NO347394B1 - SYSTEM TO DRIVE ELECTRIC MOTORS - Google Patents

Description

SYSTEM FOR Å DRIVE ELEKTRISKE MOTORER SYSTEM TO DRIVE ELECTRIC MOTORS

Den foreliggende oppfinnelsen angår et system for å drive elektriske motorer, særlig for kontroll av rotasjonshastighet og kraft i tunge maskiner, for eksempel på propeller på skip. The present invention relates to a system for driving electric motors, in particular for controlling rotation speed and power in heavy machinery, for example on propellers on ships.

Miljø og klima er viktige aspekter som må vurderes på de fleste områder i dag. Dette er særlig viktig innen industri og transport ved å vurdere reduksjon i forbruk av elektrisk energi og drivstoff, og utslipp som kan skade miljøet. Det er et formål ved den foreliggende oppfinnelsen å presentere en løsning som bidrar til effektiv utnyttelse av energi i store maskiner og ved drift av maskiner på en energieffektiv måte ved bruk av komponenter og sammensetningen av disse slik at start, stop og drift av maskinene foregår ved effektiv bruk av energi som igjen reduserer miljøskadelige utslipp. Environment and climate are important aspects that must be considered in most areas today. This is particularly important in industry and transport by considering a reduction in the consumption of electrical energy and fuel, and emissions that can damage the environment. It is an aim of the present invention to present a solution that contributes to the efficient utilization of energy in large machines and in the operation of machines in an energy-efficient way by using components and their composition so that the start, stop and operation of the machines takes place by efficient use of energy which in turn reduces environmentally harmful emissions.

Eksisterende løsning for håndtering av dette er diskutert US8648553 og US9614464, som beskriver et system for effektiv kraftregulering av en propell, turbin eller andre roterende maskiner, i tillegg til US9923431 og US8519662, der myk start og kontroll av systemene med et antall elektriske maskiner blir diskutert. US2015/333686 beskriver bruk av et strømkontrollsystem som måler strømfaser for å kontrollere en roterende maskin, og EP2963806 beskriver styring av en konverter som bruker et 6-trinns kontrollsystem. Existing solutions for dealing with this are discussed US8648553 and US9614464, which describe a system for efficient power regulation of a propeller, turbine or other rotating machines, in addition to US9923431 and US8519662, where soft start and control of the systems with a number of electrical machines are discussed . US2015/333686 describes the use of a current control system that measures current phases to control a rotating machine, and EP2963806 describes the control of a converter using a 6-step control system.

Et problem i forhold styring av flere maskiner er relatert til avbrytelser og ikkekontinuerlige endringer i kraftforsyningene. Dette blir løst i henhold til den foreliggende oppfinnelsen som er angitt som spesifisert i de vedlagte kravene. A problem in relation to the control of several machines is related to interruptions and non-continuous changes in the power supplies. This is solved according to the present invention which is stated as specified in the attached claims.

Som det fremgår av kravene er det tilveiebrakt et system som er egnet til sømløse skifter mellom operasjonsmodi for eksempel i motorer, viklinger og gir i et drivsystem / prosessmaskin As stated in the requirements, a system has been provided that is suitable for seamless changes between operating modes, for example in motors, windings and gears in a drive system / process machine

Dette er oppnådd ved måling av spenning, frekvens og faserekkefølge i AC-kraftforsyningen og justering av driverstrømmen som er forsynt til motorene før kobling og frakobling av de forskjellige bryterne som styrer kraft til motorene. This is achieved by measuring voltage, frequency and phase sequence in the AC power supply and adjusting the driver current supplied to the motors before connecting and disconnecting the various switches that control power to the motors.

Den foreliggende oppfinnelsen vil bli beskrevet nedenfor med henvisning til de vedlagte tegningene som illustrerer oppfinnelsen ved hjelp av eksempler. The present invention will be described below with reference to the attached drawings which illustrate the invention by means of examples.

Fig. 1 illustrerer en første utførelse av oppfinnelsen. Fig. 1 illustrates a first embodiment of the invention.

Fig. 2-7 illustrerer ytterligere utførelser av oppfinnelsen. Fig. 2-7 illustrate further embodiments of the invention.

