DE3212430C2 - Wellengeneratoranlage mit Gleichstromzwischenkreis, insbesondere für Schiffe - Google Patents

Abstract

Eine Wellengeneratoranlage, insbesondere für Schiffe, besitzt einen von einer Hauptmaschine (10) mit veränderlicher Drehzahl angetriebenen Wechselstromwellengenerator (12), der über einen Umrichter ein Wechselspannungs-Bordnetz (24) mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung speist. Der Umrichter besteht aus einem Gleichrichter (14), einem Gleichstromzwischenkreis (16) und einem Wechselrichter (18), dem ein Synchron-Phasenschieber (20) mit einstellbarer Erregung zugeordnet ist. An den Gleichstromzwischenkreis (16) ist eine Last (40) in Form einer elektrischen Maschine anschließbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellengeneratoranlage, insbesondere für Schiffe, bd der ein von einer Hauptmaschine mit veränderlicher Drehzahl angetriebener Wechselstromwellengenerator über einen Umrichter ein Wechselspannungs-Bordnetz mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung speist und der Umrichter aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem Wechselnd: ier besteht, dem ein Synchron-Phasenschieber nrt einstellbarer Erregung zugeordnet ist, mit einem eine eiektrf ehe Maschine aufweisenden Verbraucher.

Als Wellengeneratoranlage dient bei bekannten Ausführungen eine Anordnung, bei der ein Wechselstromwellengenerator mechanisch mit einer Hauptantriebsmaschine (Dieselmotor) gekuppelt ist, deren Drehzahl veränderbar ist. Die vom Wechselstromwellengenerator abgegebene Energie variabler Frequenz und Spannung wird über einen Gleichrichter gleichgerichtet und über einen Gleichstromzwischenkreis einem getrennt erregten Wechselrichter zugeführt, dem ein Synchron-Phasenschieber als getrennt erregende Speisequelle zugeordnet ist. Der Wechselrichter formt die gleichgespannte Energie variabler Größe in Wechselspannungsenergie konstanter Frequenz und konstanter Spannung um, die dann den Wechselspannungs-Sammelschienen eines Bordnetzes zugeführt wird. Der Wechselstromwellengenerator und der Synchron-Phasenschieber sind jeweils mit einer Erregeranordnung ausgerüstet.

Die Blindleistung, die für das Kommutieren in dem getrennt erregten Wechselrichter erforderlich ist, wird von dem Synchron-Phasenschieber geliefert, während die Wirkleistung über den Wechselrichter den Sammelschienen des Bordnetzes zugeführt wird. Dabei kann die Wirkleistungsabgabe des Wellengenerators durch Einstellen des Erregerstromes des Wechselstromgenerators eingeregelt werden.

Wellengeneratoranlagen haben den Vorteil, daß Kraftstoff für das Antriebssystem eingespart werden kann und daß verschiedene Verbraucher über die Wellengeneratoranlage mit konstanter Wechselspannung und konstanter Frequenz gespeist werden können. Es ist jedoch erforderlich, die Wellengeneratoranlage sofort außer Betrieb zu setzen, wenn eine untere Drehzahl unterschritten wird oder die Hauptantriebswelle angehalten wird.

In der VDI-Z 109 (1967) Nr. 32 S. 1537, Nr. 32 S. 1534—1538 ist eine Wellengeneratoranlage der vorgenannten Art angegeben, bei der die elektrischen Maschinen aus dem Drehstrombordnetz gespeist sind.

Aus der Zeitschrift Deutsche Eisenbahntechnik 19 (1971), 1, S. 28—32 ist es bekannt, bei Reisezugwagen an ein Gleichspannungs-Bordnetz, das von einem Drehstromgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter gespeist wird, einen Wechselrichter anzuschließen, der ein Drehspannungs-Bordnetz speist Unmittelbar am Gleichspannungs-Bordnetz, das durch eine Batterie gepuffert wird, werden nur Verbraucher geringer Leistung, wie Notbeleuchtung, Steuerung usw. betrieben. Die Motoren einer Klimaanlage und dergleichen werden bei dem bekannten Versorgungssystem an das Drehstrom-Bordnetz angeschlossen.

