NO165049B - Fremgangsmaate til kontinuerlig forsyning av et skipsnett fra et frekvensvariabelt fremdriftsnett paa skip. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til kontinuerlig forsyning av et skipsnett i henhold til innledningen av det selvstendige krav 1.

For drivaggregater til skipsnett blir der foruten

gass-, resp. dampturbiner for det meste anvendt dieselmotorer. Av forskjellige grunner er det ikke mulig å innstille aggre-gatenes omdreiningstall under en bestemt grense.

Hvis det for driften av spesialskip også skal kunne være mulig å arbeide med lavere omdreiningstall, kan der bl.a. benyttes elektrisk drift. Ved likestrømdrift blir likestrøm-motoren i regelen via en strømretter drevet av en eller flere driftsspenningsgeneratorer som arbeider med konstant spenning og frekvens og drives av egnede primære energiomformere.

I den forbindelse er det mulig å forsyne skipsnettet parallelt med spenning fra driftstrømskinnen. Drivaggregatet kan drives i alle fire kvadranter. Det samme gjelder for en trefase-propellmotor med mellomkretsomretter.

Det er også kjent å mate en motor hos et propelldriv-anlegg via strømrettere innen hele omdreiningstallområdet og drive skipsnettet fra driftstrømskinnen. Denne har da konstant spenning og frekvens. I den forbindelse henvises der til tidsskriftet "Hansa", 1978, sidene 43-57.

Strømretteren i dette anlegg må dimensjoneres for fremdrifts-propellens samlede effekt. Generatorer og motorer blir dermed å dimensjonere større. I del-omdreiningstallområdet arbeider de primære energiomformere med dårlig virkningsgrad.

En prisgunstig løsning uten påtagelig begrensning av manøvreringsdyktigheten består i å anvende en trefase/trefase-startomretter for det omdreiningstallområde som ikke dekkes av de primære energiomformere.

Fig. 1 viser i et dreiemoment/omdreiningstall-diagram effektkarakteristikkene m for startomretteren, m for pro-

u p

pellen, mD for en dieselmotor og mw for primæromformeren.

Det driftsområde som disponeres via omretteren, er begrenset ved m . Ovenfor den primære energiomformers minimale omdreiningstall blir omretteren forbikoblet og drivaggregatet drevet som elektrisk aksel, idet propellens omdreiningstall kan innstilles med den primære energiomformers (jfr. DE-PS 31 33 311.7).

Ved dette system har det hittil ikke vært mulig å mate skipsnettet fra driftsgeneratoren.

En fremgangsmåte i henhold til innledningen av det nye krav 1 er kjent fra artikkelen "Elektrische Leistungsiibertra-gung Gasturbine-Propeller" in Schiff und Hafen 7/1974. På side 636 er det i illustrasjon 8 vist et fremdriftssystem for hurtige containerskip, ved hvilket en børsteløs motor kommer til anvendelse. Den konstante forsyning av skipsnettet skjer via to frekvensomformere, slik at den konstante forsyning av skipsnettet fra kai til kai gjennomføres over den statiske frekvensomformer. Frekvensomformeren for skipsnettet gjør fremdriftsnettf rekvensen. uavhengig av skipsnettfrekvensen, slik at den valgte fremdriftsnettfrekvens på 50 Hz muliggjør den direkte' tilkobling av en turbin til en topolet generator, idet en mellomtransmisjon da kan bortfalle.

En oppgave som ligger til grunn for oppfinnelsen, ligger derfor i å skaffe en fremgangsmåte av den innledningsvis nevnte art hvormed en propelldrift via elektrisk aksel med startomretter i alle fire kvadranter under samtidig matning av skipsnettet er sikret ved hjelp av en trefase-drivgenerator som drives med variabel spenning og frekvens.

En fremgangsmåte av denne art er ifølge oppfinnelsen kjennetegnet med de trekk som er angitt i karakteristikken til krav 1.

