NO117250B - - Google Patents

Description

Strømforsyningsanlegg for skip med akselgenerator.

Oppfinnelsen angår et strømforsyningsanlegg for skip, bestemt til* å frembringe en vekselspenning med konstant frekvens og omfattende en akselgenerator i form av en synkrongenerator som drives med sterkt variabelt omdreiningstall og efterfølges av en ikke styrt likeretter og en vekselretter. ;Der er kjent strømforsyningsanlegg med akselgeneratorer hvor den som trefasegenerator utførte akselgenerator roterer med variabelt omdreiningstall og magnetiseres med et dreiefelt hvis størrelse og frekvens stilles inn slik at der i det av akselgeneratoren forsynte trefasenétt står til rådighet en spenning med konstant høyde og frekvens. ;Slike akselgeneratorer krever en stor investering, fremfor alt når de er dimensjonert for lave nominelle omdreiningstall. Akselgeneratoren har da mange poler og liten luftspalte. Videre er det uheldig" at der kreves et, kostbart vekselretteranlegg til å frembringe det méd hensyn til frekvens og størrelse, variable dreiefelt for akselgeneratorens magnetisering. ;Videre er der kjent en akselgenerator utført som like-strømmaskin. Ved hjelp av en likestrømmotor som driver en trefasegenerator, forsynes skipsnettet med trefaset strøm. Frekvens og spenning i skipsnettet blir holdt konstante ved styring av magnetiseringen av henholdsvis likestrømmaskinene og trefasegeneratoren. Også dette akselgenerator-anlegg med kommutatormaskiner blir forholdsvis kostbart. Dessuten krever dette anlegg stor plass og stadig tilsyri. ;Det er også kjent som akselgenerator å bénytte en asynkronmaskin som drives oversynkront. Den forlangte konstante frekvens blir tilveiebragt ved hjelp av en regulerbar belastnings-krets bestående av en likeretter og en likestrømmotor. Asynkron-maskinens sekundærvikling mater likeretteren, som i sin tur mater likestrømmotoren. Den effekt som tas fra sekundærviklingen, blir fortrinnsvis ført tilbake til nettet over en synkronmaskin som er tilkoblet likestrømmotoren, og som samtidig leverer den blindeffekt som skal til for asynkronmaskinen. Også for dette anlegg gjelder de ulemper som er anført for de anordninger som allerede blev omtalt ovenfor. Som ulempe kunde man også fremheve at dette anlegg ikke er selvstartende. Skipsnettet må allerede være strømførende når man kobler inn asynkronmaskinen som tjener som akselgenerator. - ■ Videre er-der kjent et akselgenerator-anlegg hvor akselgeneratoren frembringer trefasestrøm som likerettes og over en selvført vekselretter igjen omdannes til trefasestrøm. SelvfØrte vekselretters er imidlertid kostbare og kompliserte, da der må an-ordnes midler til å levere blindstrømmen og kommuteringsstrømmen. Foråt utgangsspenningen skal bli omtrent sinusformet, må der dessuten anvendes filterkretser. Sluttelig er dtit vanskelig å treffe forholds-regler til beskyttelse i tilfellet av kortslutning, da den selvførte vekselretter ikke kan avgi noen kortslutningsstrøm som bringer ;sikringer til å smelte.;Oppfinnelsens oppgave er derfor å skaffe et strøm-forsyningsanlegg som kan frembringe en vekselspenning med konstant frekvens for skip, og hvor de nevnte ulemper er ryddet av veien. ;Der skal med enkle midler og med minimale omkostninger skaffes et økonomisk arbeidende strømforsyningsanlegg som selv i tilfellet av kortslutning ikke uten videre faller ut, og som kan tas i drift uten noe eksisterende strømførende skipsnett. Utgangspunktet er en akselgenerator i form av en synkrongenerator som drives av skipspropel-lerens aksel, og som efterfølges av en ikke styrt likeretter og en vekselretter. Oppfinnelsen består nu i at vekselretteren er en nettfort vekselretter, at der ennyidére er anordnet en synkronmaskin som under drift av akselgeneratoren er fast forbundet med vekselretterens utgang og med skipsnettet, at der er tilordnet akselgeneratoren en reguleringsinnretning som endrer akselgeneratorens magnetiserings-strøm i retning av konstant skipsnettsfrekvens, samt at der er tilordnet synkronmaskinen en reguleringsinnretning som endrer synkronmaskinens magnetiseringsstrøm i retning av konstant skipsnettsspen-ning. ;Ved passende regulering av synkronmaskinen blir altså skipsnettets spenning holdt konstant uavhengig *av dets belastning, og det selv når synkronmaskinen uten mekanisk drift løper tomt med som faseforskyver. Skipsnettets frekvens påvirkes via akselgeneratorens magnetisering. F.eks. fører en økning av strømmen i^likestrøm-mellem-kretsen til en høyning av skipsnettfrekvensen, betinget ved den nett-førte vekselretters egenskaper. Forutsetningen er bare at der fore-kommer forbrukere som f.eks. ved effekt- resp. strøm-økning reagerer med en frekvensstigning. Dette tilfelle er her allerede gitt ved synkronmaskinen,som ligger ved vekselretterens utgang.