Som illustrert i figur 1 er den foreliggende oppfinnelsen relater til et trefase AC nettverk brukt for å kontrollere en elektrisk motor M1 tilkoblet nettverket med en kobling F1, for eksempel for å drive en propell P. Propellen vil fortrinnsvis være en propell med kontrollerbar pitch (controllable pitch propeller – CPP) vinkelen på propellens stigning, og dermed lasten på motoren, kan justeres trinnløst via en aktuator OD . As illustrated in Figure 1, the present invention relates to a three-phase AC network used to control an electric motor M1 connected to the network with a coupling F1, for example to drive a propeller P. The propeller will preferably be a propeller with controllable pitch pitch propeller – CPP) the angle of the pitch of the propeller, and thus the load on the engine, can be infinitely adjusted via an actuator OD.

En frekvensomformer FC for til- og frakobling til AC-nettverket er innrettet til å kunne forsyne en trinnløs rotasjonshastighet ved hjelp av sin variable utgangsfrekvens til motoren M1 og er koblet i parallelt med en første bryter S4 mellom AC-nettverket og motoren. Frekvensomformeren FC kan kobles til AC-nettverket via en andre bryter S0, som vil være tilkoblet når frekvensomformeren er i bruk og som eventuelt kan erstattes av en bryter i frekvensomformeren. Via første og andre bryter S4,S0 er det dermed mulig å koble AC-nettverket direkte, via den første bryteren S4, og/eller via frekvensomformeren FC til motoren M1 (forutsatt at enten S1 eler S2 er aktivert). A frequency converter FC for connection and disconnection to the AC network is arranged to be able to supply a stepless rotation speed by means of its variable output frequency to the motor M1 and is connected in parallel with a first switch S4 between the AC network and the motor. The frequency converter FC can be connected to the AC network via a second switch S0, which will be connected when the frequency converter is in use and which can possibly be replaced by a switch in the frequency converter. Via the first and second switches S4,S0 it is thus possible to connect the AC network directly, via the first switch S4, and/or via the frequency converter FC to the motor M1 (provided that either S1 or S2 is activated).

De parallellkoblede enhetene, dvs frekvensomformer og den første bryteren er koblet til forskjellige viklinger , (LM), H i motoren M1 med en første og en andre motorstrømbrytere S1,S2 for derved å gi forskjellige kontrollerte hastigheter. Systemet inkluderer også en kontrollenhet CU koblet til et styrepanel OPER, f.eks skipsbroen, for å kunne styre systemet via kontrollenheten CU, deriblant frekvensomformeren, den første bryteren S4 og motorstrømbryterne S1,S2, samt eventuelt den parallellkoblede thyristorkretsen T. På den måten vil kontrollenheten kunne velge hvilke av de parallellkoblede enhetene, frekvensomformeren, den første bryteren, hvilke viklinger i motoren som skal brukes osv, for å styre motoren M1. The parallel connected units, i.e. frequency converter and the first switch are connected to different windings , (LM), H of the motor M1 with a first and a second motor current switches S1,S2 to thereby provide different controlled speeds. The system also includes a control unit CU connected to a control panel OPER, e.g. the ship's bridge, in order to be able to control the system via the control unit CU, including the frequency converter, the first switch S4 and the motor current switches S1, S2, as well as possibly the parallel-connected thyristor circuit T. In this way, the control unit could choose which of the parallel connected units, the frequency converter, the first switch, which windings in the motor to use, etc., to control the motor M1.

Figur 1 inkluderer også i henhold til oppfinnelsen en synkroniseringsenhet SU som er forsynt med sensorer som måler volt (A), frekvens (B) og faserekkefølge (C) på kraften forsynt fra trefasenettet ved koblingen F1, og er koblet til frekvensomformeren FC for å gi signaler tilsvarende disse målingene til frekvensomformeren, og der frekvensomformeren er innrettet til å styre AC-signalet levert til motoren M basert på dette. Figure 1 also includes, according to the invention, a synchronizing unit SU which is provided with sensors that measure volts (A), frequency (B) and phase sequence (C) of the power supplied from the three-phase network at connection F1, and is connected to the frequency converter FC to provide signals corresponding to these measurements to the frequency converter, and where the frequency converter is arranged to control the AC signal delivered to the motor M based on this.

Dersom kontrollenheten CU ber systemet skifte mellom frekvensomformeren FC, den første bryteren S4 og eventuelt thyristoren T kan frekvenskontrolleren på sin utgang justere spenning, frekvens og fase tilpasset til nettverkets spenning, frekvens og fase (A,B,C) slik at denne overgangen går sømløst når bryterne slås over. Med andre ord vil frekvensomformeren sørge for at utgangen fra frekvensomformeren FC i det vesentlige tilsvarer de målte parameterne fra AC-nettverket slik at motoren ikke merker en overgang fra frekvensomformeren til den direkte koblingen via den første bryteren S4. If the control unit CU asks the system to change between the frequency converter FC, the first switch S4 and possibly the thyristor T, the frequency controller can adjust the voltage, frequency and phase on its output to match the network's voltage, frequency and phase (A,B,C) so that this transition goes seamlessly when the switches are flipped. In other words, the frequency converter will ensure that the output from the frequency converter FC essentially corresponds to the measured parameters from the AC network so that the motor does not notice a transition from the frequency converter to the direct connection via the first switch S4.

