NO782958L - Koplingsanordning for elektrisk drift av propell i undervannsfartoey - Google Patents

Description

Koplingsanordning for elektrisk drift av propell i undervanns-fartøy.

Oppfinnelsen angår en koplingsanordning for elektrisk drift av propell i undervannsfartøy med minst én likestrøm-motor som mates fra et i grupper oppdelt akkumulatorbatteri, hvilke grupper i et første driftstrinn via elektriske ventiler parallelkoples og i et videre driftstrinn seriekoples og i ■ serie med motorens rotorvikling koples minst en .styrbar halvlederventil.

En slik anordning er kjent fra DOS 1.763.6^)0. Ved undervannsfartøy er det livsviktig at støynivået for alle drivelementer såvel som koplings- og reguleringsinnretninger er lavest mulig for å vanskeliggjøre peiling av fartøyet.

Ved den ovenfor nevnte anordning er det.tre batterigrupper som via dioder parallelkoples og via en tyristor mater to mekanisk med hverandre koplede likestrømmotorer. Videre er det anordnet forbindelsesledninger som hver inneholder en tyristor som forbinder den negative pol i den første batterigruppe med den positive pol i den andre batterigruppe resp. den negative i den andre batterigruppe med den positive pol i den tredje batterigruppe. Ved tenning av disse tyristorer skjer det en seriekopling av de tre batterier slik at den til rådighet stående spenning tredobles. *' Ved de nevnte sperre-dioder er parallelforbindelsen av de tre batterier sperret. Ved utkopling av disse seriekoplingsforbindelser er det mellom batterisamleskinne-ne og rotorstrømkretsen for begge motorer anordnet en ytterligere tyristor som er parallelkoplet med en seriekopling av nok en tyristor og en kondensator og hvis tenning kan bryte strømmen i den første tyristor. ;For start av begge motorer er det i serie med rotorviklingen anordnet en startmotstand som er shuntet med en ytterligere tyristor. Ved start er startmotstanden virksom og de tre batterigrupper er parallelkoplet. Etter at et bestemt omdreiningstall er nådd, tennes den med startmotstanden parallelkoplede tyristor slik at startmotstanden shuntes. Hvis et høyere omdreiningstall' er ønskelig, tredobles batteri - spenningen ved at den mellom batterisamleskinnene og de to rotorstrømkretser liggende tyristor gjøres strømløs ved tenning av slukketyristoren hvorved også den parallelt med startmotstanden liggende tyristor slukkes. Deretter blir de i for-bindelsesledningene mellom batteriene liggende tyristorer såvel som tyristoren som ligger i forbindelsesledningen mellom batterisamleskinnene og rotorviklingen tent'slik at motorene påtrykkes den økede batterispenning mens startmotstanden blir liggende i rotorstrømkretsen. Etter denne økning av motorens omdreiningstall, blir tyristoren som ligger parallelt med startmotstanden tent slik at startmotstanden shuntes. ;Denne kjente anordning har den ulempe at ved normalt driftsomdreiningstall, altså ved høy spenning, gjennomstrømmes et stort antall tyristorer av den fulle strøm slik at det ikke bare oppstår tap men at det også er nødvendig å dimensjonere disse tyristorer deretter. Kjølingen av disse tyristorer skjer som regel ved en kraftig luftstrøm fra en ventilator. Det er da ikke til å unngå at det må anvendes forholdsvis store ventilatorer for å fjerne varmetapet fra de mange tyristorer og disse ventilatorer har et betydelig støynivå som gjennom skipsskroget kan tilføres vannet og avlyttes ved hjelp av lytteapparater. ;Hensikten med oppfinnelsen er å forbedre den ovenfor kjente anordning på den måte at antallet stadig strømførende tyristorer kan minskes og at anordningen kan utformes slik at de nødvendige tyristorer kan dimensjoneres mindre, og fremfor alt at koplingsanordningen er utformet slik at det støynivå som opptrer ved omkopling av batterigruppene er meget liten, idet betjening av kraftbr"ytere for den normale drift som må ha stor koplingshastighet har stort støynivå som kan unngås såvel som støy fra ventilatorer for tyristorkjølingen i vesentlig grad kan undertrykkes. ;Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at den styrbare halvlederventil er hovedtyristoren i en likestrømregula- tor som ligger foran rotorviklingen, at statorviklingen mates fra en