Ferner ist in der ETR (25) 7/8,1976, S. 425-430 eine Zugstromversorgungsanlage beschrieben, bei der Asynchronmotoren über Wechselrichter an eine Gleichstromsammelschiene angeschlossen sind, die über eine Gleichrichteranordnung von einem Dieselgenerator gespeist wird. Im elektrischen Bremsbetrieb liefern die Asynchronmotoren Energie über die Wechselrichter an die Gleichstromsammelschiene, an der ein Bremswiderstand angeschlossen «t, der die elektrische Bremsenergie aufnimmt
Aus der DE-Z: Hansa — Schiffahrt — Schiffbau — Hafen, 108. Jahrgang, 1971, Nr. 24, S. 2395-2398 ist die Parallelschaltung von Umrichtern einer Wellengeneratoranlage bekannt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energieversorgungssystem mit einer WeI-lengeneratoranlage derart auszubilden, daß auch bei Unterschreiten einer unteren Drehzahlgrenze des WeI-iengenerators motorische Verbraucher mit einfachen Mitteln betrieben werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Verbraucher an den GleichstromzwiEchenkreis anschließbar ist und der Wechselstromwellengenerator durch einen Schalter von dem Eingang des Gleichrichters abtrennbar und der Eingang des Gleichrichters durch einen Schalter an das Wechselspannungs-Bordnetz anschaltbar ist.

Auf diese Weise ist die Möglichkeit gegeben, die Energie für die an den Gleichstromzwischenkreis angeschlossene Maschine bei kleiner Drehzahl des Wellengenerators bzw. im Stillstand vom Bordnetz über den Gleichrichter zu beziehen, während bei ausreichend hoher Drehzahl die Energie vom Wellengenerator geliefert werden kann.

Es kann auch eine Vielzahl von Gleichspannungslasten über die Wellengeneratoranlage versorgt werden, wobei die einzelnen Gleichspannungslasten hinsichtlich Drehzahl und Drehmoment getrennt voneinander gesteuert werden können.

Derartige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Wellengeneratoranlage, bei der der Gleichstromzwischenkreis als Gleichstromgenerator für eine Antriebsmaschine dient,

F i g. 2 eine Schaltungsanordnung des Gleichstromgenerators und

F i g. 3 ein Blockschaltbild mit wesentlichen Teilen eines anderen Ausführungsbeispiels des Gleichstromge-

nerators.

In F i g. 1 ist ein Wechselstromwellengenerator 12 mechanisch mit einer Hauptantriebsmaschine 10 gekuppelt, deren Drehzahl variabel ist. Die vom Wechselstromwellengenerator 12 abgegebene Energie wird Ober Gleichrichter 14 gleichgerichtet und über einen Gleichstromzwischenkreis 16 einem getrennt erregten Wechselrichter 18 zugeführt Ein Synchron-Phasenschieber 20 dient als getrennt erregende Speisequelle für den getrennt erregten Wechselrichter 18, der die gleichgespannte Energie in Wechselspannungsenergie umrichtet, die dann den Wechselspannungs-Sammelschienen 24 eines Bordnetzes über einen Schalter 22 zugeführt wird. Mit 26 und 28 sind eine Erregerwicklung bzw. eine Erregeranordnung für den Wechselspannungswellengenerator V. bezeichnet und mit 30 und 32 eine Erregerwicklung bzw. Erregeranordnung für den Synchron-Phasenschieber 20.

Blindleistung, die zum Kommutieren in dem getrennt erregten Wechselrichter 18 erforderlich ist, wird vom Synchron-Phasenschieber 20 in die Wechseispannungs-Sammelschienen 24 eingespeist, während Wirkleistung über den Wechselrichter 18 den Wechselspannungs-Sammelschienen 24 zugeführt wird. Die Wirkleistungsabgabe der Wellengeneratoranlage kann dabei durch Veränderung des Erregerstromes des Wechselstromwellengenerators 12 eingeregelt werden. Dabei wird trotz variabler Drehzahl des Wechselstromwellengenerators 12 eine konstante Frequenz bei konstanter Spannung erreicht

Durch Abtrennen des Wechselstromwellengenerators 12 vom Gleichrichter 14, Anschalten der Eingangsklemmen des Gleichrichters 14 an die Wechselspannungs-Sammelschienen 24 des Bordnetzes und Anschalten einer als elektrische Maschine mit einstellbarer Geschwindigkeit ausgebildeten Last an den Gleichstromzwischenkreis 16, wird es möglich, Wechselspannungsenergie von den Wechselspannungs-Sammelschienen 24 des Bordnetzes in Gleichspannungsenergie über den Gleichrichter 14 und/oder den Wechselrichter 18 umzurichten und die Gleichspannungslast mit der auf diese Weise erhaltenen Gleichspannungsenergio zu speisen oder aber auch Gleichspannungsenergie von der Gleichspannungslast zurückzugewinnen.