Ifølge oppfinnelsen slik den er illustrert i figur 1 vil dermed frekvensomformeren FC kunne styres av kontrollenheten CU til å operere på en av følgende måter: According to the invention as illustrated in Figure 1, the frequency converter FC will thus be able to be controlled by the control unit CU to operate in one of the following ways:

A : FC koblet direkte til motoren vil frekvensomformeren trinnløst kunne styre turtall på elmotor M fra null og til sitt maksimale turtall. Gitt et fast eller variabelt pådrag i kontrollerbar pitch propell (CPP), eller tilsvarende mekanisk arrangement i maskinen som skal reguleres, vil effekten som maskinen yter eller leverer være bestemt av Produktet av Turtall og CPP pådrag. Er turtall null blir også effekt null, og er CPP nullstilt – blir også effekten null. A : FC connected directly to the motor, the frequency converter will be able to continuously control the speed of electric motor M from zero to its maximum speed. Given a fixed or variable thrust in a controllable pitch propeller (CPP), or equivalent mechanical arrangement in the machine to be regulated, the power that the machine produces or delivers will be determined by the Product of Speed and CPP thrust. If the rpm is zero, the effect is also zero, and if the CPP is set to zero - the effect is also zero.

B: Overføre last uten større transiente strømtrekk i fra FC til bryter S4 eller alternativt til T, og motsatt vei tilbake etter behov. Basert på nøyaktig måling av parameter A, B og C, som omformer FC styrer seg inn etter. Overføring av last skjer bare når FC via synkroniseringsenheten SU ser at A, B, og C er samsvarande med pådraget (spenning, frekvens og faserekkefølge) som den sjølv gir ut til motor M1 slik at motoren ved overføring til bryteren S4 ikke opplever forskjell i de gitte parameterne under skiftet. B: Transfer load without major transient current draw i from FC to switch S4 or alternatively to T, and the opposite way back as required. Based on the precise measurement of parameters A, B and C, which converter FC adjusts itself according to. Transfer of load only takes place when FC via the synchronization unit SU sees that A, B, and C are consistent with the demand (voltage, frequency and phase sequence) that it itself issues to motor M1 so that the motor does not experience a difference in the transfer to switch S4 given the parameters during the shift.

C: FC kan også fase seg inn på motoren som er i drift via S4 og enten S1 (M) eller S2 (H) for så å endre driftsmodus frå fast gitt turtall (H eller M), til styrt turtall via frekvensen styrt ut frå FC. C: FC can also phase into the motor that is in operation via S4 and either S1 (M) or S2 (H) and then change the operating mode from a fixed speed (H or M) to a controlled speed via the frequency controlled from FC.

I figur 1 er det videre vist en tilleggsopsjon med tilkoblingen av en thyristor parallelt med første og andre bryter (med frekvenskontroller FC) som gir følgende tilleggsfunksjonaliteter: Figure 1 also shows an additional option with the connection of a thyristor in parallel with the first and second switch (with frequency controller FC) which provides the following additional functionalities:

D: Thyristoren T overta om brytar S4 feiler. Thyristoren vil da kunne operere som statisk bryter av last. D: The thyristor T takes over if switch S4 fails. The thyristor will then be able to operate as a static load switch.

E : Om frekvensomformeren FC skulle feile vil thyristoren T kunne akselerere motoren M1 forsiktig til sitt nominelle turtall og få prosessmaskineriet opp i normal drift. Effekt blir da regulert ved hjelp av aktuatoren OD mellom 0 og /-100 % last. E: If the frequency converter FC were to fail, the thyristor T would be able to gently accelerate the motor M1 to its nominal speed and bring the process machinery up to normal operation. Power is then regulated using the actuator OD between 0 and /-100% load.

Turtallet i motoren M1 kan være regulert i trinn igjennom valg av vikling-poltall i motorene og/eller valg av hvilken elmotor som blir koblet inn dersom flere motorer er tilkoblet. The speed of motor M1 can be regulated in steps by selecting the number of winding poles in the motors and/or selecting which electric motor is connected if several motors are connected.

