DE10011601A1 - Antriebseinrichtung für Schiffspropeller - Google Patents

Abstract

Eine Antriebseinrichtung für Schiffspropeller hat einen elektrischen Propellermotor (3), mittels dem der Schiffspropeller (1) antreibbar ist, einen Drehzahlregler (16), durch dessen Ausgangswert ein Drehmomentsollwert bzw. Stromsollwert über einen Um- bzw. Stromrichter (7) für den elektrischen Propellermotor (3) bzw. den Schiffspropeller (1) vorgebbar ist, wobei mittels des Um- bzw. Stromrichters (7) der elektrische Propellermotor (3) entsprechend einem der Solldrehzahl des Drehzahlreglers (16) entsprechenden Stromsollwert mit elektrischer Energie aus einem mittels einer Dieselgeneratoranlage (6) mit elektrischer Energie gespeisten Bordnetz (5) versorgbar ist. Um den elektrischen Propellermotor (3) zu beschleunigen, zu verzögern oder elektrisch zu bremsen, ohne dass es dabei im Bordnetz (5) oder bei der Dieselgeneratoranlage (6) zu Problemen mit schnellen Lastwechseln kommt, wird ein adaptiver Hochlaufgeber (26) vorgeschlagen, mittels dem die zeitliche Anpassung des Stromsollwerts eines Stromreglers (8) des Um- bzw. Stromrichters (7) an den der am Drehzahlregler (16) vorliegenden Solldrehzahl entsprechenden Stromsollwert unter Berücksichtigung von durch das Bordnetz (5) und/oder die das Bordnetz (5) mit elektrischer Energie speisende Dieselgeneratoranlage (6) vorgegebenen Grenzwerten steuerbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für Schiffspropeller, mit einem elektrischen Propellermotor, mit­ tels dem der Schiffspropeller antreibbar ist, einem Drehzahl­ regler, durch dessen Ausgangswert ein Drehmomentensollwert bzw. Stromsollwert über einen Um- bzw. Stromrichter für den elektrischen Propellermotor bzw. den Schiffspropeller vorgeb­ bar ist, wobei mittels des Um- bzw. Stromrichters der elekt­ rische Propellermotor entsprechend einem der Solldrehzahl des Drehzahlreglers entsprechenden Stromsollwert mit elektrischer Energie aus einem mittels einer Dieselgeneratoranlage mit e­ lektrischer Energie gespeisten Bordnetz versorgbar ist.

Derartige Antriebseinrichtungen für Schiffspropeller sind üb­ licherweise drehzahlgeregelt. Der Ausgang vom Drehzahlregler ist der Sollwert eines Stromreglers des Um- bzw. Stromrich­ ters und darf sich nicht schneller ändern, als das Bordnetz der Antriebseinrichtung des Schiffspropellers dynamisch fol­ gen kann. Die dynamischen Grenzen bei Laständerungen im Bord­ netz hängen von den Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoran­ lage ab. Hierbei sind der Dieselmotor und der üblicherweise als Synchrongenerator ausgebildete Generator der Dieselgene­ ratoranlage getrennt voneinander zu betrachten.

Bei der Auslegung von Dieselmotoren für Dieselgeneratoranla­ gen von Schiffen hinsichtlich ihres Lastverhaltens werden die Vorgaben der International Association of Classification So­ cieties (IACS) berücksichtigt. Das dort hinterlegte dreistu­ fige Laständerungsdiagramm greift bei den heutigen hochaufge­ ladenen Dieselmotoren schon erheblich in die Dynamik der An­ triebseinrichtung für Schiffspropeller ein. Erschwerend kommt hinzu, dass die dort genannten Werte besonders im oberen Leistungsbereich heutzutage aufgrund nicht ausreichender War­ tung oft nicht mehr erreicht werden. Die mögliche Dynamik bei der Leistungsabgabe an der Dieselmotorenwelle geht deshalb erfahrungsgemäß zurück, wenn das Schiff längere Zeit auf See ist.

Ein weiterer zeitlicher Gradient der Leistungsabgabe von Die­ selmotoren, der nicht nach IACS oder sonst allgemein gültig spezifiziert ist, hängt von der thermischen Belastbarkeit der Dieselmotoren ab. Eine gleichmäßige Laständerung darf an ei­ nem betriebswarmen Dieselmotor von 0 auf 100% Nennleistung bzw. von 100% Nennleistung auf 0 nur in einer von der Bau­ größe des jeweiligen Dieselmotors stark abhängigen Mindest­ zeit erfolgen. Dieser zeitliche Gradient darf auch ab­ schnittsweise nicht überschritten werden, weil es sonst zu Schäden am Dieselmotor kommen kann. Diese vorstehend erläu­ terten Mindestzeiten können zwischen 10 Sekunden - bei klei­ nen Baugrößen - und 60 Sekunden - bei großen Baugrößen - lie­ gen.

