DE9413638U1 - Energieversorgungs- und Antriebsanlage für ein Unterseeboot - Google Patents
Energieversorgungs- und Antriebsanlage für ein UnterseebootInfo
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Description
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Beschreibung
Energieversorgungs- und Antriebsanlage für ein Unterseeboot
Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungs- und Antriebsanlage
für ein Unterseeboot gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die Energieversorgung bei einem konventionell angetriebenen Unterseeboot erfolgt aus einem Gleichspannungssystem, das aus
einer Batterie großer Kapazität sowie einem oder mehreren außenluftabhängigen Generatoraggregaten mit Gleichspannungsausgang
besteht. Alle wesentlichen Verbraucher, wie z.B. Hilfsantriebe und der elektrische Propellermotor, sind in
Gleichspannungstechnik ausgeführt und werden von dem Hauptnetz bzw. Fahrnetz des Gleichspannungssystems gespeist.
Bei dieser Anlage wird bei Überwasserfahrt des Unterseebootes, d.h. bei Vorhandensein einer Verbindung mit der
0 Außenluft, die Bordenergie üblicherweise von mindestens einem Dieselgeneratoraggregat mit Gleichspannungsausgang bereitgestellt,
das gleichzeitig auch zur Ladung der Batterie dient. Im getauchten Zustand des Unterseebootes dagegen ist die Batterie
der ausschließliche Energielieferant. In diesem Zustand werden sowohl der Propellermotor zum Bootsantrieb als auch
alle anderen Verbraucher an Bord ausschließlich aus der Batterie gespeist.
Dieses bekannte System der Gleichspannungsversorgung eines 0 Unterseebootes ist insbesondere wegen der eingeschränkten
Unterwasserausdauer nachteilig. So muß die Batterie aufgrund ihrer zentralen Bedeutung im Energieversorgungskonzept eine
sehr große Kapazität aufweisen. Hohe Kosten, hohe Anforderungen an Wartung und Instandhaltung, großer Raumbedarf, sowie
die Aufrechterhaltung eines möglichst andauernd hohen Ladezustandes
sind erforderlich. Zudem ist insbesondere bei Spei-
sung aus der Batterie im getauchten Zustand des Unterseebootes die zur Verfügung stehende Gleichspannungshöhe vom
aktuellen Ladezustand der Batterie abhängig.
Mit der DE-U-93 01 877 sind bereits Energieversorgungs- und Antriebsanlagen der eingangs genannten Art vorgeschlagen, bei
denen ein oder mehrere außenluftunabhängige Generatoraggregate mit Drehstromausgang, ein in Drehstromtechnik ausgeführtes
Bordnetz zur Versorgung von nahezu allen elektrischen Verbrauchern des Unterseebootes, welches über den Drehstromausgang
des Generatoraggregates gespeist wird, ein Pulsumrichter mit Gleichspannungszwischenkreis, welcher über den
Drehstromausgang des Generatoraggregates gespeist wird und der einen mit dem Propeller des Unterseebootes verbundenen
Drehstrommotor mit vorgebbarer Spannung und Frequenz speist, und eine Batterie, welche am Gleichspannungszwischenkreis des
Umrichters angeschlossen ist, vorhanden sind. Eine solche Anlage hat für Unterseeboote den Vorteil, daß erstmalig die
Batterie eine untergeordnete Rolle in der Energieversorgung einnimmt. Weiterhin kann hier in vorteilhafter Weise der Betrieb
der bordnetzseitigen und propellermotorseitigen Stromrichter über den batteriegestützten Zwischenkreis erfolgen.
Darüber hinaus sind Spannung und Frequenz im Drehstrom-Bordnetz unabhängig von der Spannungshöhe der Batterie. Die Verbraucher
des Bootes, insbesondere die Hilfsmotoren, können präzise dimensioniert werden. Zudem kann der Wert der Zwischenkreis-Gleichspannung
ohne Beeinträchtigung des Spannungswertes im Drehstrom-Bordnetz an den aktuellen Ladungszustand
der Batterie angepaßt werden.