Oppfinnelsen kan dessuten være forsynt med gir G med minst ett valgbart utvekslingsforhold, også dette i trinn. Ved å velge en av de tilgjengelige girutvekslingene, kan turtall på propell reguleres i trinn, samt at utgående moment også blir optimalisert. The invention can also be provided with gear G with at least one selectable gear ratio, also in steps. By selecting one of the available gear ratios, the speed of the propeller can be regulated in steps, and the output torque is also optimised.

Kraftkildene som forsyner systemet kan også kontrolleres til å levere variabel Frekvens, for eksempel som angitt i tegningene i området 40 til 70 Hz med AC-spenning i området 380-440 V (eller andre egnede spenningsnivåer. Denne variasjonen kan, som nevnt over, dermed fanges opp av synkroniseringsenheten SU som styrer frekvenskontrolleren. The power sources supplying the system can also be controlled to deliver variable Frequency, for example as indicated in the drawings in the range 40 to 70 Hz with AC voltage in the range 380-440 V (or other suitable voltage levels. This variation can, as mentioned above, thus is picked up by the synchronization unit SU which controls the frequency controller.

Variabel forsyningsfrekvens vil dermed påvirke turtallet på prosessmaskinene P når for eksempel bryterne S2 eller S4 er aktiverte, dvs at elmotor M1 er matet direkte uten frekvensomformerens FC omforming fra matenettet. Variable supply frequency will thus affect the speed of the process machines P when, for example, switches S2 or S4 are activated, i.e. electric motor M1 is fed directly without the frequency converter's FC transformation from the supply network.

Forsyningsfrekvensen vil i dette tilfellet dermed fungere delvis på samme måte om motor M1 er styrt via frekvenskontrolleren FC. In this case, the supply frequency will thus function partially in the same way if motor M1 is controlled via the frequency controller FC.

Som nevnt kan i tillegg bruk av variabel stigning CPP på prosessmaskinen/propellen P regulere generert og forbrukt effekt trinnløst. As mentioned, in addition, the use of variable pitch CPP on the process machine/propeller P can regulate generated and consumed power steplessly.

Avhengig av propellens eller prosessmaskinen sin utforming, kan energiopptak og avgitt ytelse også reguleres internt i maskinen gjennom å kontrollere eksempelvis bladvinkel/stigning på skovler/ propellblad. (Pitch regulering) . Enkelte maskiner vil kun regulere innenfor en positiv effektkurve, gjerne fra 0-100 % , mens andre maskintyper kan reguleres fra -100 % via Null, og til 100 % ytelse på denne måten, gitt at maskina då går med nominelt turtall. Depending on the design of the propeller or the process machine, energy absorption and output output can also be regulated internally in the machine by controlling, for example, blade angle/pitch on blades/propeller blades. (Pitch regulation) . Certain machines will only regulate within a positive power curve, preferably from 0-100%, while other machine types can be regulated from -100% via Zero, and to 100% performance in this way, given that the machine then runs at nominal speed.

Operasjonspanelet OPER kan gi kommando om alternative moder systemet kan opererer i, for eksempel en eller flere av de ovennevnte, avhengig av hvor mange viklingssystem som måtte være i valgte elmotor M1, M2 , M3 etc, med tilhørende brytere og lignende som illustrert i figurene 2-7. The operation panel OPER can give a command about alternative modes the system can operate in, for example one or more of the above, depending on how many winding systems there may be in the selected electric motor M1, M2, M3 etc, with associated switches and the like as illustrated in figures 2 -7.

Ved en vikling i M1, vil det være to moder L-M der systemet opererer via bare FC og bryter S1, In case of a winding in M1, there will be two modes L-M where the system operates via only FC and switch S1,

Ved to viklinger i M1, slik som angitt i figur 1, vil der være minst to moder som kan drives av FC og/eller den andre bryteren S4, via bryterne S1 og S2. In the case of two windings in M1, as indicated in figure 1, there will be at least two modes which can be operated by FC and/or the second switch S4, via switches S1 and S2.

Ved tre viklinger, som i fig 3 der vinklingene er plassert i to motorer M1,M2 koblet til samme CPP, vil der være minst 4 moder som systemet kan operere i. With three windings, as in fig 3 where the windings are placed in two motors M1, M2 connected to the same CPP, there will be at least 4 modes in which the system can operate.

Fordelene med systemet er å oppnå effektiv drift, med minimale elektriske tap, minimalt med elektriske forstyrrelser og kompakte byggemål. En vil dermed oppnå et robust system med lang økonomisk levetid. The advantages of the system are to achieve efficient operation, with minimal electrical losses, minimal electrical disturbances and compact construction dimensions. You will thus achieve a robust system with a long economic life.