Umrichter mit Steuerblindleistung, z. B. Stromzwischenkreisum­ richter, Direktumrichter, Stromrichter für Gleichstrommaschi­ nen u. dgl., benötigen eine lastabhängige Blindleistung. Die­ se Blindleistung wird von der Erregung der Synchrongenerato­ ren der Dieselgeneratoranlage geliefert. Der zeitliche Gra­ dient der lastabhängigen Blindleistung von den oben genannten Umrichtern mit Steuerblindleistung ist bei Antriebseinrich­ tungen für Schiffspropeller ca. 15 bis 25 mal schneller, als die Erregung der Synchrongeneratoren der Dieselgeneratoranla­ ge folgen kann.

Wenn beim Antrieb von Schiffspropellern die dynamischen Gren­ zen der Dieselmotoren der Dieselgeneratoranlage überschritten werden, schwankt die Frequenz des von der Dieselgeneratoran­ lage gespeisten Bordnetzes in unzulässigen Größen. Auch sind Schäden an den Dieselmotoren nicht auszuschließen, da die Drehzahlregelung der Dieselgeneratoranlage ohne Rücksicht auf die dynamischen Grenzen die Frequenz des Bordnetzes in einem zulässigen Bereich halten muss. Wenn die dynamischen Grenzen der Synchrongeneratoren der Dieselgeneratoranlage überschrit­ ten werden, schwankt die Spannung des Bordnetzes in unzuläs­ sigen Größen.

Daher wurde bisher an der mehrstufigen oder stetigen Änderung der Hochlaufzeiten vom Drehzahlsollwert und/oder vom Strom­ sollwert bei Probefahrten solange herumexperimentiert, bis die Antriebseinrichtung des Schiffspropellers im von der Die­ selgeneratoranlage mit elektrischer Energie gespeisten Bord­ netz zufriedenstellend betrieben werden konnte. Hierbei war es oft nur möglich, bestimmte Arbeitspunkte zu optimieren. Ein fester Zusammenhang zwischen den Einstellmöglichkeiten in der Regelung des elektrischen Propellermotors und deren dyna­ mische Auswirkungen auf die Dieselgeneratoranlage im Bordnetz war nicht vorhanden. Der zeitliche Verlauf der Entlastung der Dieselgeneratoranlage war in der Regelung der Antriebsein­ richtung des Schiffspropellers selten berücksichtigt bzw. einstellbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs ge­ schilderte Antriebseinrichtung für Schiffspropeller derart weiterzubilden, dass der elektrische Propellermotor beschleu­ nigt, verzögert oder elektrisch gebremst werden kann, ohne dass es dabei im Bordnetz oder im Bereich der Dieselgenera­ toranlage zu aus schnellen Lastwechseln resultierenden Prob­ lemen kommen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen adaptiven Hochlaufgeber gelöst, mittels dem die zeitliche Anpassung des Stromsollwerts eines Stromreglers des Um- bzw. Stromrichters an den der am Drehzahlregler vorliegenden Solldrehzahl ent­ sprechenden Stromsollwert unter Berücksichtigung von durch das Bordnetz und/oder die das Bordnetz mit Elektrischer Ener­ gie speisende Dieselgeneratoranlage vorgegebenen Grenzwerten steuerbar ist.

Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird als Antriebsmotor für einen Synchrongenerator stellvertretend für Verbrennungs­ motoren ein Dieselmotor angegeben. Es kann sich jedoch auch um solche Verbrennungsmotoren handeln, die mit Diesel, Mari­ nediesel, Schweröl usw. betrieben werden, wobei auch Dampf- oder Gasturbinen als Antriebsmotoren denkbar sind. Bei einer Dampf- oder Gasturbine als Antriebsmotor haben die Lastände­ rungsdiagramme nach IACS keine Gültigkeit, und der zeitliche Gradient der Leistungsabgabe liegt in einem anderen Bereich, was zur Folge hat, dass für die Hoch- und Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufgebers für den Stromsollwert des Stromreg­ lers andere als die eingangs genannten Zeiten gelten.

Wenn eine Hoch- und eine Rücklaufzeit des adaptiven Hochlauf­ gebers für den Stromsollwert des Stromreglers proportional mit dem Betrag der Ist-Drehzahl des elektrischen Propellermo­ tors veränderbar ist, wird sichergestellt, dass sich die Hoch- und Rücklaufzeit des Hochlaufgebers für den Stromsoll­ wert nach der zulässigen zeitlichen Be- und Entlastung der das Bordnetz mit elektrischer Energie speisenden Dieselmoto­ ren der Dieselgeneratoranlage richtet. Hierdurch wird er­ reicht, dass die von einem der Antriebseinrichtung des Schiffspropellers zugeordneten Umrichter aufgenommene Wirk­ leistung eine von der Drehzahl des elektrischen Propellermo­ tors unabhängige Hoch- und Rücklaufzeit hat.