I den forbindelse går man ut fra erkjennelsen av at det dreiemoment mw (fig. 1) som ved passende valgt effekt av den primære energiomformer står til rådighet ovenfor det minimale omdreiningstall, har så stor reserve like overfor propellens dreiemoment m irat skipsnettet kan mates via startomretteren, som her ikke lenger behøves.

Anordningen ifølge oppfinnelsen oppviser vesentlige fordeler fremfor kjent teknikk.

Takket være muligheten for å ta driv- og skipsnetteffekt fra et felles aggregat som kan drives med billig tungolje, blir den samlede virkningsgrad forbedret.

Dessuten blir aggregatet bedre utnyttet ved delomdreiningstall for propellmotoren, sammenholdt med et fremdriftsanlegg med en strømretter for alle omdreiningstall. Det spesifikke kraft-forbruk blir senket ned til 32% ved 50% omdreiningstall og derunder.

Hertil kommer en bedring av virkningsgraden på ca. 2% ved drift ovenfor startomretterens omdreiningstall, da omretteren her ikke lenger benyttes for fremdriftsanlegget og dens typiske tap faller bort.

Ved anvendelse av en påflenset skipsgenerator på drivaggregatet ved startomretterdrift unngås elektromagnetiske forstyrrelser (EM) på skipsnettet forårsaket av strømretteren. Etter igang-kjøring av anlegget kan forsyningen av skipsnettet da ved nominelle omdreiningstall på den elektriske aksel overtas av fremdriftsanleggets generator. Her behøves bare for en relativt kort tid under igangkjøringen en matning av skipsnettet via omretteren med dens uunngåelige EM-forstyrrelser. Dette forhold begunstiger anvendelsen av dette anlegg på forskningsskip og lignende, som i sitt operasjonsområde bare seiler med deleffekt og da med et uforstyrret skipsnett.

Dessuten er anlegget anvendelig spesielt for skip

som krever god manøvreringsdyktighet, som ferger, forsynings-skip, redningsskip osv., som i det nedre omdreiningstallområde (n <0,5) sparer inn betraktelige omkostninger til brensel,

prop

Videre utforminger av oppfinnelsesgjenstanden er karakterisert i underkravene.

Et utførelseseksempel på anordningen ifølge oppfinnelsen

er anskueliggjort på tegningen.

Fig. 2 viser anordningen av et fremdriftsanlegg, og

fig. 3 viser i et diagram over brenselforbruk som

funksjon av omdreiningstall karakteristikkene for et drivan-legg med helomretter og med startomretter.

Hvis nominell frekvens for propellmotoren 1 i henhold

til fig. 2 blir valgt slik at fremdriftsgeneratoren 3 ved det fastlagte minimale omdreiningstall for primærenergiomformeren 2 avgir skipsnettfrekvens ved U/f = konstant-regulering,

kan skipsnettet mates over en transformator 4, mens motoren

1 drives frekvensavkoblet via mellomkretsomretteren eller frekvensomformeren 5...8. Ved lik spenning kan transformatoren falle bort.

Er det ikke konstruktivt mulig å velge fremdriftsgenerato-rens minimale frekvens lik skipsnettfrekvensen, lar det seg gjøre å forsyne skipsnettet via en forbundet generator 9 som ved tilsvarende polpartall skaffer den nødvendige skipsnettfrekvens.

Blir frekvensomformeren ved forlangt høyere omdreiningstall for propellmotoren 1 forbikoblet med bryteren 10, kobler venderen 11 frekvensomformeren 5...8 fri fra motoren 1, og synkronkompensatoren 12 til frekvensomformeren. Maskinen kan allerede på forhånd være startet med en startmotor eller ved sluttet bryter 13 asynkront fra skipsnettet. Ellers blir den ved hjelp av frekvensomformeren kjørt opp på nominell frekvens og bryteren 13 sluttet. Deretter overtar frekvensomformeren forsyningen av skipsnettet.

