Sistema de accionamiento para una instalación con una red autónoma de tensión alterna.

Sistema de accionamiento (1) para una instalación con una red autónoma de tensión alterna (7),

en especial paraun barco o una plataforma de alta mar, con

- una máquina de accionamiento de corriente trifásica (8), que puede hacerse funcionar tanto de formamotórica como generadora,

- un convertidor (2) con un circuito intermedio de corriente continua (5) con una tensión de circuito intermedio(Uz),

- en donde el convertidor (2) comprende un convertidor de corriente (3) en el lado de la red y un convertidorde corriente (4) en el lado de la máquina, en donde el convertidor de corriente (3) en el lado de la red puedeunirse en el lado de entrada a la red autónoma de tensión alterna (7) y, en el lado de salida, está unido alcircuito intermedio de corriente continua (5) y el convertidor de corriente (4) en el lado del motor está unido,en el lado de entrada, al circuito intermedio de corriente continua (5) y, en el lado de salida, a la máquina deaccionamiento de corriente trifásica (8),

- en donde la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) en funcionamiento motórico absorbe através del convertidor (2) energía eléctrica desde la red autónoma de tensión alterna (7) y enfuncionamiento generador genera energía y, a través del convertidor de corriente (4) en el lado del motor, laentrega al circuito intermedio (5),

- y con un dispositivo de absorción de energía (20) dispuesto en el circuito intermedio (5) con al menos unabsorbedor de energía (21), que de forma preferida se compone de al menos una resistencia óhmica, paraabsorber al menos una parte de la energía eléctrica, que la máquina de accionamiento de corriente trifásica(8) genera en funcionamiento generador y entrega al circuito intermedio (5) a través del convertidor decorriente (4) en el lado del motor,

caracterizado porque

- el dispositivo de absorción de energía (20) comprende varios absorbedores de energía (21) y para suactivación un diodo (22) conectado en serie a los absorbedores de energía (21), que está polarizado de talmanera que es conductor en el caso de una polaridad de la tensión de circuito intermedio (Uz) presente enfuncionamiento generador y corta, en el caso de una polaridad de la tensión de circuito intermedio (Uz)presente en funcionamiento motórico,

- y porque el dispositivo de absorción de energía (20) está configurado de forma variable con relación a unaabsorción de potencia eléctrica de frenado de la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8), endonde el dispositivo de absorción de energía (20) para modificar la absorción de potencia eléctrica defrenado de la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) comprende, para al menos una parte delos absorbedores de energía (21), en cada caso un conmutador (23) conectado en serie o en paralelo alrespectivo absorbedor de energía (21) y al menos un absorbedor de energía (21) está configurado como unacumulador de energía, en especial como una batería de capacitadores de alta potencia o una bateríaelectroquímica, por ejemplo un acumulador, o un acumulador de rueda de impulsión.

Sistema de accionamiento para una instalación con una red autónoma de tensión alterna La invención se refiere a un sistema de accionamiento para una instalación con una red autónoma de tensión alterna, en especial para un barco o una plataforma de alta mar, conforme al preámbulo de la reivindicación 1.

El convertidor con circuito intermedio de corriente continua (también llamado “Load Commutated Inverter” (LCI) ) es un circuito convertidor relativamente sencillo, que se usa de múltiples formas, para sistemas de accionamiento. Un convertidor de este tipo comprende un convertidor de corriente en el lado de la red y un convertidor de corriente en el lado de la máquina, en donde el convertidor de corriente en el lado de la red está unido en el lado de entrada a una red de tensión alterna y en el lado de salida al circuito intermedio de corriente continua, y el convertidor de corriente en el lado del motor está unido en el lado de entrada al circuito intermedio de corriente continua y en el lado de salida a una máquina de accionamiento de corriente trifásica. En el circuito intermedio de corriente continua está conectado habitualmente un estrangulador, que se usa como acumulador de energía para la corriente de circuito intermedio, de tal modo que en lo posible circule una corriente de circuito intermedio constante, idealmente nivelada.

Un convertidor de este tipo se utiliza con mucha frecuencia para accionamientos con máquinas sincrónicas de gran potencia, y ofrece una posibilidad relativamente sencilla para el accionamiento en el IV cuadrante (es decir funcionamiento motórico y generador) de la máquina de accionamiento de corriente trifásica en ambos sentidos de giro.

En el funcionamiento motórico (es decir al “accionar”) la máquina de accionamiento de corriente trifásica absorbe energía eléctrica de la red de tensión alterna a través del convertidor. Con ello el convertidor de corriente en el lado de la red trabaja en funcionamiento de rectificador y el convertidor de corriente en el lado de la máquina en funcionamiento de vibrador.