Vorzugsweise wird in einem unteren Drehzahlbereich des elekt­ rischen Propellermotors bzw. des Schiffspropellers für die Hoch- und die Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufgebers für den Stromsollwert des Stromreglers eine minimale Hoch- und eine minimale Rücklaufzeit vorgegeben, die von der zulässigen zeitlichen Änderung der Blindleistungsabgabe von Synchronge­ neratoren der das Bordnetz speisenden Dieselgeneratoranlage abhängig sind.

Wenn die Hoch- und die Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufge­ bers für den Stromsollwert des Stromreglers umgekehrt propor­ tional zur Anzahl der das Bordnetz mit elektrischer Energie speisenden Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage verän­ derbar ist wird erreicht, dass die von einem Dieselgenerator der Dieselgeneratoranlage aufgenommene Wirkleistung eine vom Betrieb des der Antriebseinrichtung des Schiffspropellers zu­ geordneten Umrichters unabhängige Hoch- und Rücklaufzeit hat.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für Schiffspropeller ist die Hoch- und die Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufgebers für den Strom­ sollwert des Stromreglers in Abhängigkeit vom Betriebszustand der das Bordnetz mit elektrischer Energie speisenden Diesel­ generatoranlage veränderbar, wobei sich unterschiedliche Die­ selgeneratoren der Dieselgeneratoranlage in unterschiedlichen Betriebszuständen befinden können.

Wenn der der Solldrehzahl entsprechende Ausgangswert des Drehzahlreglers sowohl direkt in den Stromregler des Um- bzw. Stromrichters des elektrischen Propellermotors als auch in den adaptiven Hochlaufgeber eingebbar ist, dessen Ausgangs­ wert über eine positive Offsetstufe in eine obere Stromwert­ begrenzungseinheit des Drehzahlreglers und über eine negative Offsetstufe in eine untere Stromwertbegrenzungseinheit des Drehzahlreglers eingebbar ist wird erreicht, dass der Dreh­ zahlregler im ausgeregelten Zustand den an den Stromregler weiterzugebenden Stromsollwert frei von Begrenzungen führen kann. Ansonsten entstünden im elektrischen Propellermotor er­ hebliche Schwebungen, die sich im Schiff als mechanische Schwingungen bzw. Körperschallquellen auswirken würden, ins­ besondere bestünde die Gefahr, dass der Schiffspropeller ins Kavitieren kommt, was wiederum zu Schäden am Schiffspropeller und am Schiff führen könnte. Bei der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise bildet der Ausgang des adaptiven Hochlaufge­ bers die vorstehend beschriebene und erläuterte zulässige Dy­ namik der Dieselgeneratoren ab. Zur Schaffung der erforderli­ chen Freiheit der Drehzahlregelung dienen die positive und die negative Offsetstufe des adaptiven Hochlaufgebers sowie die obere und die untere Stromwertbegrenzungseinheit des Drehzahlreglers. Hierdurch wird es möglich, dass der Dreh­ zahlregler den an den Stromregler des Um- bzw. Stromrichters weiterzuleitenden Stromsollwert über ein "bewegliches Fens­ ter" führt, innerhalb dessen der Drehzahlregler hinsichtlich der Regelung der Drehzahl frei ist.

Innerhalb dieses beweglichen Fensters arbeitet der Drehzahl­ regler mit seiner vollen Dynamik. Im Bordnetz kommt es daher zu Spannungsschwankungen, da die Erregung der Synchrongenera­ toren der Dieselgeneratoranlage dem Stromsollwert zeitlich nicht mehr folgen kann. Der bordnetzseitige Blindstrom vom Umrichter bzw. Stromrichter der Antriebseinrichtung des Schiffspropellers erzeugt diese Spannungsschwankungen über die Reaktanz des Generators. Die Größe des Offsets der posi­ tiven Offsetstufe und der negativen Offsetstufe und damit die Variationsbreite bzw. die Größe des beweglichen Fensters wird so eingestellt, dass ein daraus resultierender bordnetzseiti­ ger Blindstrom auf der Reaktanz eines Synchrongenerators der Dieselgeneratoranlage einen Spannungsabfall erzeugt, der in­ nerhalb der zulässigen Spannungstoleranz des Bordnetzes liegt. Hierdurch treten keine Störungen auf, da schnelle Spannungsschwankungen innerhalb der zulässigen Spannungstole­ ranz im Bordnetz unkritisch sind. Hierbei ist die Größe des Offsets eine Funktion der Drehzahl, wobei der bordnetzseitige Leistungsfaktor von der Aussteuerung des der Antriebseinrich­ tung des Schiffspropellers zugeordneten Umrichters bzw. Stromrichters abhängt. Die Größe des Offsets ist proportional zur Anzahl der das Bordnetz mit elektrischer Energie speisen­ den Dieselgeneratoren, da die Kurzschlussleistung Sk" im Bordnetz ebenfalls etwa proportional der Anzahl der speisen­ den Dieselgeneratoren ist.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines e­ lektrisch angetriebenen Schiffspropellers wird eine Solldreh­ zahl für den Schiffspropeller vorgegeben und in einen Strom­ sollwert für einen Um- bzw. Stromrichter eines elektrischen Propellermotors umgewandelt, der aus einem mittels einer Die­ selgeneratoranlage gespeisten Bordnetz mit elektrischer Ener­ gie versorgt wird, wobei der Stromsollwert unter Berücksich­ tigung von durch das Bordnetz und/oder die das Bordnetz mit elektrischer Energie speisende Dieselgeneral oranlage vorgege­ benen Grenzwerten gesteuert wird.

