DK157276B - Fremgangsmaade og anlaeg til stroemforsyning af vekselstroemsnet med en dieselmotor - Google Patents

Description

DK 1 57276 B

5 Opfindelsen angâr en fremgangsmâde af den i krav l's indledning angivne art, og et anlæg af den i krav 3's indledning angivne art.

Ved 3-fasede net, hvor generatoren er en synkronma-10 skine, fx 3-fasede net pâ skibe, hvor generatoren er en akselgenerator trukket af skibsmotoren, har man generelt det problem, at akslen ikke har konstant omdrejningstal, men et oindrejningstal, soin er afhæn-gigt af mange forskellige forhold, fx skibets fart, 15 den onskede hældningsvinkel af skruebladene, skibets manovrering o.s.v.

Der kendes forskellige fremgangsmâder og anlæg til stromforsyning af skibe, hvor der til hovedmaskinen 20 er koblet en eller flere synkrongeneratorer ved hjælp af gear eller lignende til-koblingsmekanismer.

Skibets hovedmotor vil sâledes via akselgeneratoren levere den nodvendige elektriske effekt, nâr skibet sejler. Nâr skibet ikke sejler, fx nâr det ligger 25 i havn eller for anker har man sâkaldte hjælpeaggre-gater, der bestâr af en mindre dieselmotor, som trækker en generator, og herved leverer den nodvendi-ge elektriske effekt til skibets drift.

30 Nâr man anvender en synkronmaskine som akselgenerator, er det nodvendigt med særlige foranstaltninger, sâ snart hovedmaskinen ikke holdes pâ det til den synkrone frekvens svarende omlobstal. Man kan fx lade skibet stromforsynes af hjælpeaggregaterne, 2

DK 15 7 2 7 6 B

1 idet el-produktionen flyttes fra akselgeneratoren til hjælpeaggregaterne. Man kan ogsâ' anvende et Ward-Leonard System mellem hovedmaskinen og akselgeneratoren, hvorved man kan holde génératoren pâ 5 det synkrone omlebstal.

Pra tysk fremlæggelsesskrift nr. 1.538.649 kendes et stromforsyningsanlæg til et vekselstromsnet i et skib, hvor en 3-faset synkronmaskine trækkes 10 af en dieselmotors udgangsaksel. Der er mellem ud-gangsakslen og synkronmaskinen anbragt et differenti-algear (planetgear), hvis differentialaksel kan levere den nodvendige differenseffekt, nâr synkronmaskinen afviger fra det til den onskede frekvens 15 svarende oml0bstal. I dette System leveres den ned-vendige differenseffekt af en 3-faset synkronmaskine, der normalt arbejder som generator og leverer til vekselstromsnettet over en ensretter og en omformer i sérié, men som - nâr det er nPdvendigt, hvilket 20 bestemmes af hovedgeneratorens hastighed - kobles forbi disse apparater. Man fâr hermed et funktions-dygtigt anlæg som imidlertid er ret kompliceret fordi reguleringen sker 3-faset, især hvis der pnskes et stort reguleringsomrâde.

25

Formâlet med opfindelsen er at angive en fremgangsmâ-de og et anlæg af ovennævnte art som er indrettet pâ en meget enkel mâde, men hvor man fâr et meget stort reguleringsomrâde, idet man under anvendelse 30 af opfindelsen kun beh0ver at skifte over til aggre-gatdrift, nâr hovedmotoren er stoppet helt.

Dette opnâs ved at gâ frem som angivet i krav l’s kendetegnende del, fx under anvendelse af et anlæg 3

DK 157276 B

1 som nærmere angivet i krav 31 s kendetegnende del.

Ved at lade en DC-motor levere divergenseffekten fâr man et meget stort reguleringsomrâde, idet en DC-motor uden problemer og uden særlig stor teknisk 5 indsats kan reguleres fra stilstand til maksimalt omdrejningstal i begge omlôbsretninger. Ved at styre DC-motoren som angivet behever man ikke at anvende en ret stor motor, idet man undgâr reguleringsomrâdet omkring stilstand. En DC-motor skal være relativ 10 stor for at kunne tâle at levere det nodvendige moment ved lave omdrejningstal, ellers mâ motoren koles særskilt. Ved at udforme anlægget som angivet i krav 1 undgâs helt de laveste omdrejningstal, idet et passende omrâde omkring motorens stilstand 15 er elektrisk afspærret. Man fâr sâledes et enkelt reguleringssystem med forholdsvis beskedne omkostnin-ger som har et meget stort reguleringsomrâde.