Redundans er også en viktig fordel med systemet. En eller flere feil vil ikke gjøre maskineriet kraftløst, men kan for eksempel, dersom frekvensomformeren svikter, kjøres via den første bryteren S4, og med støtte fra pitchkontrollen i CPP. Redundancy is also an important advantage of the system. One or more faults will not render the machinery powerless, but can, for example, if the frequency converter fails, be driven via the first switch S4, and with support from the pitch control in CPP.

Fig 1 viser systemet med en fysisk elektromaskin (Motor eller generator CPP) primært av asynkron type. I denne konfigureringa vil systemet kunne ha disse operasjons/effektmodusene: Fig 1 shows the system with a physical electrical machine (Motor or generator CPP) primarily of asynchronous type. In this configuration, the system will be able to have these operation/effect modes:

LAV: Turtall er regulert av FC aleine, ved at S0+S1 er aktiviserte, og S4 og T passive. LOW: RPM is regulated by FC alone, in that S0+S1 are activated, and S4 and T passive.

Effekt blir et produkt av variabelt turtall og CPP pådrag i prosent. Power is a product of variable speed and CPP charge in percentage.

Maks effekt er gitt av kapasiteten til FC, S1, S0 og vikling M. Maximum power is given by the capacity of FC, S1, S0 and winding M.

Alternativt kan FC+S0+S2 benyttes. Det kan gi rom for et høyere effektuttak gjennom vikling H, som er dimensjonert for inntil 100 % effekt. Alternatively, FC+S0+S2 can be used. This can provide room for a higher power output through winding H, which is designed for up to 100% power.

MEDIUM: Turtall er gitt av bruken av motorvikling M – Medium turtall. MEDIUM: RPM is given by the use of motor winding M – Medium RPM.

Effekt er regulert av CPP alene. Konstant redusert turtall gitt av poltall i M. Maks effekt er gitt av kapasiteten til S1, S4 og vikling M. Effect is regulated by CPP alone. Constantly reduced speed given by the number of poles in M. Maximum power is given by the capacity of S1, S4 and winding M.

HØY: Turtall er gitt av bruken av motorvikling H – Høyeste turtall. HIGH: Speed is given by the use of motor winding H - Highest speed.

Effekt er regulert av CPP alene. Konstant fullt turtall gitt av poltall i H . Effect is regulated by CPP alone. Constant full speed given by number of poles in H .

Maks effekt er gitt av kapasiteten til S2, S4 og vikling H. Maximum power is given by the capacity of S2, S4 and winding H.

Viklingene H og M kan i dette systemet for eksempel være H: 4 polet 1800 RPM og M : 6 polet 1200 RPM . The windings H and M in this system can for example be H: 4 pole 1800 RPM and M: 6 pole 1200 RPM.

Som nevnt ovenfor er thyristoren T en opsjon. Ved å ta i bruk Thyristorenheten T fell den inn under ei vurdering om ekstra redundans, siden denne kan erstatte FC og S4 i en nødssituasjon. As mentioned above, the thyristor T is an option. By using the thyristor unit T, it falls under an assessment of additional redundancy, since this can replace FC and S4 in an emergency situation.

Fig 2 viser systemet med to fysiske elektromaskiner (Motor eller generator) primært av asynkron type der den første maskinen M1 har to viklinger M,H og den andre maskinen M2 har en vinkling L som gir lavt turtall. Maskinene M1, M2 er koblet til en aksling og via et gir G til propellen P. Fig 2 shows the system with two physical electrical machines (Motor or generator) primarily of the asynchronous type where the first machine M1 has two windings M,H and the second machine M2 has an angle L which gives a low speed. The machines M1, M2 are connected to a shaft and via a gear G to the propeller P.

I figur 2 er frekvenskontrolleren, den andre bryteren og eventuelt thyristoren, koblet via motorkraftbryterne S1 og S2 til den første motoren. I tillegg er den andre motoren koblet til disse via en tredje motorkraftbryter S5, og det er tilveiebrakt en bryter S6 som kan skille frekvenskontrolleren og den andre motoren fra den andre bryteren, thyristoren og den første motoren. In Figure 2, the frequency controller, the second switch and possibly the thyristor are connected via motor power switches S1 and S2 to the first motor. In addition, the second motor is connected to these via a third motor power switch S5, and a switch S6 is provided which can separate the frequency controller and the second motor from the second switch, the thyristor and the first motor.

