the terminals 150 to be used. In particular, the main stator winding 15 is a three-phase winding and therefore the current obtained is a three-phase alternating current.
Quando la macchina elettrica sincrona 1 deve essere operata come motore elettrico, gli interruttori 61 vengono aperti (disconnettendo così l’avvolgimento statorico 41 della prima eccitatrice 31 dalla alimentazione di corrente continua) e gli interruttori 62 vengono chiusi (connettendo così l’avvolgimento statorico 42 della seconda eccitatrice 32 alla sorgente esterna 69 di corrente alternata trifase). Queste operazioni vengono effettuate a macchina ferma. When the synchronous electric machine 1 is to be operated as an electric motor, the switches 61 are opened (thus disconnecting the stator winding 41 of the first exciter 31 from the direct current supply) and the switches 62 are closed (thus connecting the stator winding 42 of the second exciter 32 to the external source 69 of three-phase alternating current). These operations are carried out with the machine stopped.
L’avvolgimento statorico 42 della seconda eccitatrice 32, alimentato con la corrente alternata trifase della sorgente esterna 69, genera un campo magnetico rotante che agisce sull’avvolgimento rotorico 52 (fermo) della seconda eccitatrice 32 e produce in esso una corrente alternata indotta. Tale corrente alternata indotta è raddrizzata e trasformata in corrente continua dal secondo raddrizzatore 352; la corrente continua ottenuta alimenta l’avvolgimento rotorico principale 25 e produce un campo magnetico rotorico principale. Si noti che il campo magnetico rotorico principale si ha già a rotore 2 fermo. The stator winding 42 of the second exciter 32, powered with the three-phase alternating current of the external source 69, generates a rotating magnetic field which acts on the rotor winding 52 (stationary) of the second exciter 32 and produces an induced alternating current therein. This induced alternating current is rectified and transformed into direct current by the second rectifier 352; the direct current obtained feeds the main rotor winding 25 and produces a main rotor magnetic field. Note that the main rotor magnetic field already occurs with rotor 2 at a standstill.
L’avvolgimento statorico principale 15 è alimentato, tramite il convertitore di frequenza 70, con una corrente alternata trifase a frequenza crescente, inizialmente nulla. Si ottiene un campo magnetico rotante (a velocità crescente con la frequenza) al quale il campo magnetico rotorico principale tende ad allinearsi. Si ha pertanto la coppia di spunto che è necessaria per mettere in rotazione il rotore 2. La frequenza della corrente di alimentazione dell’avvolgimento statorico principale 15 è aumentata fino al raggiungimento della velocità di rotazione desiderata. Il rotore 2 eroga potenza meccanica all’albero 21. The main stator winding 15 is powered, through the frequency converter 70, with a three-phase alternating current with increasing frequency, initially zero. A rotating magnetic field is obtained (at an increasing speed with frequency) to which the main rotor magnetic field tends to align itself. There is therefore the starting torque that is necessary to rotate the rotor 2. The frequency of the power supply current of the main stator winding 15 is increased until the desired rotation speed is reached. Rotor 2 delivers mechanical power to shaft 21.
Si noti che la seconda eccitatrice 32 continua a produrre la corrente di eccitazione dell’avvolgimento rotorico principale 25 anche quando il rotore 2 è in moto: mentre nella fase di avviamento da fermo l’induzione è dovuta solo alla rotazione del campo magnetico rotante generato dall’avvolgimento statorico 42, quando il rotore 2 è in moto l’induzione è dovuta all’effetto combinato della rotazione del campo magnetico rotante e della rotazione dell’avvolgimento rotorico 52 con il rotore 2. Una potenza di eccitazione dell’avvolgimento rotorico principale 25 è quindi assicurata ad ogni velocità del rotore 2. It should be noted that the second exciter 32 continues to produce the excitation current of the main rotor winding 25 even when the rotor 2 is in motion: while in the starting phase from standstill the induction is due only to the rotation of the rotating magnetic field generated by the 'stator winding 42, when the rotor 2 is in motion the induction is due to the combined effect of the rotation of the rotating magnetic field and the rotation of the rotor winding 52 with the rotor 2. An excitation power of the main rotor winding 25 it is therefore ensured at any rotor speed 2.
Il controllo combinato della tensione della corrente alternata dalla sorgente esterna 69 e della tensione della corrente alimentata all’avvolgimento statorico principale 15 permette di ottimizzare le curve di coppia del funzionamento come motore. The combined control of the voltage of the alternating current from the external source 69 and of the voltage of the current fed to the main stator winding 15 allows to optimize the torque curves of operation as a motor.
Si noti che, nella modalità di funzionamento come motore, la sorgente esterna 69 potrebbe essere una rete elettrica esistente. Pertanto, non sarebbe necessario prevedere un inverter per alimentare la seconda eccitatrice 32 durante il funzionamento come motore. In alternativa, la seconda eccitatrice 32 è controllata in tensione da un inverter principale. Note that, in the motor mode of operation, the external source 69 could be an existing electrical network. Therefore, it would not be necessary to provide an inverter to power the second exciter 32 during operation as a motor. Alternatively, the second exciter 32 is voltage controlled by a main inverter.