likestrømskilde via en ytterligere likestrømregulator, og at det mellom plusspolen i en batterigruppe og den negative pol i den tilgrensende batterigruppe er anordnet en skillebryter. ;På denne måte oppnås den store fordel at for drifts-kopling anvendes ingen vanlige kraftbrytere slik at samtlige normale driftsreguleringer kan skje ved støysvake skille-bryterlignende koplingselementer. Likestrømregulatoren i rotorstrømkretsen vil da bare anvendes som regulator i det første starttrinn'. Ved det første starttrinn er motoren bare belastet med en forholdsvis liten strøm som følge av dreie^moment-omdreiningstallkarakteristikken for propellens mot-moment som forløper tilnærmet etter en parabel av tredje grad, slik at regulatoren bare er innkoplet i kort tid og kan dimensjoneres deretter på samme måte som likestrømsregulatoren for statoren. ;Ved en videreutforming av oppf innelsesgj enstanden 'er det parallelt med likestrømregulatoren i rotorstrømkretsen anordnet en skillebryter. På denne måte er det mulig etter omkoplingen å shunte hovedtyristoren i likestrømsregulatoren slik at den ikke fører strøm. ;Ved en foretrukket- utførelsesform av oppfinnelsen er det anordnet to drivmotorer med separate likestrømsregula-torer i rotorstrømkretsen og separate likestrømsregulatorer i statorstrømkretsen. Ved denne utførelse er. hver motor for-synt med en rotorstrømregulator og en statorstrømregulator. En slik utførelse har den fordel at hvis den ene motor faller ut som følge av driftsforstyrrelse, kan det drives videre med halv ytelse med den andre motor. Da alle regulatorer kan dimensjoneres likt, kan de lett byttes om hverandre for å oppheve en driftsforstyrrelse.. ;Med fordel kan de to drivmotorer sammenfattes til en dobbelt rotormotor ved at det sørges for at hvis den ene rotor faller ut, forblir den andre rotor fullstendig drifts-dyktig. ;Ved en ytterligere utfdrelsesform ifølge oppfinnelsen anvendes fire batterigrupper som valgvis kan koples parallelt, serieparallelt eller i serie. ;Anordningen ifølge oppfinnelsen muliggjør krypefart ved at likestrømsregulatoren i rotorstrømkretsen innstilles på en meget lav verdi. Derved er det mulig å unngå de ellers nødvendige formofstander som ellers forbruker energi eller en ekstra drivmotor kan innspares hvilket fører til en merkbar minskning av vekten i forhold til kjente anordninger. For å unngå unødig energiserings- og jerntap kan det ved krypefart og start være fordelaktig å bringe energiseringsstrømmen til sin fulle verdi først ved slutten av rotorinnstillingsområdet. ;Energiseringsstrømmen kan da styres slik ved betjening av likestrømsregulatoren at den er proporsjonal med ankerstrømmen i øyeblikket. Derved kan tapene bringes på en minimal verdi og krypefart kan gi en maksimal aksjonsradius. ;Ved en fremgangsmåte til elektrisk drift av propell i undervannsfartøy med en koplingsanordning ifølge oppfinnelsen, betjenes i en første driftsfase etter tenning av stator-strømregulatoren og parallelkoplede batterigrupper, like^strømsregulatoren i rotorstrømkretsen så lenge at motor-spenningen har økt fra en minimal verdi av batterispenningen og at deretter i en andre driftsfase shuntes likestrømregula-toren for rotorstrømkretsen av skillebryteren, og så betjenes likestrømsregulatoren for energiseringsstrømmen for motoren for svekking av feltet så lenge inntil motorens omdreiningstall har nådd den dobbelte verdi, og deretter betjenes like-strømregulatoren for energiseringsstrømmen så raskt at motorens EMK har nådd den dobbelte batterispenning, og at omkopling ;av bryteren for omgruppering•av batteriene fordobler spenningen på samleskinnene,hvoretter energiseringsstrømmen minskes så meget at motoren opptar den ønskede rotorstrøm. ;Med fordel kan da energiseringsstrømmen styres resp. reguleres ved betjening av likestrømregulatoren i samspill med shunting resp, bryting av bryterne for batterigruppering*-en, og at den gjennom disse brytere flytende strøm er null eller tilnærmet null umiddelbart før og etter slutningen resp. brytningen. Videre kan ifølge oppfinnelsen energiserings-strømmen styres slik ved regulering av likestrømsregulatoren at den er proporsjonal med den opptredende rotorstrøm.