Demgegenüber ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Antriebssystem
zur Verwendung in kleinen Bootsklassen mit dem Zwang zur Volumenreduzierung der elektrischen Fahr- und Bordnetzanlage
weiter zu verbessern.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das oder die Generatoraggregate wenigstens einen permanentmagneterregten
Synchrongenerator mit elektronischen Mitteln zur Spannungsstabilisierung bzw. -regelung enthält. Ein solcher permanentmagneterregter
Generator hat gegenüber bürstenlosen Konstantspannungs-Synchrongeneratoren unter anderem den Vorteil
eines höheren Wirkungsgrades sowie einer geringeren erforderlichen Kühlleistung und bietet aufgrund des geringen
Bauvolumens und niedrigen Gewichtes besonders vorteilhafte Einsatzmöglichkeiten bei Unterseebooten. Der Ausgang der dem
Generator nachgeschalteten Leistungselektronik kann dabei vorzugsweise ein Gleichstromsystem, ein Drehstromsystem oder
ein Drehstromsystem mit herausgeführtem Gleichstromzwischenkreis zur Speisung beispielsweise eines Gleichstrom-Hauptnetzes
und eines Wechselstrom-Unternetzes sein.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels
anhand der Zeichnung. Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anlage.
In der Figur besteht eine Anlage zur Energieversorgung und Verteilung sowie Antrieb eines Unterseebootes aus zwei Generatoraggregaten
GAl und GA2 mit ein- oder mehrphasigem Wech-5 selstromausgang. Jedes Generatoraggregat GAl und GA2 besteht
z.B. aus einem außenluftunabhängigen Dieselmotor DMl bzw. DM2, an welche ein permanentmagneterregter Synchrongenerator
SGl bzw. SG2 mit Wechselstromausgang angekuppelt ist.
Permanentmagneterregte Synchrongeneratoren realisieren die
Wirkungsumkehr des bereits bekannten permanentmagneterregten Motors und zeichnen sich durch eine besonders kompakte Bauweise
aus. Als Generator haben sie aber physikalisch bedingt eine stark lastabhängige Strom-/Spannungskennlinie. Um eine
den Erfordernissen angepaßte Strom-/Spannungskennlinie zu erhalten, ist es im allgemeinen erforderlich, dem Generator je-
weils eine geeignete Leistungselektronikeinheit zur Spannungsregelung
nachzuschalten. Gegebenenfalls kann ein selbstgeführter Gleichrichter hinreichend sein. Vorteilhaft ist
unter anderem eine Gleichrichtung mit nachgeschaltetem Hoch- oder Tiefsetzsteller.
In der Figur speist der Synchrongenerator SGl bzw. SG2 über je eine Leistungselektronikeinheit LEI und LE2 mit Hoch- oder
Tiefsetzsteller STl bzw. ST2 in einen Gleichspannungszwischenkreis
ZKl bzw. ZK2. Aus dem Gleichspannungszwischenkreis
ZKl bzw. ZK2 wird über jeweils einen Wechselrichter WRl und WR2 ein in Drehstromtechnik ausgeführtes Bordnetz UN
gespeist. Der Gleichspannungszwischenkreis ZKl und ZK2 ist weiterhin direkt mit dem DC-Hauptnetz HN und von dort mit
einem Propellermotor PM verbunden. Der Propellermotor PM kann ein Gleichstrommotor, ein stromrichtergespeister Synchronmotor
oder stromrichtergespeister Asynchronmotor sein.
In das Hauptnetz HN kann auch eine Batterie B oder eine Brennstoffzellenanlage BZA einspeisen. Üblicherweise schwankt
die Spannung des Hauptnetzes HN je nach Ladezustand der Batterie B. Weiterhin ist in bekannter Weise ein Ladeanschluß LA
zum Laden der Batterie über ein nicht im einzelnen dargestelltes externes Ladegerät vorhanden.