Frekvenskontrolleren koblet via en første motorkraftbryteren S1 til den andre bryteren S4. I tillegg kan det, som i figur 1, være koblet en thyristor T. The frequency controller connected via a first motor power switch S1 to the second switch S4. In addition, as in Figure 1, a thyristor T can be connected.

I konfigureringen i figur 2 vil systemet kunne ha disse operasjons/ effektmodene In the configuration in Figure 2, the system will be able to have these operation/effect modes

LAV: Turtall er regulert av FC aleine, ved at FC S5 er aktiviserte, og S1, S2, S4, S6 og T passive. LOW: RPM is regulated by FC alone, in that FC S5 are activated, and S1, S2, S4, S6 and T passive.

Effekt vert eit produkt av variabelt turtall og CPP pådrags % Power is a product of variable speed and CPP charge %

Maks effekt er gitt av kapasiteten til FC, S5, og vikling i M2. Max power is given by the capacity of FC, S5, and winding in M2.

Tre forskjellige alternativer for L (lav) modus vil da kunne brukes der: L: S5, L(M), som kobler FC til en L vinkling på M2, S6+S1 som også kobler M viklingen på M1 til FC, og L(H), og S6+S2 som kobler FC til H viklingen på M1. Three different options for L (low) mode can then be used there: L: S5, L(M), which connects FC to an L winding on M2, S6+S1 which also connects the M winding on M1 to FC, and L( H), and S6+S2 which connects FC to the H winding of M1.

MEDIUM: I dette tilfellet er turtall gitt av bruken av motorvikling M – Medium turtall i M1. MEDIUM: In this case, speed is given by the use of motor winding M – Medium speed in M1.

Effekt er regulert av CPP alene den første bryteren S4 er direkte koblet F2 til AC-nettverket og FC dermed ikke er koblet inn til vikling M. Power is regulated by CPP alone, the first switch S4 is directly connected F2 to the AC network and FC is thus not connected to winding M.

Konstant redusert turtall gitt av poltall i M i M1. Constantly reduced speed given by number of poles in M in M1.

Maks effekt er gitt av kapasiteten til S1 og vikling M , samt CPP % pådrag Maximum power is given by the capacity of S1 and winding M, as well as CPP % load

Boost funksjon M : For å auke effekt kan M1 nyttast slik at den via momentregulering i FC trykker på med effekt via M2 medan M1 køyrer sitt faste turtall. Maks effekt er gitt av summen av M2 og M1(M vikling) Boost function M: To increase power, M1 can be used so that via torque regulation in FC it presses on with power via M2 while M1 runs at its fixed speed. Max power is given by the sum of M2 and M1 (M winding)

HØG: Turtall er gitt av bruken av motorvikling H – Høgaste turtall i M1. HIGH: Speed is given by the use of motor winding H – Highest speed in M1.

Effekt er regulert av CPP aleine siden FC ikke er tilkoblet. Konstant fullt turtall gitt av poltall i H . Power is regulated by CPP alone since FC is not connected. Constant full speed given by number of poles in H .

Maks effekt er gitt av kapasiteten til S2 og vikling H, samt CPP % pådrag. Maximum power is given by the capacity of S2 and winding H, as well as CPP % load.

Boost funksjon H : For å auke effekt kan M1 nyttast slik at den vha momentregulering i FC trykker på med effekt via M2 medan M1 køyrer sitt faste turtal. Maks effekt er gi gitt av M2 M1(H vikling) , samt CPP % pådrag. Boost function H: To increase power, M1 can be used so that, through torque regulation in FC, it presses on with power via M2 while M1 runs at its fixed speed. Max power is given by M2 M1(H winding), as well as CPP % load.

I figur 3 vises en alternativ konstellasjon tilsvarende figur 2, der motorene M1 og M2 har en annen kobling til propellen. Dette gir en bedre redundans siden motorene M1, M2 er uavhengig av hverandres akslinger. Figure 3 shows an alternative constellation corresponding to Figure 2, where the motors M1 and M2 have a different connection to the propeller. This provides better redundancy since the motors M1, M2 are independent of each other's axles.

Figur 4 viser et tilsvarende system som i figur 2, der en gassturbin GT er koblet direkte til propellen CPP via gearet G. Turbinenog dens bidrag styres sammen med det øvrige systemet av kontrollenheten CU. Figure 4 shows a similar system as in Figure 2, where a gas turbine GT is connected directly to the propeller CPP via the gear G. The turbine and its contribution are controlled together with the rest of the system by the control unit CU.

Figur 5 er medium viklingen i motoren M1, og tilhørende bryter S1, erstattet med et girsystem med minst to styrbare clutcher , CL1, CL2,CL3. Figure 5 is the medium winding in the motor M1, and associated switch S1, replaced with a gear system with at least two controllable clutches, CL1, CL2, CL3.