To utførelseseksempler på oppfinnelsen skal nedenr for forklares nærmere under henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser et koplingsskjema for en første ut--førelsesform av en koplingsanordning ifølge oppfinnelsenkmed to parallelt koplede batterigrupper i starttilstand. Fig. 2 viser et koplingsskjema for en andre ut-førelsesform med fire batterigrupper av hvilke to ligger i serie og to er parallelkoplet. Fig. 3 viser et koplingsskjema for den samme koplingsanordning med to i serie koplede batterigrupper og to ytterligere parallelkoplede batterigrupper som ligger i serie. Fig. ^ viser et koplingsskj ema for den samme kop^-lingsanordning med fire i serie koplede batterigrupper.

På tegningene er batteriene betegnet med Bl-B^l.

Plusspolen i de fire batterigrupper er via dioder D12, D23 og D~ 5ty forbundet med hverandre og minuspolen i batterigruppene er forbundet med hverandre via dioder D21, D32 og D^3. Ved hjelp av disse dioder er batteriene, parallelkoplet. Pluss^-polen. i batterigruppen Bt<y>er -forbundet med en positiv samle-skinne SS1.

Videre er det anordnet brytere S12, S23 og S3^' ved hjelp av hvilke plusspolen- i batterigruppen Bl kan forbindes med minuspolen i batterigruppen B2 resp. plusspolen i batterigruppen B2 med minuspolen i batterigruppen B3, og plusspolen i batterigruppen B3 kan forbindes med minuspolen i batterigruppen Bt<y>slik at en seriekopling av de fire batterigrupper eller også mindre enn fire batterigrupper kan dannes.

Videre er det anordnet en bryter- Sty mellom samleskinnen SS1 og plusspolen i batterigruppen Bl og en bryter S5 mellom minuspolen i batterigruppen B2 og samleskinnen SS2, Ved slutning av bryterne St<y>og S5 i det lave.ste spenningstrinn, blir de i serie liggende dioder D12rD^3 shunter slik at det over disse opptredende spenningsfall unngås. Ut over dette muliggjør de sluttede brytere St<y>og S5 for å minske skipets hastighet et lavere omdreiningstall av propellen at motoren kan arbeide som generator og mate strøm tilbake i batteriet, hvilket ellers ikke er mulig som følge av diodene.

Bryterne S1,S2,S12, S23 og S3^ og eventuelt St<y>og

S5 kan sammenfattes til en enhet.

Mellom samleskinnene SS1 og SS2 ligger rotorstrøm-kretsene. I rotorstrømkretsen er det i serie med en hoved- bryter HS1 resp, HS2 koplet rotorlikestrømsregulatorer Stil resp. St21 og rotoren Ml resp, M2.• Likestrømsregulatorene Stil resp. St21 kan shuntes med en bryter Sl resp. S2. Sluttelig er det parallelt med rotoren Ml resp. M2 koplet en friløpsdiode DA1 resp. DA2.

Statorstrømkretsen er forbundet med et av batteriene.