Man kan ogsâ gâ frem som angivet i krav 2, fx under 20 anvendelse af et anlæg som angivet i krav 4. Herved undgâr man at gore indgreb i eller foretage direkte tilslutninger til synkronmaskinen, for at fâ de nodvendige styresignaler, idet disse fâs fra en tachometergenerator koblet til samme aksel som syn-25 kronmaskinen.

Opfindelsen forklares herefter nærmere under henvis-ning til tegningen, der viser to forskellige udforel-sesformer for opfindelsen, idet 30 fig. 1 viser et blokskema for en forste udferelsesform for opfindelsen, fig. 2 viser et blokskema for en anden udforel-sesform for opfindelsen, og 4

DK 157276 B

1 fig. 3 viser en kürve over oindre jningstallôt for planetgearets divergensaksel som funktion af motoromdrejningstallet, 5 Pâ tegningens fig. 1 og 2 angiver B en skrüeaksel eller en skibsmotors üdgangsaksel, som er koblet til indgangsakslen 1 pâ et stort planetgear 2, Planetgearets üdgangsaksel 11 er koblet til en syn-kronmaskine 3, der frembringer 3-faset vekselstroms-10 effekt 4 til skibets net A. For at fâ omdrejningstal-let til at passe, kan der være indsküdt passende gearhjül bâde i indgangen og i üdgangen af planetgea-ret 2, idet omdrejningstallet for en skibsdieselmotor ligger pâ ca, 60-100 omdr./min., og synkrongenerato-15 rer til 3-fasede vekselstromme skal hâve et omdrej-ningstal pâ indgangsakslen pâ f.eks. 1500 eller 1800 omdr./min., hvis de skal generere vekselspændin-gen ved 50 Hz eller 60 Hz. Gearet 2 er iovrigt et almindeligt og sædvanligt planetgear med en tredje 20 aksel 10, der er i indgreb med den store tandkrans i planetgearet. Stâr akslen 10 stille, er der et fast gearforhold mellem indgangsakslen 1 og üdgangs-akslen 11. Lober akslen 10 den ene vej ründt, adderes dens omdrejningstal til üdgangsakslen, og lober 25 akslen 10 den modsatte vej ründt, trækkes dens omdre jningstal fra üdgangsakslen. Man kan sâledes tilfore eller fratrække et passende omdrejningstal fra üdgangsakslens 11 omdrejningstal, sâledes at den tilkoblede generator 3 altid lober pâ det synkro-30 ne omlobstal, i hvert fald inden for de tilladelige og fastsatte grænser for frekvensen.

Akslen 10 trækkes af en DC-motor 8, der stromforsynes gennem ledningen 7 af en AC/DC omformer 6, Denne 5

DK 157276 B

1 omformer effektforsynes gennem ledningen 5 med 3-fa-set str0m fra generatoren 3 og styres enten af styre-signaler gennem ledningen 9 (fig. 1) direkte fra generatoren 3, f.eks. fra formagnetiseringsgenerato-5 ren, eller gennem en ledning 13 (fig. 2) fra en tachometergenerator 12, der er anbragt pâ samme aksel som synkronmaskinen 3.

Nâr omdrejningstallet pâ indgangsakslen 1 varieres, 10 vil et passende tillæg eller fradrag i omdrejningstal udfores af motoren 8 gennem den tredje aksel 10, sâledes at udgangsakslen 11 altid trækker synkronmaskinen med et omdrejningstal, der ligger inden for de tilladelige grænser. Er der f.eks. taie om en 15 generator 3 med mærkeeffekt pâ l.OOOkW, skal motoren 8 og forsyriingskredslobet 6 kunne levere indtil ca. 200kW, altsâ omkring 20% af mærkeeffekten. Herved kan reguleringssystemet fungere i et meget stort omrâde af motoromdrejninger, i det store og hele 20 aile teknisk mulige omdrejningstal fra tomgang til maksimum omdrejningstal for skibsmotoren.

En DC-motor kan levere et konstant moment ved næsten ethvert omdrejningstal, men skal den ogsâ kunne 25 gore dette ved meget lave omdre jningstal, fàr man tekniske problemer, idet motoren bliver uforholdsmæs-sig stor eller skal hâve et særligt System til force-ret koling. Man kan derfor med fordel minimere DC-mo-torens storrelse ved at udelade et omrâde omkring 30 0 omdr./min., f.eks. omrâdet fra -200 til +200 omdr./ min., hvor fortegnet blot angiver omlobsretningen.