Figur 6 viser et system tilsvarende systemet i figur 3, men forsynt med en ytterligere motor M3, koblet via tilhørende brytere S1B og S2B, S4B via koblingen F3 til AC-nettverket. Figure 6 shows a system similar to the system in Figure 3, but provided with an additional motor M3, connected via associated switches S1B and S2B, S4B via connection F3 to the AC network.

Figur 7 tilsvarer figur 1, men omfatter i tillegg en egen L-vikling som er rekonfigurerbar fra vikling H. L utgjør halve turtallet av H når den er rekonfigurert via bryterne S3 og S3B. Utførelsen i Fig 7 får da totalt tre valgbare turtall fra en elektrisk maskin M1. Figure 7 corresponds to Figure 1, but additionally includes a separate L-winding which is reconfigurable from winding H. L makes up half the number of turns of H when it is reconfigured via switches S3 and S3B. The embodiment in Fig. 7 then gets a total of three selectable speeds from an electric machine M1.

For å oppsummere angår dermed den foreliggende oppfinnelse et kraftforsyningssystem for styring av roterende maskiner, særlig tunge maskiner som motorer på skip. Systemet inkluderer minst en motor (M) drevet av et trefase AC kraftforsyningssystem eller AC nettverk, der systemet omfatter en frekvenskontroller (FC) konfigurert til å levere kraft med en trinnløs frekvens til motoren for å gi trinnløs kontroll over rotasjonshastigheten til motoren. To summarize, the present invention thus relates to a power supply system for controlling rotating machines, particularly heavy machines such as engines on ships. The system includes at least one motor (M) powered by a three-phase AC power supply system or AC network, wherein the system includes a frequency controller (FC) configured to supply power at a stepless frequency to the motor to provide stepless control over the rotational speed of the motor.

Systemet omfatter også en første bryter (S4) koblet i parallell med frekvenskontrolleren til AC nettverket og til motoren, og en hovedkontroller koblet til frekvenskontrolleren og den første bryteren. The system also includes a first switch (S4) connected in parallel with the frequency controller to the AC network and to the motor, and a main controller connected to the frequency controller and the first switch.

Systemet omfatter dessuten en synkroniseringsenhet (SU) koblet til AC nettverket konfigurert til å måle valgte parametere ved dette, inklusive spenning (A), frekvens (B) og fasesekvens (C) for AC-nettverket, der synkroniseringsenheten er koblet til frekvenskontrolleren. Frekvenskontrolleren er innrettet å synkronisere kraften forsynt til motoren til parameterne A,B,C før til eller frakobling av de parallelt koblede enhetene FC,S4. The system also includes a synchronizing unit (SU) connected to the AC network configured to measure selected parameters thereof, including voltage (A), frequency (B) and phase sequence (C) for the AC network, where the synchronizing unit is connected to the frequency controller. The frequency controller is arranged to synchronize the power supplied to the motor to the parameters A,B,C before switching on or off the parallel connected units FC,S4.

Systemet omfatter også en hovedkontroll som også er tilkoblet minst ett girsystem koblet til motoren. Systemet kan også omfatte en tyristor T som er koblet parallelt med nevnte frekvenskontroller og første bryter og er koblet til hovedkontrollen. The system also includes a main control which is also connected to at least one transmission system connected to the engine. The system may also comprise a thyristor T which is connected in parallel with said frequency controller and first switch and is connected to the main control.

Driften av systemet ifølge oppfinnelsen kan dermed omfatte trinnene: The operation of the system according to the invention can thus include the steps:

- avføling av spenning, frekvens og fasesekvens i AC-nettverket, - sensing of voltage, frequency and phase sequence in the AC network,

- justere utgangssignalet fra frekvensomformeren slik at det samsvarer med de målte parametrene, - adjust the output signal from the frequency converter so that it matches the measured parameters,

- omkobling av bryterne til de parallelt koblede enhetene. - reconnection of the switches of the parallel connected units.