Vorteilhaft werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Hoch- und die Rücklaufzeit des Stromsollwerts proportional mit dem Betrag der Ist-Drehzahl des elektrischen Propellermo­ tors verändert.

Des weiteren ist es gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, in einem unteren Drehzahlbereich des elektrischen Propellermotors bzw. des Schiffspropellers für die Hoch- und die Rücklaufzeit des Stromsollwerts in Abhängigkeit von der zulässigen zeitlichen Änderung der Blindleistungsabgabe von Synchrongeneratoren der Dieselgeneratoranlage eine minimale Hoch- und eine minimale Rücklaufzeit vorzugeben.

Die Hoch- und die Rücklaufzeit des Stromsollwerts können um­ gekehrt proportional zur Anzahl der das Bordnetz mit elektri­ scher Energie speisenden Generatoren der Dieselgeneratoranla­ ge verändert werden.

Des weiteren ist es zweckmäßig, wenn die Hoch- und die Rück­ laufzeit des Stromsollwerts in Abhängigkeit vom Betriebszu­ stand der das Bordnetz mit elektrischer Energie speisenden Dieselgeneratoranlage verändert wird, wobei unterschiedliche Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage sich in unter­ schiedlichen Betriebszuständen befinden können.

Vorteilhaft wird der Stromsollwert nach oben und unten be­ grenzt, indem für den Stromsollwert ein mit dem Stromsollwert sich verändernder Variationsbereich mit einem positiven und einem negativen Offset vorgegeben werden, wobei der positive und der negative Offset zweckmäßigerweise so eingestellt wer­ den können, dass ein daraus resultierender bordnetzseitiger Blindstrom auf der Reaktanz eines Synchrongenerators der Die­ selgeneratoranlage keinen außerhalb der zulässigen Spannungs­ toleranz des Bordnetzes liegenden Spannungsabfall erzeugt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Größe des positiven und des negativen Offsets proportional zur An­ zahl der das Bordnetz mit elektrischer Energie speisenden Ge­ neratoren der Dieselgeneratoranlage zu verändern.

Mittels des erfindungsgemäß vorgesehenen adaptiven Hochlauf­ gebers für den Stromsollwert wird im Zusammenwirken mit einem hier nicht beschriebenen Kraftwerksschutz eine Trennung zwi­ schen dem Fahrverhalten der Antriebseinrichtung des Schiffs­ propellers und den Rückwirkungen des dieser Antriebseinrich­ tung zugeordneten Umrichters bzw. Stromrichters auf das Bord­ netz ermöglicht. Hierbei sind die Funktionen des adaptiven Hochlaufgebers eindeutigen Parametern der Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage zugeordnet. Diese Parameter sind den Herstellern der Dieselmotoren bzw. der Generatoren be­ kannt. Aufgrund dieser Parameter können dann alle Konnektoren für die in der Drehzahlregelung des elektrischen Propellermo­ tors erforderlichen Zusatzfunktionen rechnerisch ermittelt werden. Hierdurch ergeben sich im Vergleich zu der bisher be­ kannten Vorgehensweise, bei der solange an vermaschten Funk­ tionen optimiert wurde, bis die Antriebsanlage des Schiffes lief, erhebliche Vorteile, die zu einer beträchtlichen Redu­ zierung des wirtschaftlichen Aufwands führen. Den Funktionen der Antriebseinrichtung des Schiffspropellers sind nunmehr eindeutige Auswirkungen auf die Gesamtanlage des Bordnetzes zugewiesen. Wenn Schutzfunktionen des Bordnetzes eingestellt werden, wird nur das Bordnetz verändert, wohingegen nur an der Antriebseinrichtung des Schiffspropellers Einstellungen vorgenommen werden, solange Schutzfunktionen des Bordnetzes nicht eingreifen müssen.

Durch Einsatz des adaptiven Hochlaufgebers für den Stromsoll­ wert wird bei Umrichtern mit Steuerblindleistung auch der Be­ trieb eines Bordnetzes mit einer relativ geringen Kurz­ schlussleistung möglich, ohne dass es dabei zu unzulässigen Spannungsschwankungen kommt. Hieraus ergibt sich ein erhebli­ cher wirtschaftlicher Vorteil, da Schaltanlagen für kleinere Kurzschlussleistungen preiswerter sind.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer vorteilhaften Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der für die Erfindung wesentli­ chen Teile einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung für Schiffspropeller;

Fig. 2 ein Diagramm, aus dem die Hochlaufzeit des Stromsoll­ werts unter Berücksichtigung der Anzahl von einem Bord­ netz speisenden Generatoren hervorgeht;

Fig. 3 aufeinanderfolgende Hochlaufphasen des Stromsollwerts bei einer unterschiedlichen Anzahl das Bordnetz spei­ sender Generatoren;

Fig. 4 den Variationsbereich des Stromsollwerts in Bezug auf einen stetigen Wert; und

Fig. 5 den Variationsbereich des propellerantriebsseitigen Stromsollwerts bei zwei bis vier in Betrieb befindli­ chen Generatoren.