Synkronmaskinen som under akselgeneratorens drift er

fast forbundet med vekselretterens utgang og med skipsnettet, fyller flere funksjoner. Den dekker for det første skipsnettets blind-;effekt-behov og"for det annet behovet for kommutéringsstrømmer til vekselretteren og representerer således en kominuteringshjelp for vekselretteren. Dessuten danner den en filterkrets for overbølgene fra vekselretteren.

For å oppnå en konstant spenning ved synkronmaskinens utgang kan der hensiktsmessig også være anordnet en kompounderings-innretning.

Hovedfordelene ved forsyningsanlegget ifølge oppfinnelsen består i at omkostningene til utstyret blir meget små sammen-holdt med kjente anlegg og der. er sikret en god regulerbarhet av frekvens og spenning i skipsnettet som skal forsynes, ved vilkårlig frekvens fra akselgeneratoren.

Den effekt som avgis av akselgeneratoren, er proporsjonal med differansespenningen mellem synkronmaskinens og akselgeneratorens spenning . Behovet for blindstrfim og kommuterings-strommer til vekselretteren er samtidig proporsjonalt med den effekt som leveres av akselgeneratoren. Stiger nu den leverte effekt dynamisk på grunn av en ytre forstyrrelse, så synker spenningen ved vekselretterens utgang fordi synkronmaskinen må avgi Øket blindeffekt. Hvis nu spenningen ved likeretterens inngang blev dynamisk opprettholdt, vilde differansespenningen bli flket og den overleverte effekt dermed 6ket ytterligere. Anlegget vilde altså være ustabilt og strOmmen stige over alle grenser. Derfor blir det iffllge oppfinnelsen foreslått at synkronmaskinen og/eller akselgeneratoren blir dimensjonert slik med hensyn til sine reaktanser at sttttkortslutnings-strommen bak den ikke styrte likeretter er mindre enn synkronmaskinens -st6tkortslutningsstr6m. Akselgeneratoren får dermed en dynamisk karakteristikk, idet dens spenning ved en strOmOkning synker i sterkere grad enn det er tilfellet ved synkronmaskinen. Denne dynamiske karakteristikk av akselgeneratoren blir f.eks. opp-nådd ved at man gir den en forholdsvis stor sttttkortslutnings-reaktans. Med sikte på dette blir det if&lge oppfinnelsen videre foreslått at der som akselgenerator anvendes en synkronmaskin uten dempervikling. Dette betyr samtidig en ytterligere Skonomisk fordel fordi synkronmaskiner uten dempervikling er billigere enn slike med d emp er vi kl in g.

Ved en annen utførelse i henhold til oppfinnelsen blir det foreslått at der mellem skipsnettgeneratoren og skipsnettet er innkoblet en nettdrossel. Synkronmaskinens kompounderings- eller reguleringsinnretning er samtidig dimensjonert slik at spenningsfallet på nettdrosselen blir utlignet eller utregulert på en slik måte at skipsnettspenningen forblir konstant.

Ved kortslutning i skipsnettet forhindrer nettdrosselen i

at vekselretteren faller ut av takt fordi spenningen ved vekselretterens utgang ikke går tilbake til null. Årsaken er at synkronmaskinens kortslutnings-strom går over drosselen og forårsaker et spenningsfall. Ved hjelp av nettdrosselen blir ennvidere over-bOlger fra vekselretteren holdt borte fra skipsnettet. Foråt der ikke skal opptre lastavhengige spenningsvariasjoner i skipsnettet, blir spenningsfallet på nettdrosselen utregulert med av synkronmaskinens reguleringsinnretning.