En el funcionamiento generador (es decir al “frenar”) la máquina de accionamiento de corriente trifásica genera energía eléctrica y la entrega a través del convertidor a la red de tensión alterna. Con ello el convertidor de corriente en el lado de la red trabaja en funcionamiento de vibrador y el convertidor de corriente en el lado de la máquina en funcionamiento de rectificador.

El convertidor con circuito intermedio de corriente continua se usa con mucha frecuencia, en especial en combinación con máquinas sincrónicas, para accionamientos eléctricos de barcos (accionamientos principales de propulsión) . Esto es aplicable sobre todo a grandes potencias de accionamiento en el margen de megavatios de una o dos cifras.

En los accionamientos de barcos el funcionamiento generador en el cuadrante IV o II es imprescindible, especialmente si se usan hélices con aletas fijas (“hélices fijas”) , para poder frenar la hélice e invertir el sentido de giro de la hélice. El motivo de esto es que el barco en movimiento representa una llamada “carga de transmisión” a través del agua que fluye.

En los accionamientos de barcos con un convertidor con un circuito intermedio de corriente continua, la energía que se libera durante el funcionamiento generador se realimenta normalmente a la red a través del convertidor. Durante un proceso de frenado de un barco, esta energía puede estar situada en el margen de megajulios de dos o tres cifras, en donde el tiempo de frenado es normalmente de entre aproximadamente 10 y 60 segundos.

Para los barcos cuya red de a bordo sólo tiene una llamada “carga hotel” pequeña, es decir, en los que la instalación de accionamiento principal representa con mucho el mayor consumidor eléctrico, la realimentación de energía a la red de a bordo a menudo no es deseable y/o no es posible con la potencia requerida, ya que en estos casos se producirían a causa de la realimentación de energía aumentos de tensión y/o frecuencia indeseados y/o no permisibles de la tensión de red de a bordo. Estos problemas pueden producirse básicamente en redes autónomas de tensión alterna, ya que precisamente en redes autónomas está limitado con frecuencia el número de consumidores eléctricos y, de este modo, la capacidad de absorción de la red para energía realimentada.

En el caso de una solución, descrita en la solicitud de patente europea todavía no publicada del solicitante con el nº de registro de solicitud oficial 07022773.1, se evitan aumentos de tensión y/o frecuencia indeseados y/o no admisibles de la tensión de una red de tensión alterna de un barco, por medio de que la energía realimentada se transforma en una resistencia de freno en calor, que se acopla provisionalmente a la red. Mediante la resistencia de freno se conecta de este modo un consumidor adicional a la red de a bordo, pero no se impide en sí mismo la verdadera realimentación de energía a la red de a bordo. En cada caso con el acoplamiento y la desconexión de la resistencia de freno se produce aquí una variación discontinua del equilibrio de carga, con lo que se imponen unos elevados requisitos a la dinámica de las regulaciones del generador.

Para sistemas de accionamiento con un convertidor con un circuito intermedio de tensión continua en lugar de con un circuito intermedio de corriente continua ya se conocen circuitos con una resistencia de freno, que está dispuesta en el circuito intermedio de tensión continua. Normalmente una solución así se aplica cuando el convertidor de corriente en el lado de la red está ejecutado como rectificador con diodos, de tal modo que no puede producirse una realimentación de energía a la red de tensión alterna. Las soluciones de este tipo, sin embargo, no pueden transferirse sin más a un convertidor con un circuito intermedio de corriente continua a causa de las importantes diferencias funcionales entre un circuito intermedio de tensión continua y un circuito intermedio de corriente continua.

Del documento DE 749817 A se conoce un sistema de accionamiento de barco, en el que un motor de accionamiento de corriente trifásica está unido directamente a la red sin un convertidor conectado de forma intermedia. El motor se separa con ello galvánicamente de la red con ayuda de un conmutador, en funcionamiento generador, y se une a resistencias de freno.

Del documento DE 870 725 A se conoce también un sistema de accionamiento de barco, en el que un motor de accionamiento de corriente trifásica está unido directamente a la red sin un convertidor conectado de forma intermedia. Se utiliza un motor con varios sistemas de corriente trifásica y devanado excitador que no se influyen mutuamente. El sistema de devanado de corriente trifásica utilizado para frenar está desactivado en funcionamiento motórico, es decir, en él no se induce ninguna tensión en funcionamiento motórico. Para frenar se induce después una tensión en este sistema de devanado de corriente trifásica mediante la alimentación de una corriente de excitación apropiada, de tal modo que mediante resistencias de freno, que están conectadas al sistema de devanado de corriente trifásica afectado, puede circular una corriente que frena el accionamiento.