I statorstrømkretsen ligger en likestrømsregulator Stl2 resp. St22 i serie med statorviklingen Fl resp. F2. Parallelt med statorviklingen ligger det en diode DF1 resp. DF2. For omkopling av omdreiningsretningen av motoren er det anordnet en omkopler FU1 resp'. FU2 foran statorviklingen.

Koplingsanordningen arbeider på følgende måte (se fig. 1). De to hovedbrytere HS1 og HS2 sluttes og likestrøms^regulatoren Stil og St21 for rotorstrømkretsen såvel som likestrømsregulatorene Stl2 og St22 for statorkretsen betjenes slik at den fra batteriene uttatte strøm skjer i pulser hvis frekvens og/eller pulsbredde styres av den tilordnede regulator. Under pulspausene flyter strømmen videre som følge av rotors resp. statorinduktiviteten via friløpsdiodene DA'1 og DA2 i rotorkretsen resp. DF1 og DF2 i statorkretsen. Stator-strømmen er praktisk talt jevn selv om det påtrykkes en med reguleringsfrekvens mellom null og batterispenningen vekslende spenning,

Pulseringen er imidlertid merkbart større i rotor-strømmen som følge av den forholdsvis lille rotorinduktivitet.

Pulssiden i likestrømsregulatorene økes kontinuerlig så lenge inntil den spenning som påtrykkes rotoren tilsvarer batterispenningen. På dette tidspunkt blir bryterne Sl resp, S2 koplet inn som shunter likestrømsregulatorene.Stil resp. St21, slik at rotoren får den fulle batterispenning. Fra nå av blir statorstrømmen svekket ved hjelp av statorstrømregulatoren inntil omdreiningstallet har øket til ca. dobbelt verdi.

Før omkoplingen til dobbelt batterispenning ved seriekopling av batterigruppene Bl og B2, økes energiserings-strømmen så meget at den induserte motorspenning tilnærmet tilsvarer spenningen av de to i serie koplede batterigrupper. Bryteren S12 for seriekopling av de to batterigrupper kan dermed sluttes uten at det oppstår noe strømstøt fordi motor-strømmen på forhånd er null fordi motoren EMK er større enn

spenningen av de fremdeles paralleltliggende batterier.

Ved koplingsanordningen på fig. 2 er det' anordnet fire batterigrupper av hvilke to er koplet parallelt og de parallelkoplede grupper er via bryteren S23 koplet i serie. Starten skjer på. samme måte som på fig. 1 hvor de fire batterier ved brutt bryter S23 er koplet parallelt,

Ved den på fig. 3 viste anordning blir det på samme måte koplet fra parallelkopling til seriekopling som ovenfor beskrevet, men her blir i tillegg bryteren S12 sluttet, slik at det dannes en seriekopling av to batterigrupper ved seriekopling av to paralleltkoplede batterigrupper slik at man får den tredobbelte spenning for et batteri.

Ved den på fig. 4 viste anordning er alle batterigrupper seriekoplet. Overgangen fra fig. 3 skjer analogt med det som er beskrevet for koplingsanordningen på fig. 1.

For å minske omdreiningstallet minskes først statorsvekkingen som var nødvendig for større omdreiningstall. Når statorstrømmen har øket til nominell verdi, må omkoplingen skje på det neste spenningstrinn, Det skjer ved en kort overenergisering av statoren ut over den nominelle verdi slik at motoren EMK økes til i høyde med batterispenningen slik at rotorstrømmen blir null og bryterne kan brytes strømløst.

Det kan forutsettes at motorens omdreiningstall under dette forløp bare minskes uvesentlig.

Deretter blir statoren igjen svekket så meget at den ønskede rotorstrøm påny flyter i det nye koplingstrinn.