Ifølge oppfinnelsen blir det videre foreslått at nettdrosselen skal være shuntet ved frakoblet akselgenerator. Dermed reduseres forbigående spenningsfall under innkobling av forbrukere. Ifølge et ytterligere forslag i samsvar med oppfinnelsen er det gunstig at synkronmaskinen tjener som en skipsnettgenerator som under drift av akselgeneratoren er frakoblet sin hjelpekraftmaskin. Under drift av akselgeneratoren behøver hjelpekraftmaskinen da ikke å rotere tomt med.

Som en videre utvikling av oppfinnelsen blir det til dette formål foreslått å forsyne nettdrosselen med et uttak som synkronmaskinen er tilsluttet. Denne forholdsregel er gunstig forsåvidt som drosselen virker som transformator og ved en kortslutning i skipsnettet sOrger for en høyere spenning ved vekselretterens utgang enn hvad som er tilfellet ved en direkte tilslutning av synkronmaskinen til vekselretteren.

Skal akselgeneratoren arbeide parallelt med ytterligere synkronmaskiner drevet av hjelpekraftmaskiner, så lar dette seg. bare gjøre dersom akselgeneratorens frekvens blir regulert slik at fre-kvensen ved fikende avgitt effekt synker i samme grad som ved kraft-maskinene. En slik regulering faller imidlertid forholdsvis kostbar. Det er derfor hensiktsmessig at frekvensreguleringen i tilfellet av parallelldrift med ytterligere synkronmaskiner drevet av kraft-maskiner skjer via kraftmaskinenes omdreiningstallregulering. Regu-leringsstørrelsen for akselgeneratoren blir da dennes avgitte effekt eller effektavgivelsen fra de paralleltarbeidende synkronmaskiner.

Ved Økende belastning på skipsnettet Øker også leveringen av blindeffekt fra synkronmaskinen eller fra synkronmaskin ene hvis der foreligger flere. I den forbindelse blir det ifølge oppfinnelsen foreslått at synkronmaskinene i det sistnevnte tilfelle blir innkoblet avhengig av skipsnettbelastningen og idriftsettelsen av synkronmaskinene skjer efter asynkron start av disse i umagnetisert tilstand. Magnetiseringen blir først tilkoblet efterat skipsnettgeneratoren er løpt igang asynkront. Derved spares en start av den tilhørende Dieselmotor. På denne måte blir det også mulig å starte synkronmaskinen ved defekt Dieselmotor.

I mange tilfeller foreligger det krav at aksel-generatoranlegget skal tas i drift uten at der står til rådighet noe nett som er sterkt nok for starten av synkronmaskinen. Idrift-setteisen kan da i henhold til oppfinnelsen skje på den måte at synkronmaskinen er tilsluttet akselgeneratoren direkte under shunting av likeretter og vekselretter og lOper igang asynkront, at vekselretteren under den asynkrone start ikke får noen tennepulser, og at shuntingen blir opphevet og vekselretteren forsynt med tennepulser efterat synkronmaskinen er 10pt igang og magnetisert. Når vekselretteren ikke får tennepulser, fOrer den ingen strttm.

Tegningen viser et utfttrelseseksempel på oppfinnelsens gjenstand. Fig. 1 er et prinsippkoblingsskjema for strOm-forsyningsanlegget ifttlge oppfinnelsen. Fig. 2 viser en hensiktsmessig videre utformning for tilslutningen av synkronmaskinen.

En akselgenerator 10 (fig. 1) som har en magneti-seringsvikling 11 og en ankervikling 12 og drives av en propeller-aksel 13, mater en ikke styrt likeretter 14. Efter likeretteren 14

er der innkoblet en nettfOrt vekselretter 15, som mater et akipsnett l6. Ved utgangen fra vekselretteren 15 ligger ennvidere en synkronmaskin 17 som er anordnet som skipsnettgenerator og kan tilkobles et Dieselaggregat 19 over en utlOsbar kobling 18.

En Onske-/målfiverdisammenligner 20 hos en reguleringsinnretning for synkronmaskinen 17 sammenligner spenningen i skips-^ nettet 16 med en på forhånd gitt Onskespenning. Reguleringsawikelsen leveres til en reguleringsforsterker 21t, sem magnetiseringsviklingen 22 hos synkronmaskinen 17 er tilsluttet. Synkronmaskinen 17 holder således skipsnettspenningen konstant.