Eine in Fig. 1 im Prinzip dargestellte Antriebseinrichtung ei­ nes Schiffspropellers 1 hat einen elektrischen Propellermotor 3, der von einer Dieselgeneratoranlage 6 über ein Bordnetz 5 und einen Um- bzw. Stromrichter 7 mit elektrischer Energie versorgt wird.

Die Dieselgeneratoranlage 6 kann eine unterschiedliche Anzahl von Dieselgeneratoren aufweisen. Hierbei kommen üblicherweise Synchrongeneratoren zum Einsatz.

Der Schiffspropeller 1 wird durch eine Abtriebswelle 2 des elektrischen Propellermotors 3 angetrieben.

Dem elektrischen Propellermotor 3 sind eine Drehzahlregelung 9 und der Um- bzw. Stromrichter 7 mit Stromregelung zugeord­ net, mittels denen die Drehzahl der Abtriebswelle 2 des elek­ trischen Propellermotors 3 und damit die Drehzahl des Schiffspropellers 1 regelbar ist.

Eingangsseitig erhält ein Stromregler 8 des Um- bzw. Strom­ richters 7 einen Stromsollwert I* 19 von einem Drehzahlregler 16. Der einer vorgegebenen Drehzahl n* 13 entsprechende Stromsollwert I* 19 wird außer an den Stromregler 8 vom Dreh­ zahlregler 16 noch an die Eingangsseite eines adaptiven Hoch­ laufgebers 26 angelegt.

Ausgangsseitig weist der adaptive Hochlaufgeber 26 eine posi­ tive Offsetstufe 30 und eine negative Offsetstufe 32 auf. Mittels der beiden Offsetstufen 30, 32 wird der Stromsollwert I* 19 mit einem Variationsbereich versehen, wobei eine obere 31 und eine untere Grenze 33 dieses Variationsbereichs von der Ausgangsseite des adaptiven Hochlaufgebers 26 an die Aus­ gangsseite des Drehzahlreglers 16 weitergegeben werden, an der eine obere Stromwertbegrenzungseinheit 17 und eine untere Stromwertbegrenzungseinheit 18 vorgesehen sind.

Aus der oberen Stromwertbegrenzungseinheit 17 und der unteren Stromwertbegrenzungseinheit 18 resultiert für den Drehzahl­ regler 16 ein variabler Stellbereich, innerhalb dessen der ausgangsseitige Stromsollwert I* 19, der an den Stromregler 8 weitergegeben wird, zu verbleiben hat.

Bei der Ermittlung des Variationsbereichs 26 für den Strom­ sollwert nach dem im adaptiven Hochlaufgeber 26 werden durch die Dieselgeneratoranlage 6 sowie das Bordnetz 5 vorgegebene Grenzwerte berücksichtigt. Durch diese Grenzwerte wird derje­ nige Variationsbereich begrenzt, innerhalb dessen der aus­ gangsseitig des Drehzahlreglers 16 diesen verlassende Strom­ sollwert I* 19 sich verändern kann. Hierbei muss berücksich­ tigt werden, dass gewährleistet sein muss, dass das Bordnetz 5 dem elektrischen Propellermotor 3 dynamisch folgen kann. Die dynamischen Grenzen bei Laständerungen im Bordnetz 5 bzw. des elektrischen Propellermotors 3 sind hochgradig von Eigen­ schaften der Dieselgeneratoranlage 6 abhängig, wobei prinzi­ piell die Dieselmotoren und die üblicherweise als Synchronge­ neratoren ausgebildeten Generatoren der Dieselgeneratoranlage 6 getrennt voneinander zu betrachten sind.

Im adaptiven Hochlaufgeber 26 werden eine Hoch- und eine Rücklaufzeit für den Stromsollwert I* 19, der vom Drehzahl­ regler 16 an den Stromregler 8 weitergeleitet wird, vorgege­ ben, wobei bei der Bemessung dieser Hoch- und Rücklaufzeit die zulässige zeitliche Be- und Entlastung der Dieselmotoren der Dieselgeneratoranlage 6 berücksichtigt wird. Um dem Rech­ nung zu tragen, ändert sich die im adaptiven Hochlaufgeber 26 festgelegte Hoch- und Rücklaufzeit proportional mit dem Be­ trag der Drehzahl n 15 des elektrischen Propellermotors 3. Hierdurch wird erreicht, dass die von einem Um- bzw. Strom­ richter der Antriebseinrichtung aufgenommene Wirkleistung ei­ ne von der Drehzahl n 15 des elektrischen Propellermotors 3 unabhängige Hoch- und Rücklaufzeit hat.