Un esempio di applicazione si ha in una apparecchiatura di propulsione 8, in particolare per uso marino su una nave; l’apparecchiatura di propulsione 8 è mostrata schematicamente in Figura 9. Tale apparecchiatura di propulsione 8 comprende un motore endotermico 81 (ad esempio un motore diesel), una macchina elettrica sincrona 1, un sistema di trasmissione 83, un’elica di propulsione 85 ed il suo albero 86. An example of application is found in a propulsion apparatus 8, in particular for marine use on a ship; the propulsion apparatus 8 is schematically shown in Figure 9. This propulsion apparatus 8 comprises an internal combustion engine 81 (for example a diesel engine), a synchronous electric machine 1, a transmission system 83, a propeller 85 and his tree 86.
L’elica 85 è montata sull’albero 86 che è collegato al sistema di trasmissione 83. Anche il rotore 2 della macchina elettrica sincrona 1 è collegato al sistema di trasmissione 83. The propeller 85 is mounted on the shaft 86 which is connected to the transmission system 83. The rotor 2 of the synchronous electric machine 1 is also connected to the transmission system 83.
Il motore endotermico 81 può essere connesso o disconnesso al/dal sistema di trasmissione 83. In particolare, il motore endotermico 81 è un motore di propulsione che ha una velocità di funzionamento sostanzialmente costante. The internal combustion engine 81 can be connected or disconnected to / from the transmission system 83. In particular, the internal combustion engine 81 is a propulsion engine which has a substantially constant operating speed.
Il sistema di trasmissione 83 comprende un riduttore di velocità per fare ruotare l’elica 85 ad una velocità fissata. Il sistema di trasmissione 83 funge anche da riduttore di velocità per fare ruotare il rotore 2 alla velocità richiesta per la frequenza desiderata della corrente elettrica generata, quando la macchina elettrica 1 è utilizzata come generatore elettrico. Ovviamente, il sistema di trasmissione 83 può essere configurato in modo tale da permettere che la velocità dell’elica 85 e la velocità del rotore 2 siano diverse tra loro. The transmission system 83 includes a speed reducer to make the propeller 85 rotate at a fixed speed. The transmission system 83 also acts as a speed reducer to rotate the rotor 2 at the required speed for the desired frequency of the generated electric current, when the electric machine 1 is used as an electric generator. Obviously, the transmission system 83 can be configured in such a way as to allow the speed of the propeller 85 and the speed of the rotor 2 to be different from each other.
L’apparecchiatura di propulsione 8 può operare in due modalità di funzionamento. In una prima modalità, che corrisponde ad esempio ad una condizione normale di navigazione della nave, il motore endotermico 81 è connesso al sistema di trasmissione 83: esso fornisce potenza all’elica 85 e alla macchina elettrica sincrona 1, la quale funziona come generatore elettrico. Si ha quindi produzione di potenza di propulsione all’elica 85 e produzione di potenza elettrica ai morsetti 150 della macchina elettrica sincrona 1. The propulsion equipment 8 can operate in two operating modes. In a first mode, which corresponds for example to a normal navigation condition of the ship, the internal combustion engine 81 is connected to the transmission system 83: it supplies power to the propeller 85 and to the synchronous electric machine 1, which functions as an electrical generator . There is therefore production of propulsion power at the propeller 85 and production of electrical power at terminals 150 of the synchronous electric machine 1.
In una seconda modalità, che corrisponde ad esempio ad una condizione di avaria del motore endotermico o ad una operazione di posizionamento della nave, il motore endotermico 81 è disconnesso dal sistema di trasmissione 83 e la macchina elettrica sincrona 1 funziona come motore. La macchina elettrica sincrona 1 fa ruotare l’elica 85 attraverso il sistema di trasmissione 83, con produzione di potenza di propulsione all’elica 85 e consumo di potenza elettrica assorbita dalla macchina elettrica sincrona 1. In a second mode, which corresponds for example to a failure condition of the internal combustion engine or to a positioning operation of the ship, the internal combustion engine 81 is disconnected from the transmission system 83 and the synchronous electric machine 1 operates as a motor. The synchronous electric machine 1 rotates the propeller 85 through the transmission system 83, with production of propulsion power at the propeller 85 and consumption of electrical power absorbed by the synchronous electric machine 1.
Si noti che in questa seconda modalità di funzionamento la velocità della macchina elettrica sincrona 1 è regolabile e dunque la velocità dell’elica 85 (e quindi la sua spinta) può essere variata secondo necessità, come richiesto in una operazione di posizionamento. Note that in this second operating mode the speed of the synchronous electric machine 1 is adjustable and therefore the speed of the propeller 85 (and therefore its thrust) can be varied as needed, as required in a positioning operation.
Ad esempio, in questa applicazione, la macchina elettrica sincrona 1 ha una potenza nominale di 1250 kW, fornita al 100% nel funzionamento come generatore elettrico e al 70% nel funzionamento come motore. For example, in this application, the synchronous electric machine 1 has a nominal power of 1250 kW, supplied 100% in operation as an electric generator and 70% in operation as a motor.
L'oggetto della presente divulgazione è stato fin qui descritto con riferimento a sue forme di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, tutte rientranti nell'ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito esposte. The object of the present disclosure has been described up to now with reference to its embodiments. It is to be understood that other embodiments may exist which pertain to the same inventive core, all falling within the protection scope of the claims set out below.
Claims (11)
Priority Applications (2)
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| IT000217A ITVR20130217A1 (en) | 2013-09-19 | 2013-09-19 | SYNCHRONOUS ELECTRIC MACHINE WITH HYBRID OPERATION |
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