En ytterligere reguleringsinnretning for akselgeneratoren 10, omfattende en Onske-/måleverdisammenligner 27 og en reguleringsforsterker 28, tjener til regulering av skipsnettfrekvensen. Ved utgangen fra reguleringsforsterkeren 28 ligger magnetiseringsviklingen 11 hos akselgeneratoren 10.

Mellem synkronmaskinen 17 og skipsnettet 16 er der innkoblet en nettdrossel 2J, Den forhindrer at vekselretteren faller ut av takt, da spenningen i tilfellet av kortslutning ved vekselretterens utgang ikke går tilbake til null. Ved hjelp av nettdrosselen 23 blir ennvidere overbalger fra vekselretteren 15 holdt borte fra skipsnettet 16. Foråt der ikke skal opptre lastavhengige spenningsvariasjoner i skipsnettet; 16, blir spenningsfallet på nettdrosselen 23 utregulert med av reguleringsinnretningen for synkronmaskinen 17•

Ved frakoblet akselgenerator 10 blir nettdrosselen 23 kortsluttet med en bryter 24. Dermed blir forbigående spenningsfall ved innkobling av forbrukere redusert.

På fig. 2 er der vist en nettdrossel 26 med et uttak

som synkronmaskinen 17 er tilsluttet. Denne forholdsregel er truffet fordi drosselen 26 virker som transformator og i tilfellet av en kortslutning i skipsnettet 16 sorger for en høyere spenning ved vekselretterens utgang enn hvad som vilde være tilfellet ved direkte tilslutning av synkronmaskinen 17 til vekselretteren 15»Parallelt med synkronmaskinen 17 er der ennvidere koblet en kondensator 25

som bevirker at synkronmaskinen 17 alt i alt kan dimensjoneres mindre. Kondensatoren 25 overtar tildels de funksjoner synkronmaskinen 17

skal tjene.

Claims (8)

1. Strømforsyningsanlegg for skip, bestemt til å frembringe en vekselspenning med konstant frekvens og omfattende en med

sterkt variabelt omdreiningstall drevet synkrongenerator som akselgenerator, efter hvilken der er innkobiet en ikke styrt likeretter og en vekselretter, karakterisert ved at der som vekselretter er anordnet en nettført vekselretter (15)» at der er anordnet en synkronmaskin (17) som under drift av akselgeneratoren (10) er fast forbundet med vekselretterens (15) utgang og med skipsnettet (16),' at der er tilordnet akselgeneratoren (10) en reguleringsinnretning (28) som endrer akselgeneratorens (10) magnetiseringsstrom i retning av konstant skipsnettsfrekvens, og'at der er tilordnet synkronmaskinen (17) en reguleringsinnretning (21) som endrer synkronmaskinens (17) magnetiseringsstrøm i retning av konstant skipsnettspenning.

2. Strømforsyningsanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at synkronmaskinen (17) og/eller akselgeneratoren (10) er dimensjonert slik med hensyn til sine reaktanser at stot-kortslutningsstrømmen bak den ikke styrte likeretter (14) er mindre enn synkronmaskinens (17) støtkortslutningsstrøm.

3. Strømforsyningsanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at der som akselgenerator (10) er anordnet en synkrongenerator uten dempervikling.

4. Strømforsyningsanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at der mellem synkronmaskinen (17) og skipsnettet (16) er innkoblet en nettdrossel (23).

5. Strømforsyningsanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at der som synkronmaskin tjener en skipsnettgenerator (17) som under drift av akselgeneratoren (10) er frakoblet sin hjelpekraftmaskin (19).

6. Strømforsyningsanlegg som angitt i krav 1 og 4, karakterisert ved at nettdrosselen (26) er forsynt med et uttak som synkronmaskinen (17) er tilsluttet.

7. Strømforsyningsanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at synkronmaskinene, hvis der foreligger flere slike, innkobles avhengig av skipsnettbelastningen og idriftsettelsen av synkronmaskinene skjer efter asynkron start av disse i umagnetisert tilstand.

8. Strømforsyningsanlegg som angitt i krav 1, karakterisert ved at synkronmaskinen (17) når den tas i drift, er tilsluttet akselgeneratoren (10) direkte under shunting av likeretter (14) og vekselretter (15) og løper igang asynkront, at vekselretteren (15) under den asynkrone start ikke får noen tennepulser og dermed ikke fører noen strøm, og at shuntingen oppheves og vekselretteren (15) forsynes med tennepulser efterat synkronmaskinen (17) er løpt igang og ef magnetisert.