Die Gleichspannungslast 40 wird über einen Schalter 38 mit dem Gleichstromzwischenkreis 16 verbunden.

In der in F i g. 1 gezeigten Schaltung ist angenommen, daß die Wechselspannungs-Sammelschienen 24 des Bordnetzes von einer zusätzlichen Energiequelle (Bordgenerator) gespeist werden.

Ist der Schalter 34 geöffnet, so kann der Wechselstromweirengenerator 12 keine Energie an den Umrichter liefern. In diesem Fall wird Energie von den Wechselspannungs-Sammelschienen 24 des Bordnetzes über die Schalter 36 bzw. 22 eingespeist und über den Gleichrichter 14 und/oder den Wechselrichter 18 umgerichtet. Im Gleichstromzwischenkreis, der den Gleichrichter 14 und den Wechselrichter 18 verbindet, steht somit eine vorgegebene Gleichspannungsenergie zur Verfugung, so daß die als elektrische Maschine ausgebildete Gleichspannungslast 40 angetrieben wird, wenn der Schalter 38 geschlossen ist. Es ist also möglich, Gleichspannungsenergie an die Gleichspannungslast 40 (Verbraucher) zu liefern oder von der Gleichspannungslast 40 (als Generator) Gleichspai'iPungsenergie zurückzuspeisen, indem die Eingangsklemmen des Gleichrichters 14 unmittelbar über den Schalter 36 — wie durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist — mit den Wechselspannungs-Sammelschienen 24 des Bordnetzes verbunden werden, und/ oder eine Verbindung zum Ausgang des Wechselrichters 18 über den Schalter 22 hergestellt wird. Der Synchron-Phasenschieber 20 dient dabei als Blindleistungsmaschine für den als Stromrichter dienenden Gleichrichter 14 und den als Stromrichter arbeitenden Wechselrichter 18, wobei Spannungsschwankungen und Störungen in der Wellenform der Wechselspannungsenergie der Sammelschienen 24 verbessert werden.

Die Wellengeneratoranlage kann ein- oder mehrphasig ausgebildet sein. Im Falle einer dreiphasigen Einspeisung (Fig.2) ermöglicht es eine Thyristor-Vorwärts-Stromrichter-Brückenschaltung des Gleichrichters 14 in einfacher Weise eine veränderbare GleHispannungsenergie im Gleichspannungskreis 16 zu erzeugen. Die Antriebsschaltung ähnelt einem Gegen-Parallel-Brükkenkreis in einer Thyristor-Leonarischaltung, die eine Vier-Quadrantensteuerung eines Gleichstrommotors ermöglicht

Gemäß F i g. 3 sind mehrere als :lektrische Maschinen ausgebildete Gleichspannungsiaiien 40 vorgesehen, von denen jede getrennt angetrieben wird. Es ist eine Vielzahl von Umrichtern vorhanden, von denen jeder in Reihenschaltung einen Gleichrichter 14, 14', einen Gleichstromzwischenkreis 16, 16' und einen Wechselrichter 18,18' enthält Die Zweige sind einander parallel geschaltet und an einem Hauptkreis angeschlossen. Die Gleichspannungslasten 40, 40' sind jeweils mit den Gleichstromzwischenkreisen 16, K6' verbunden und zwar über Schalter 38 bzw. 38'. Auf diese Weise wird es möglich, jede Last 40 bzw. 40' unabhängig voneinander in ihrer Drehzahl zu steuern.