Bei einer Anlage gemäß der Figur erfolgt die Energieversorgung des Bootes überwiegend über die Generatoraggregate GAl
und/oder GA2. Nur bei abgeschalteten Generatoraggregaten GAl und GA2 wird die für den Vortrieb und das Bordnetz UN benötigte
Energie der Batterie B oder der Brennstoffzellenanlage
BAZ entnommen. Die gesamte Energieversorgungsanlage kann so bemessen sein, daß bei bestimmten Leistungsanforderungen
die Batterie B die Generatoraggregate GAl bzw. GA2 "puffert". Hierdurch kann die Kapazität der Batterie B gegenüber her-5
kömmlichen Antriebskonzepten wesentlich kleiner gehalten werden.
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Unabhängig davon, welcher Energielieferant in das Hauptnetz HN einspeist, werden die Wechselrichter WRl und WR2 über den
Gleichstromzwischenkreis ZKl und ZK2 mit Energie versorgt. 5
Damit steht in jedem Fall ein gesichertes Drehstrombordnetz BN zur Verfügung. Die Leistungselektronikeinheit für die
Gleichrichtung einschließlich der Steller STl bzw. ST2 und die Wechselrichter WRl bzw. WR2 lassen sich räumlich zu einer
Einheit zusammenfassen, aus der der Gleichstromzwischenkreis ZKl bzw. ZK2 herausgeführt werden kann. Die Wechselrichter
WRl und WR2 sind nach der geforderten Drehstromleistung dimensioniert.
Claims (10)
1. Energieversorgungs- und Antriebsanlage für ein Unterseeboot
mit einem Propellermotor, mindestens einem außenluftunabhängigen Generatoraggregat, einem Hauptnetz, welches den
Propellermotor speist, und/oder einem in Drehstromtechnik ausgeführten Bordnetz und/oder einer Batterie, die in das
Hauptnetz speist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Generatoraggregat (GAl, GA2) einen permanentmagneterregten
Synchrongenerator (SGl, SG2) mit nachgeschalteten elektronischen Mitteln zur Spannungsstabilisierung
bzw. -regelung enthält.
2. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
elektronischen Mittel zur Spannungsstabilisierung bzw. -regelung eine dem Synchrongenerator (SGl, SG2) nachgeschaltete
Leistungselektronikeinheit (LEI, LE2) sind.
3. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leistungselektronikeinheit (LEI, LE2) einen selbstgeführten
Gleichrichter mit Gleichstromhauptnetz (HN) enthält.
4. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leistungselektronikeinheit (LEI, LE2) einen selbstgeführten
Gleichrichter mit Gleichstromhauptnetz (HN) und einen
Wechselrichter (WRl, WR2) für das in Drehstromtechnik ausgelegte Bordnetz (UN) enthält.
5. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Leistungselektronikeinheit (LEI, LE2) einen Gleichrichter mit
nachgeschaltetem Hoch- oder Tiefsetzsteiler (STl, ST2) mit
Gleichstromhauptnetz (HN) enthält.
6 3 A 8 A
6. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungselektronikeinheit (LEI, LE2) einen Gleichrichter mit
nachgeschaltetem Hoch- oder Tiefsetzsteller (STl, ST2) mit
Gleichstromhauptnetz (HN) und einen Wechselrichter (WRl, WR2) für das in Drehstromtechnik ausgelegte Bordnetz (UN) enthält.
7. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungselektronikeinheit
(LEI, LE2) Gleichrichter und Wechselrichter für ein in Drehstromtechnik ausgeführtes Hauptnetz
(HN) enthält.
8. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach Anspruch 1 mit einer dielektrischen Energieversorgungseinheit, dadurch
gekennzeichnet, daß Energieversorgungseinheit aus einem außenluftunabhängigen Dieselmotor
(DMl, DM2) mit angekuppeltem permanentmagneterregten Synchrongenerator (SGl, SG2) als komplettes Generatoraggregat
(GAl, GA2) besteht.
9. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens zwei parallele Generatoraggregate (GAl, GA2) mit je einem permanentmagneterregten
Synchrongenerator (SGl, SG2) und je einer Leistungselektronikeinheit vorhanden sind.
10. Energieversorgungs- und Antriebsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet
, daß der Batterie (B) eine wahlweise zuschaltbare Brennstoffzellenanlage (BZA) zugeordnet ist.
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Publications (1)
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