SYMBOLFORKLARINGER : SYMBOL EXPLANATIONS :

OPER Styrepanel for kraft og turtall OPER Control panel for power and speed

A Sensor for måling av spenning i Volt A Sensor for measuring voltage in Volts

B Sensor for måling av frekvens på nett ( i Hz ) B Sensor for measuring frequency online (in Hz)

C Sensor for måling av faserekkefølge i trefase nettet C Sensor for measuring phase sequence in the three-phase network

SU Synkroniseringsunit SU Synchronization unit

D Signal som formidler måleverdien av A,B,C fra SU til enhet FC FC Frekvensomformer av generell type – kjent teknikk D Signal that conveys the measured value of A,B,C from SU to unit FC FC Frequency converter of general type - known technique

CU Kontrollenhet, med tilhørende software CU Control unit, with associated software

F1 – F5 Strømbryter med overlastvern F1 – F5 Circuit breaker with overload protection

S1 – S12 Strømbryter, styrt S1 – S12 Power switch, controlled

T, T1 – T4 Thyristorbro trefase styrt, fasesnitt, kjent teknikk T, T1 – T4 Thyristor bridge three-phase controlled, phase cut, known technique

M, M1 – M4 Elektromotor (eller generator) med minst en vikling M, M1 – M4 Electric motor (or generator) with at least one winding

L , M, H Viklinger i motor, Lav , Medium og Høyt , med sine ulike poltall OD Aktuator som styrer pitch vinkel på propell L, M, H Windings in motor, Low, Medium and High, with their different number of poles OD Actuator that controls the pitch angle of the propeller

CL, CL1,CL2, CL3 Clutch – fjernstyrt eller automatisk CL, CL1,CL2, CL3 Clutch - remote or automatic

G Girutveksling , girkasse G Gear exchange, gearbox

GT Turbin, gassturbin eksempelvis GT Turbin, gas turbine for example

CPP justerbar bladvinkel eller lastkarakteristikk CPP adjustable blade angle or load characteristic

P Prosessmaskin, propell P Process machine, propeller

Claims (4)

PatentkravPatent claims 1. Kraftforsynings-system for styring av roterende maskiner, særlig tunge maskiner som skip, der systemet inkluderer minst en motor (M) drevet av et trefase AC kraftforsyningsnettverk, der systemet omfatter en frekvenskontroller (FC) konfigurert til å levere kraft med en trinnløs frekvens til motoren for å gi trinnløs kontroll over rotasjonshastigheten til motoren, der systemet også omfatter en første bryter (S4) koblet i parallell med frekvenskontrolleren til AC nettverket og til motoren, og en hovedkontroller koblet til frekvenskontrolleren og den første bryteren, 1. Power supply system for controlling rotating machinery, particularly heavy machinery such as ships, wherein the system includes at least one motor (M) powered by a three-phase AC power supply network, wherein the system comprises a frequency controller (FC) configured to supply power at a stepless frequency to the motor to provide stepless control over the rotational speed of the motor, where the system also comprises a first switch (S4) connected in parallel with the frequency controller to the AC network and to the motor, and a main controller connected to the frequency controller and the first switch, der systemet også omfatter en synkroniseringsenhet (SU) koblet til AC nettverket konfigurert til å måle valgte parametrer ved dette, inklusive spenning (A), frekvens (B) og fasesekvens (C) for AC-nettverket, der synkroniseringsenheten er koblet til frekvenskontrolleren, som er innrettet å synkronisere kraften forsynt til motoren til parametrene A,B,C før til eller frakobling av de parallelt koblede enhetene FC,S4.where the system also comprises a synchronizing unit (SU) connected to the AC network configured to measure selected parameters thereof, including voltage (A), frequency (B) and phase sequence (C) for the AC network, where the synchronizing unit is connected to the frequency controller, which is arranged to synchronize the power supplied to the motor to the parameters A,B,C prior to or disconnection of the parallel connected units FC,S4. 2. Kraftforsyningssystem ifølge krav 1, der hovedkontrollen også er tilkoblet minst ett girsystem koblet til motoren.2. Power supply system according to claim 1, where the main control is also connected to at least one transmission system connected to the engine. 3. Kraftforsyningssystem ifølge krav 1, der en tyristor T også er koblet parallelt med nevnte frekvenskontroller og første bryter og er koblet til hovedkontrollen.3. Power supply system according to claim 1, where a thyristor T is also connected in parallel with said frequency controller and first switch and is connected to the main control. 4. Fremgangsmåte for styring av et kraftforsyningssystem ifølge krav 1, hvori fremgangsmåten inkluderer trinnene:4. Method for controlling a power supply system according to claim 1, in which the method includes the steps: - avføling av spenning, frekvens og fasesekvens i AC-nettverket, - sensing of voltage, frequency and phase sequence in the AC network, - justere utgangssignalet fra frekvensomformeren slik at det samsvarer med de målte parametrene,- adjust the output signal from the frequency converter so that it matches the measured parameters, - omkobling av bryterne til de parallelt koblede enhetene. - reconnection of the switches of the parallel connected units.