Dette g0res ved at indf0re et simpelt hysteresekreds-10b, enten direkte i omformeren 6 eller i et særligt kredsl0b anbragt i ledningen 9 eller 13. Hysterese-

DK 157276 B

e 1 funktionen er vist pâ fig. 3, hvor en kUrve 18, i det væsentlige en ret Unie, viser akslens 10 omdrejningstal, eller motorens 8 oradrejningstal i omdr./min. sont fünktion af dieselmotorens omdr./ 5 min. Nâr akslens 10 omdrejningstal fra en negativ Vcerdi nâr pilnktet 16, forbliver omdrejningstallet konstant -200 omdr./min., indtil netfrekvensen nâr grænsevaerdien af toleranceomrâdet, og her springer omdrejningstallet pâ akslen 10 fra -200 til +200 10 (pünkt 17), og netfrekvensen flyttes i et lille spring ind pâ plads* Det samme sker, nâr skibsmoto-rens omdrejningstal er faldende fra positive værdier ned mod 0. Réguleringssystemet kan sâledes ikke standses i punkterne 14 og 15 ved 0 omdr./min. for 15 motoren 8# Herved fâs et mindre spring i netfrekvens, men anlægget er selvfolgeligt konstrueret sâledes, at dette spring ligger inden for det tilladelige omrâde for netfrekvensens üdsving, der f.eks. kan være + 5%.

20

Som tidligere forklaret kan regüleringssystemet tilbagefore ret store effekter, men disse gâr selv-folgelig ikke tabt, de eneste tab, der opstâr, er 2-4% tab i planetgearet og ganske fâ procent tab 25 i DC-motoren og AC/DC omformeren 6. Tabene vil ünder ingen omstændigheder overstige 10%. Hvis DC-motoren 8 korer med negativt omlobstal, dvs. at den nedsætter üdgangsakslens 11 omdrejningstal, kan energien fra DC-motoren, der jo i dette tilfælde korer som genera-30 tor, ogsâ genvindes ved at lede den genererede effekt til hovedgeneratoren 3.

Réguleringskredslobet, der jo er en lükket, tilbage-koblet slojfe, skal selvfolgelig være dimensioneret 7

DK 157276B

1 og eventuelt udfort med særlige midler til at hindre pendling, især efter store og pludselige omstillinger eller efter spring i omdrejningstallet for motoren 8, jf. forklaringen til fig. 3.

5 10 15 20 25 30

Claims (4)

1. Fremgangsmâde ved styring af stramforsyning af vekselstr0msnet, fortrinsvis 3-faset veksel-5 stromsnet til skibe, hvor en 3-faset synkronmaskine trækkes af en dieselmotors Udgangsaksel, og hvor der niellera üdgangsakslen og synkronmaskinen er an-bragt et planetgear med en aksel for tilforsel af divergensydelser, hvor divergensakslen leverer den 10 nodvendige positive eller négative divergenseffekt styret af synkronmaskinens frekvens, hvorved synkronmaskinen leverer elektrisk 3-faset effekt med kon-stant frekvens indenfor fastsatte grænseværdier, kendetegnet ved/ at den nodvendige diver-15 genseffekt leveres af en DC-motor styret af synkron maskinen, hvilken DC-motor er styret sâledes, at dens omdrejningstal altid er storre end en forudfast-sat minimümsværdi.

1 PATENTKRAV

2. Fremgangsmâde ifolge krav 1, kendeteg net ved, at DC-motoren styres af en tachometerge-nerator koblet til samme aksel som synkronmaskinen.

3. Str0mforsyningsanlæg til vekselstr0msnet (4) 25 til ud0velse af fremgangsmâden if0lge krav 1, fortrinsvis 3-fasede vekselstromsnet til skibe, hvor en 3-faset synkronmaskine (3) trækkes af en dieselmotors üdgangsaksel (B), og hvor der mellem udgangsaks-len (B) og synkronmaskinen (3) er anbragt et planet-30 gear (2) med en aksel (10) for tilforsel af diver-gensydelse, hvilken aksel er trukket af en elektromo-tor (8), der styres og str0mforsynes af synkronmaskinen (3), sâledes at elektromotoren (8) leverer den nodvendige divergenseffekt, hvorved synkronmaskinen DK 157276 B 1 (3) leverer elektrisk 3-faset effekt med konstant frekvens indenfor fastsatte grænseværdier, k e n -detegnet ved, at elektromotoren (8) er en DC-motor, og at den stromforsynes af en styret AC/DC 5 omformer (6), der stromforsynes af synkronmaskinen (3) samt fâr tilf0rt styresignaler (9) herfra, og at DC-motoren (8) er styret sâledes, at dens oindrej-ningstal (10) altid er storre end en forud fastsat minimumsværdi. 10

4. Stromforsyningsanlæg ifolge krav 3, k e n detegnet ved, at AC/DC omformeren (6) fâr tilfort styresignaler (13) fra en tachometergenerator (12) koblet til samme aksel (11) som synkronmaskinen 15 (3). 20 25 30