Statorviklingen og statorstrømregulatoren er utformet slik at de tåler den nødvendige kortvarige overenergisering,

Claims (11)

1. Koplingsanordning for elektrisk drift av propell i undervanns fartøy med minst én likes-trømmotor som mates fra et i grupper oppdelt akkumulatorbatteri, hvilke grupper i et første drift&trinn via elektriske ventiler parallelkoples og i et videre driftstrinn seriekoples og i serie med motorens rotorvikling koples minst en styrbar halvlederventil, karakterisert ved at den styrbare halvl.eder-ventil er hovedtyristoren i en likestrømregulator (Stil) som ligger foran rotorviklingen, at statorviklingen (Fl) mates fra en likestrømkilde via en ytterligere likestrømregulator (Stl2), og at det mellom plusspolen i én batterigruppe (Bl, B2 , B'3 , Bty ) og den negative pol i den tilgrensende batterigruppe (B2,B3, BH) er anordnet en skillebryter (S12, S233'S3il) .

2. Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at det parallelt med likestrømregulatoren (Stil) i rotorstrømkretsen er anordnet en skillebryter (Sl).

3- Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved to drivmotorer (M1,M2) med separate like-strømregulatorer (Stil, Stl2) i rotorstrømkretsen., og separate likestrømregulatorer (Stl2, St22) i statorstrømkretsen. ty.

Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at drivmotoren er utformet som dobbeltrotor- , motor og en særskilt likestrømregulator (Stil, St21) er anordnet i hver av rotorstrømkretsene, og særskilt likestrøm^ regulator (Stl2, St22) er anordnet i hver energiseringskrets.

5. Anordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved fire batterigrupper som kan koples valgvis parallelt, serie-parallelt og i serie.

6. Anordning ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at de enkelte for manøvrering be-tjenbare brytere (S12, S23, S, J>ty , Sl, S2) er sammenfattet til en elektromotorisk, hydraulisk eller pneumatisk betjenbar, strømløs koplende enhet.

7. Anordning ifølge et av kravene 1-5, karakt terisert ved i det minste en del av tyristorene i likestrømregulatorene (Stil, St21, Stl2, St22) såvel som til en elektromotorisk, hydraulisk eller pneumatisk betjenbar, strømløs koplende enhet. ' k 7. Anordning ifølge et av kravene 1^5 , karakterisert ved i det minste en del av tyristorene i likestrømregulatorene (Stil, St21, Stl2, St22) såvel som diodene (D12,...D43) er utstyrt med vannkjøling, .

8. Anordning ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved 'at likestrømregulatorene (Stil, St21, Stl2, St22) for stator- og rotorkretsene har samme dimensjo--nering.

9. Fremgangsmåte til elektrisk drift av propell i undervannsfartøy ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at i en første driftsfase etter tenning av statorstrømregulatoren (Stl2 resp. St22) og parallelkoplede batterigrupper (VI,B2...), betjenes likestrømregulatoren (Stil resp, St21) i rotorstrømkretsen så lenge at motorspenn-ingen har øket fra en minimalverdi av batterispenningen (Ul), og at deretter i en andre driftsfase shuntes likestrømregula-toren (Stil resp. St21) for rotorstrømkretsen av skillebryteren (Sl resp. S2), og så betjenes likestrømregulatoren (Stl2 resp. St22) for energiseringsstrømmen for motoren for svekking av feltet så lenge inntil motorens omdreiningstall har nådd den dobbelte verdi, og deretter betjenes likestrøm-regulatoren (Stl2 resp. St22) for energiseringsstrømmen så raskt, at motorens EMK har nådd den dobbelte batterispenning, og at omkopling av bryteren (S12) for omgruppering av batteriene fordobler spenningen på samleskinnene, hvoretter energiseringsstrømmen minskes så meget at motoren opptar den ønskede rotorstrøm.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at energiseringsstrømmen styres resp. reguleres ved betjening av likestrømregulatoren (Stl2 resp. St22) i samspill med slutning resp. brytning av bryterne (S12, S23,S3^) for batteriomgruppering, 'at den gjennom disse brytere flytende strøm er null eller tilnærmet null umiddelbart før og etter slutningen resp. brytningen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at energiserinsstrømmen styres slik ved regulering av likestrømregulatoren (Stl2 resp. St22) at den er proporsjonal med den opptredende rotorstrøm.