Er vekselretteren 6 i frekvensomformeren nettstyrt, leverer synkronkompensatoren den nødvendige kommuterings- og styre-blindeffekt såvel som nett-blindeffekten og sørger for at den forlangte strøm i tilfellet av kortslutning. Er vekselretteren selvstyrt, behøver synkronkompensatoren bare å overta den tilsvarende blindeffekt- og kortslutningsstrøm-forsyning for skipsnettet.

Har frekvensomformeren overtatt skipsnettlasten, kan transformatoren 4 eller generatoren 9 kobles fra via bryterne henholdsvis 15 og 14. Primærenergiomformeren 2 kan høyne sitt omdreiningstall og dermed omdreiningstallet for propellmotoren 1, hvorunder spenningen blir høynet proporsjonalt ved hjelp av generatoren 3. Frekvensomformeren avkobler frekvens og spenning. Systemegne spenningsspisser blir glattet med en kondensator 7,8 som tilkobles i likestrømmellomkretsen.

Er den elektriske aksels nominelle frekvens lik skipsnett-frekverisen, kan skipsnettet ved propellens nominelle omdreiningstall synkroniseres med fremdriftsnettet og så via transformatoren 4 forbindes med bryteren 15. Frekvensomformeren blir skilt fra skipsnettet ved hjelp av en bryter 11 eller 13. Anlegget muliggjør rask reversering eller nødstopp fra høy fart.

I så fall blir bryteren 10 åpnet og bremsebryteren 17 sluttet. Motoren 1 driver, regulert via sin magnetisering,

en definert strøm gjennom bremsemotstanden 18. Blir skipsnettet drevet direkte via transformatoren 4, må frekvensomformeren 5...8 overta forsyningen av skipsnettet. Til dette formål må synkronkompensatoren igjen kjøres igang hvis den ikke løper med

på forhånd. Med brytere 11 og 13 (hvis ikke allerede sluttet) blir frekvensomformeren koblet til skipsnettet. Den kan overta lasten. Bryteren 15 åpnes.

Omdreiningstallet for primærenergiomformeren 2 blir

tatt tilbake til det minimumsomdreiningstall som tilsvarer skipsnettfrekvensen, og synkronisert med skipsnettet.

Bryter 14 resp. 15 sluttes og 13 åpnes. Dermed er frekvensomformeren klar av matningen for propellmotoren. Bryteren 11 kobles om. I mellomtiden ble motoren retardert

ved bremsing på motstanden 18, og bremsebryteren 17 kan åpnes.

Så snart frekvensomformerens dimensjonering med hensyn til dreiemomentet tillater det, ferer frekvensomformeren motoren fra 4. kvadrant til 3. kvadrant. Skulle det være nødvendig, kan frekvensomformeren som beskrevet ovenfor, shuntes med bryteren 10 for å gi et høyere omdreiningstall i motgående retning med funksjon som elektrisk aksel. For dette tilfelle må bryteren 10 være utført som fasevendende bryter.

Det nødvendige koblingsanlegg kan gjøres enkelt når

man tar hensyn til at alle bryterne bortsett fra bryterne 10, 17 og 20 kan kobles til strømløs tilstand. Som kortslutningsvern behøver bare bryterne 13, 20, 14/15 og 19 å dimensjoneres (14/15 er å betrakte som alternative). Man kan gå

ut fra at overgangen fra manøvreringsområdet n <0,5 til

3 ^ 3 prop

marsjfart og omvendt foregår forholdsvis sjelden. Det samme gjelder for en nødstoppmanøver fra full skipshastighet. Kob-lingshyppigheten når det gjelder bryterne 10, 17, 11, 13, 14/15, er altså meget lav, og man kan regne med lange still-standtider.

Bryterne 19, 14/15 og 20 ville selv ved et tradisjonelt

anlegg behøves som lastbrytere og kortslutningsvern.

For under driften med frekvensomformeren å unngå sterke frekvenssvingninger på generatoren 3 resp. 9, blir propell-motorstrømmen i likestrømmellomkretsen via likeretteren 5 i frekvensomformeren 5... 8 slik begrenset at primærenergiom-formerens omdreiningstall forblir tilnærmet konstant ved belastning på grunn av propellmotoren.