In einem unteren Drehzahlbereich des elektrischen Propeller­ motors 3, der etwa dem Manöverbereich entspricht, werden für die im adaptiven Hochlaufgeber 26 registrierte Hoch- und Rücklaufzeit für den Stromsollwert I* 19 eine minimale Hoch- und Rücklaufzeit berücksichtigt, die sich nach der zulässigen zeitlichen Änderung der Blindleistungsabgabe von den Syn­ chrongeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 richtet.

Des weiteren werden die im adaptiven Hochlaufgeber 26 regist­ rierte Hoch- und Rücklaufzeit für den Stromsollwert I* 19 um­ gekehrt proportional zur Anzahl der Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 verändert. Hierdurch wird erreicht, dass die von einem Dieselgenerator der Dieselgeneratoranlage 6 aufgenommene Wirkleistung eine vom Betrieb des Um- bzw. Stromrichters 7 unabhängige Hoch- und Rücklaufzeit hat. Dies ist in Fig. 2 dargestellt, die den Verlauf des Stromsollwerts ohne Variationsbereich 29 bei einer Hochlaufzeit darstellt, wobei sich bei lediglich einem das Bordnetz 5 speisenden Die­ selgenerator der Dieselgeneratoranlage 6 der Verlauf 35, bei zwei Dieselgeneratoren der Verlauf 36, bei drei Dieselgenera­ toren der Verlauf 37 und bei vier Dieselgeneratoren der Ver­ lauf 38 einstellt. Dahingegen ist in Fig. 3 der Verlauf des Stromsollwerts ohne Variationsbereich 29 während einer Hoch­ laufzeit dargestellt, in der zunächst zwei, dann drei und dann vier Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 e­ lektrische Energie in das Bordnetz 5 einspeisen. Bei ledig­ lich zwei in das Bordnetz 5 einspeisenden Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 verläuft der Stromsollwert ohne Variationsbereich 29 wie durch den Anstieg 39 in Fig. 3 darge­ stellt, bei drei in Betrieb befindlichen Dieselgeneratoren ergibt sich der Anstieg 40 und bei vier arbeitenden Dieselge­ neratoren der Anstieg 41.

Im ausgeregelten Zustand muss der Drehzahlregler 16 in die Lage versetzt sein, den an den Stromregler E3 weiterzugebenden Stromsollwert I* 19 frei von Begrenzungen führen zu können. Ansonsten entstehen im elektrischen Propellermotor 3 erhebli­ che Schwebungen, die sich im Schiff als mechanische Schwin­ gungen bzw. Körperschallquellen auswirken und ein Kavitieren des Schiffspropellers 1 fördern oder auch auslösen können. Aus diesem Grunde geht der Stromsollwert I* 19 von der Aus­ gangsseite des Drehzahlreglers 16, wie auch sonst üblich, weiterhin direkt in den Stromregler 8 des Um- bzw. Stromrich­ ters 7 des elektrischen Propellermotors 3. Derselbe Strom­ sollwert geht aber auch parallel an den adaptiven Hochlaufge­ ber 26. Die Ausgangsseite dieses adaptiven Hochlaufgebers 26 bildet damit die vorstehend erläuterte zulässige Dynamik der Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 ab. Um der Drehzahlregelung des Drehzahlreglers 16 dennoch die erforder­ liche Variationsbreite bzw. Freiheit zu geben, geht der Aus­ gangswert des adaptiven Hochlaufgebers 26 über die positive Offsetstufe 30 bzw. die negative Offsetstufe 32 auf die obere Stromwertbegrenzungseinheit 17 bzw. die untere Stromwertbe­ grenzungseinheit 18 des Drehzahlreglers 16. Hierdurch wird es für den Drehzahlregler 16 möglich, den an den Stromregler 8 des Um- bzw. Stromrichters 7 des elektrischen Propellermotors 3 weiterzuleitenden Stromsollwert I* 19 innerhalb eines sich hinsichtlich seiner Lage und seiner Breite ändernden Variati­ onsbereichs zu führen, wobei sich durch diesen Variationsbe­ reich quasi ein bewegliches Fenster für den vom Drehzahlreg­ ler 16 an den Stromregler 8 weitergegebenen Stromsollwert I* 19 ergibt. Innerhalb dieses beweglichen Fensters ist der Drehzahlregler 16 bei der Führung des Stromsollwerts I* 19 frei.