Das Schaltungsprinzip kann dahingehend abgewandelt werden, daß der Schalter 22 (F i g. 1) geöffnet wird, um die Verbindung mit den Wechselspannungs-Sammelschienen 24 des Bordnetzes zu unterbrechen, wobei die Schalter 34, 36 geschlossen werden um den Gleichrichter 14 bzw. den Wechselrichter 18 m;t Energie des Wechselspannungswellengenerators 12 zu versorgen und auf diese Weise die Wechselspannungsenergie in G:eichspannungsenergie umzurichten, und so die Gleichspannungslast 40 anzutreiben. Es ist ferner möglich, den Schalter 36 zu öffnen, während di; Schalter 34, 22 geschlossen werden, so daß die Wechselspannungsenergie, die vom Wechselspannungsgeneratoc 12 und den Sammelschienen 24 des Bordnetzes stammt, an den Gleichrichter 14 und den Wechselrichter 18 gegeben werden, um sie in Gleichspannungsenergie zum Speisen der Last 40 umzuwandeln.

In den gezeigten Ausführungsbeispielen besitzt der Umrichter zum Erzeugen der veränderbaren Gleichspannungsenergie eine Schaltungsanordnung mit einem Gle':,hrichter (Vorwärts-Stromrichter) 14, einen Gleichstromzwischenkreis 16, einen getrennt erregten Wechselrichter 18 unc'- einen Synchron-Phasenschieber 20, der als getrennt erregende Speisequelle für den Wechselrichter 18 dient. Der gezeigte Generator ist aber nicht beschränkt auf eine solche Anordnung. Zum Beispiel kann eine Anordnung mit einem Vorwärts-Stromrichter, entern selbsterregten Umkehr-Stromrichter und einem dazwischen angeordneten Gleichstromr.wischenkreis verwendet werden.

Wie bereits beschrieben, kann gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn ein Wellengenerator auf einer Hauptantriebswelle zum Antrieb eines Schiffes oder dergleichen verwendet wird, die Wellengeneratoraniage darüber hinaus als variabler Gleichspannungsgenerator gerade auch dann verwendet werden, wenn der

Hauptantrieb mit kleiner Drehzahl gefahren wird oder ausfällt, so daß besondere Energieversorgungseinrichtungen auf dem Schiff eingespart werden können und ein steuerbarer Betrieb verschiedener Antriebe auf dem Schiff ermöglicht wird. Besondere Vorteile bringt der vorliegende Generator bei sehr kleiner Schiffsgeschwindigkeit oder im Schiffsstillstand für eine große Zahl von Schiffsantrieben wie z. B. Trawlerwindenaniriebe in einem Trawler, belastete ölpumpen in einem Tanker, Bugstrahlruderantriebe während eines Manövers in einem Hafen oder Antriebe für Abgasturbolader für Automobile. Das vorliegende System kann auch dann angewendet werden, wenn der Wechselstromwellengenerator außer Betrieb ist und es kann auf einfache Weise eine Geschwindigkeitssteuerung für jede Last vorgenommen werden, was die Kosten des gesamten Systems herabsetzt und auch zu einer gesteigerten Verfügbarkeit gegenüber den bekannten Wellengeneratoraniagen fuhrt.

20

Bezugszeichenliste	mit variabler Geschwindigkeit arbeitende
10	Hauptantriebsmaschine
	Wechselstromwellengenerator 25
12	Gleichrichter
14	Gleichstromzwischenkreis
16	Wechselrichter
18	Synchron-Phasenschieber
20	Schalter 30
22	Wechselspannungs-Sammelschienen
24	Erregerwicklung
26	Erregeranordnung
28	Erregerwicklung
30	Erregeranordnung 35
32	Schalter
34,36,38

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

60 65

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Wellengeneratoranlage, insbesondere für Schiffe, bei der ein von einer Hauptmaschine mit veränderlicher Drehzahl angetriebener Wechselstromwellengenerator über einen Umrichter ein Wechselspannungs-Bordnetz mit konstanter Frequenz und konstanter Spannung speist und der Umrichter aus einem Gleichrichter, einem Gleichstromzwischenkreis und einem Wechselrichter besteht, dem ein Synchron-Phasenschieber mit einstellbarer Erregung zugeordnet ist, mit einem eine elektrische Maschine aufweisenden Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucher (40) an den Gleichstromzwischenkreis (16) anschließbar ist und der Wechselstromwellengenerator (12) durch einen Schalter (34) von dem Eingang des Gleichrichters (14) abtrennbar und der Eingang des Gleichrichters (14) durch einen Schalter (36) an das Wechselspannungs-Bordnetz (24) anschaltbar ist