Fordelen med denne metode ligger i at det i forbindelse med full manøvreringsdyktighet av propellmotoren er mulig å forsyne skipsnettet på 6% ved nominelt omdreiningstall kontinuerlig fra fremdriftsanleggets drivaggregat. Etter avtale med klassifikasjonsinstituttene vil man da kunne spare inn et skipsnettaggregat.

Aggregatet 16, som kan drives med dieselolje, vil nå bare behøves for stand by-drift, for nødtilfeller eller i havn.

Dette opplegg gjør det mulig å "presse" det minimale varige omdreiningstall for hoveddieselmotoren ved å øke del-lasten i samsvar med propelleffektkurven med skipsnettlastens effektverdi (> 10% PN ved spesialskip). Det utgjør et energi-økonomisk alternativ til elektrisk drift med stillbar propell.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til kontinuerlig forsyning av et skipsnett fra et frekvensvariabelt fremdriftsnett på skip, hvor fremdriftsnettet mates av en fremdriftsgenerator som drives av en primærenergiomformer med variable omdreiningstall, hvor en propellmotor ved omdreiningstall under et minimalt omdreiningstall for primærenergiomformeren er forbundet med fremdriftsnettet via en frekvensomformer og ved omdreiningstall som er lik eller over det minimale omdreiningstall direkte i form av en elektrisk aksel, karakterisert ved at ved det minimale omdreiningstall har fremdriftsnettet og skipsnettet samme frekvens, at når propellmotoren (1) ved igangsetting drives med omdreiningstall under det minimale omdreiningstall eller med det minimale omdreiningstall, er skipsnettet og fremdriftsnettet direkte forbundet med hverandre over en transformator (4) og en første bryter (15) , at når propellmotoren (1) har nådd det minimale omdreiningstall, kobles propellmotoren (1) ved hjelp av en annen bryter (10) - direkte til fremdriftsnettet og frekvensomformeren (5,6,7,8) ved hjelp av en vender (11) fra propellmotoren (1), og at når propellmotoren (1) drives med omdreiningstall over det minimale omdreiningstall eller når det med sluttet annen bryter (10) og innkoblet transformator (4) skal utføres reverserings- eller nødstoppmanøvre, forbindes frekvensomformeren (5,6,7,8) over en tredje bryter (13) med skipsnettet og den første bryter (15) åpnes og en synkronkompensator (12) kobles inn.

2. Fremgangsmåte i henhold til innledningen av krav 1, karakterisert ved at ved det minimale omdreiningstall og når propellmotoren (1) drives med omdreiningstall ved igangsetting under det minimale omdreiningstall eller med det minimale omdreiningstall, kobles skipsnettet med en til fremdriftsgeneratoren (3) forbundet generator (9) over en bryter (14), at når propellmotoren (1) har nådd det minimale omdreiningstall, kobles propellmotoren (1) ved hjelp av en annen bryter (10) direkte til fremdriftsnettet og frekvensomformeren (5,6,7,8) ved hjelp av en vender (11) kobles fra propellmotoren (1) og at når propellmotoren (1) drives med omdreiningstall over det minimale omdreiningstall eller når den annen bryter (10) er sluttet og det skal gjennomføres reverserings- eller nødstoppmanøver med den til skipsnettet forbundne generator (9), forbindes frekvens-omf ormeren (5,6,7,8) over en tredje bryter (13) med skipsnettet og den første bryter (15) åpnes og en synkronkompensator (12) kobles til skipsnettet.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at ved oppkjøring av propellmotoren (1) inntil det minimale omdreiningstall blir strømmen i likestrømmellomkretsen begrenset over en likeretter (5) i frekvensomformeren (5,6,7,8) for å holde omdreiningstallet til primærenergiomformeren (2) konstant.

4. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at synkronkompensatoren (12) kjøres opp over frekvensomformeren (5,6,7,8) og kobles sammen med frekvensomformeren (5,6,7,8) til skipsnettet.