Innerhalb dieses quantitativ und hinsichtlich seiner Positio­ nierung veränderbaren Variationsbereichs bzw. innerhalb des vorstehend geschilderten beweglichen Fensters arbeitet der Drehzahlregler 16 mit seiner vollen Dynamik. Hierdurch kommt es im Bordnetz 5 zu Spannungsschwankungen, da die Erregung der Synchrongeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 dort dem Stromsollwert I* 19, wie er an den Um- bzw. Stromrichter 7 des elektrischen Propellermotors 3 weitergeleitet wird, zeit­ lich nicht mehr folgen kann. Der bordnetzseitige Blindstrom vom dem elektrischen Propellermotor 3 zugeordneten Um- bzw. Stromrichter 7 erzeugt diese Spannungsschwankungen über die Reaktanz des Synchrongenerators, die sich in der Regel auf Schiffen zu xd" = 14% bis 18% ergibt. Die Größe des posi­ tiven Offsets 29 und des negativen Offsets 29, wie sie vom adaptiven Hochlaufgeber 26 für die Breite des Variationsbe­ reichs bzw. des beweglichen Fensters vorgegeben werden, wird so eingestellt, dass der daraus resultierende bzw. deswegen erzeugte bordnetzseitige Blindstrom auf der Reaktanz eines Generators einen Spannungsabfall erzeugt, der in jedem Fall innerhalb der zulässigen Spannungstoleranz im Bordnetz 5 liegt. Schnelle Spannungsschwankungen innerhalb der zulässi­ gen Spannungstoleranz im Bordnetz 5 sind für dessen Betrieb unkritisch. Der positive und der negative Offset 29 ist eine Funktion des Betrages der Drehzahl n 15 des elektrischen Pro­ pellermotors 3, da der bordnetzseitige Leistungsfaktor von der Aussteuerung des dem elektrischen Propellermotor 3 zuge­ ordneten Um- bzw. Stromrichters 7 abhängt. Des weiteren ist der positive und der negative Offset 29 proportional der An­ zahl der in das Bordnetz 5 einspeisenden Synchrongeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6, da die Kurzschlussleistung Sk" im Bordnetz 5 ebenfalls etwa proportional der Anzahl der ins Bordnetz 5 einspeisenden Synchrongeneratoren der Dieselgene­ ratoranlage 6 ist.

In Fig. 4 ist der Variationsbereich bzw. das bewegliche Fens­ ter für den Stromsollwert in Bezug auf einen stetigen Wert dargestellt, wobei durch die Graphen 42 der Variationsbereich bei einem in das Bordnetz 5 elektrische Energie einspeisenden Dieselgenerator der Dieselgeneratoranlage 6, durch die Gra­ phen 43 der Variationsbereich bei zwei Dieselgeneratoren, die Graphen 44 der Variationsbereich bei drei arbeitenden Diesel­ generatoren und die Graphen 45 der Variationsbereich bei vier arbeitenden Dieselgeneratoren dargestellt ist.

Dahingegen ist in Figur S der Variationsbereich des Stromsoll­ werts I* 19 auf Seiten des elektrischen Propellermotors 3 für zwei bis vier in Betrieb befindliche Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 dargestellt. Hieraus geht hervor, dass die Breite des Variationsbereichs bzw. des beweglichen Fensters mit der Anzahl der arbeitenden Dieselgeneratoren der Dieselgeneratoranlage 6 zunimmt.

Darüber hinaus können die Hoch- und die Rücklaufzeit des a­ daptiven Hochlaufgebers 26 für den vom Drehzahlregler 16 an den Stromregler 8 des Um- bzw. Stromrichters 7 des elektri­ schen Propellermotors 3 weiterzuleitenden Stromsollwert I* 19 unter Berücksichtigung des jeweiligen Betriebszustands der Dieselgeneratoren der das Bordnetz 5 mit elektrischer Energie speisenden Dieselgeneratoranlage 6 verändert werden.

Claims (16)

1. Antriebseinrichtung für Schiffspropeller, mit einem elekt­ rischen Propellermotor (3), mittels dem der Schiffspropeller (1) antreibbar ist, einem Drehzahlregler (16), durch dessen Ausgangswert ein Drehmomentensollwert bzw. Stromsollwert über einen Um- bzw. Stromrichter 7 für den elektrischen Propeller­ motor (3) bzw. den Schiffspropeller (1) vorgebbar ist, wobei mittels des Um- bzw. Stromrichters (7) der elektrische Pro­ pellermotor (3) entsprechend einem der Solldrehzahl des Dreh­ zahlreglers (16) entsprechenden Drehmomentensollwert bzw. Stromsollwert mit elektrischer Energie aus einem mittels ei­ ner Dieselgeneratoranlage (6) mit elektrischer Energie ge­ speisten Bordnetz (5) versorgbar ist, gekennzeich­ net durch einen adaptiven Hochlaufgeber (26), mittels dem die zeitliche Anpassung des Stromsollwerts eines Strom­ reglers (8) des Um- bzw. Stromrichters (7) an den der am Drehzahlregler (16) vorliegenden Solldrehzahl entsprechenden Stromsollwert unter Berücksichtigung von durch das Bordnetz (5) und/oder die das Bordnetz (5) mit elektrischer Energie speisende Dieselgeneratoranlage (6) vorgegebenen Grenzwerten steuerbar ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Hoch- und eine Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufgebers (26) für den Stromsollwert des Stromreglers (8) proportional mit dem Betrag der Ist-Drehzahl des elektrischen Propellermotors (3) veränderbar ist.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der in ei­ nem unteren Drehzahlbereich des elektrische Propellermotors (3) bzw. des Schiffspropellers (1) für die Hoch- und die Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufgebers (26) für den Strom­ sollwert des Stromreglers (8) eine minimale Hoch- und eine minimale Rücklaufzeit vorgebbar sind, die von der zulässigen zeitlichen Änderung der Blindleistungsabgabe von Synchronge­ neratoren der das Bordnetz (5) speisenden Dieselgeneratoran­ lage (6) abhängig sind.

4. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Hoch- und die Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufge­ bers (26) für den Stromsollwert des Stromreglers (8) umge­ kehrt proportional zur Anzahl der das Bordnetz (5) mit elekt­ rischer Energie speisenden Generatoren der Dieselgeneratoran­ lage (6) veränderbar ist.

5. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Hoch- und die Rücklaufzeit des adaptiven Hochlaufge­ bers (26) für den Stromsollwert des Stromreglers (8) in Ab­ hängigkeit vom Betriebszustand der das Bordnetz (5) mit e­ lektrischer Energie speisenden Dieselgeneratoranlage (6) ver­ änderbar ist.

6. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der Solldrehzahl entsprechende Ausgangswert des Drehzahl­ reglers (16) sowohl direkt in den Stromregler (8) des Um- bzw. Stromrichters (7) des elektrischen Propellermotors (3) als auch in den adaptiven Hochlaufgeber (26) eingebbar ist, dessen Ausgangswert über eine positive Offsetstufe (30) in eine obere Stromwertbegrenzungseinheit (17) des Drehzahlreg­ lers (16) und über eine negative Offsetstufe (32) in eine un­ tere Stromwertbegrenzungseinheit (18) des Drehzahlreglers (16) eingebbar ist.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, bei der die Größe des Offsets der positiven Offsetstufe (30) und der negativen Off­ setstufe (32) so einstellbar ist, dass ein daraus resultie­ render bordnetzseitiger Blindstrom auf der Reaktanz eines Synchrongenerators der Dieselgeneratoranlage (6) einen Span­ nungsabfall erzeugt, der innerhalb der zulässigen Spannungs­ toleranz des Bordnetzes (5) liegt.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Größe des Offsets der positiven Offsetstufe (30) und der ne­ gativen Offsetstufe (32) proportional zur Anzahl der Genera­ toren der Dieselgeneratoranlage (6) ist.

9. Verfahren zur Steuerung eines elektrisch angetriebenen Schiffspropellers (1), bei dem eine Solldrehzahl für den Schiffspropeller (1) vorgegeben und in einen Stromsollwert für einen Um- bzw. Stromrichter (7) eines elektrischen Pro­ pellermotors (3) umgewandelt wird, der aus einem mittels ei­ ner Dieselgeneratoranlage (6) gespeisten Bordnetz (5) mit e­ lektrischer Energie versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromsollwert unter Berücksichtigung von durch das Bordnetz (5) und/oder die das Bordnetz (5) mit elektrischer Energie speisende Dieselgeneratoranlage (6) vorgegebenen Grenzwerten gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Hoch- und die Rücklaufzeit des Stromsollwerts proportional mit dem Betrag der Ist-Drehzahl des elektrischen Propellermotors (3) verän­ dert wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem in einem unte­ ren Drehzahlbereich des elektrischen Propellermotors (3) bzw. des Schiffspropellers (1) für die Hoch- und die Rücklaufzeit des Stromsollwerts in Abhängigkeit von der zulässigen zeitli­ chen Änderung der Blindleistungsabgabe von Synchrongenerato­ ren der Dieselgeneratoranlage (6) eine minimale Hoch- und ei­ ne minimale Rücklaufzeit vorgegeben werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Hoch- und die Rücklaufzeit des Stromsollwerts umgekehrt pro­ portional zur Anzahl der das Bordnetz (5) mit elektrischer Energie speisenden Generatoren der Dieselgeneratoranlage (6) verändert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Hoch- und die Rücklaufzeit des Stromsollwerts in Abhängigkeit vom Betriebszustand der das Bordnetz (5) mit elektrischer E­ nergie speisenden Dieselgeneratoranlage (6) verändert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem der Stromsollwert nach oben und unten begrenzt wird, indem für den Stromsollwert ein mit dem Stromsollwert sich verändernder Variationsbereich mit einem positiven und einem negativen Offset vorgegeben werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der positive und der negative Offset so eingestellt werden, dass ein daraus resul­ tierender bordnetzseitiger Blindstrom auf der Reaktanz eines Synchrongenerators der Dieselgeneratoranlage (6) keinen au­ ßerhalb der zulässigen Spannungstoleranz des Bordnetzes (5) liegenden Spannungsabfall erzeugt.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, bei dem die Größe des positiven und des negativen Offsets proportional zur Anzahl der das Bordnetz (5) mit elektrischer Energie speisenden Ge­ neratoren der Dieselgeneratoranlage (6) verändert wird.