Ambas soluciones describen de este modo diferentes posibilidades para frenar motores de accionamiento de barco con corriente trifásica, que se hacen funcionar directamente en la red de tensión alterna. De este modo no pueden transferirse sin más a accionamientos de corriente trifásica con alimentación de convertidor, en especial aquellos con circuito intermedio de corriente.

El documento DE 2 237 233 A1 hace patente una disposición de circuito para una máquina de campo giratorio, que está conectada a una red de corriente trifásica a través de un convertidor, que se compone de un rectificador de corriente auto-guiado y que puede hacerse funcionar en ambos sentidos de energía, de un circuito intermedio de corriente continua con estrangulador de nivelación así como de un rectificador de corriente guiado en la red. Para frenar la máquina de campo giratorio está conectado en caso de avería de red, en serie con el estrangulador de nivelación, una resistencia de freno óhmica controlable cuyo valor medio en el tiempo es guiado mediante impulsos de control, de tal forma que el valor medio en el tiempo de la corriente de circuito intermedio, que circula a través de la resistencia de freno controlable, se mantiene constante al menos aproximadamente.

Partiendo de aquí, la tarea de la presente invención consiste, para un sistema de accionamiento conforme al preámbulo de la reivindicación 1, en... [Seguir leyendo]

1. Sistema de accionamiento (1) para una instalación con una red autónoma de tensión alterna (7) , en especial para un barco o una plataforma de alta mar, con

-una máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) , que puede hacerse funcionar tanto de forma 5 motórica como generadora,

- un convertidor (2) con un circuito intermedio de corriente continua (5) con una tensión de circuito intermedio (Uz) ,

- en donde el convertidor (2) comprende un convertidor de corriente (3) en el lado de la red y un convertidor de corriente (4) en el lado de la máquina, en donde el convertidor de corriente (3) en el lado de la red puede

unirse en el lado de entrada a la red autónoma de tensión alterna (7) y, en el lado de salida, está unido al circuito intermedio de corriente continua (5) y el convertidor de corriente (4) en el lado del motor está unido, en el lado de entrada, al circuito intermedio de corriente continua (5) y, en el lado de salida, a la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) ,

- en donde la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) en funcionamiento motórico absorbe a

través del convertidor (2) energía eléctrica desde la red autónoma de tensión alterna (7) y en funcionamiento generador genera energía y, a través del convertidor de corriente (4) en el lado del motor, la entrega al circuito intermedio (5) ,

- y con un dispositivo de absorción de energía (20) dispuesto en el circuito intermedio (5) con al menos un

absorbedor de energía (21) , que de forma preferida se compone de al menos una resistencia óhmica, para 20 absorber al menos una parte de la energía eléctrica, que la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) genera en funcionamiento generador y entrega al circuito intermedio (5) a través del convertidor de corriente (4) en el lado del motor,

caracterizado porque

- el dispositivo de absorción de energía (20) comprende varios absorbedores de energía (21) y para su

activación un diodo (22) conectado en serie a los absorbedores de energía (21) , que está polarizado de tal manera que es conductor en el caso de una polaridad de la tensión de circuito intermedio (Uz) presente en funcionamiento generador y corta, en el caso de una polaridad de la tensión de circuito intermedio (Uz) presente en funcionamiento motórico,

- y porque el dispositivo de absorción de energía (20) está configurado de forma variable con relación a una

absorción de potencia eléctrica de frenado de la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) , en donde el dispositivo de absorción de energía (20) para modificar la absorción de potencia eléctrica de frenado de la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) comprende, para al menos una parte de los absorbedores de energía (21) , en cada caso un conmutador (23) conectado en serie o en paralelo al respectivo absorbedor de energía (21) y al menos un absorbedor de energía (21) está configurado como un acumulador de energía, en especial como una batería de capacitadores de alta potencia o una batería electroquímica, por ejemplo un acumulador, o un acumulador de rueda de impulsión.

2. Sistema de accionamiento (1) según la reivindicación (1) , caracterizado porque el conmutador o los conmutadores (23) están configurados como semiconductores electrónicos de potencia.

3. Sistema de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos uno de los absorbedores de energía (21) está configurado, para variar la absorción de potencia eléctrica de frenado de la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) , como una resistencia óhmica variable de forma continua.

4. Sistema de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un dispositivo de vigilancia y control (27) para controlar y/o regular la absorción de potencia de frenado de la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) mediante el dispositivo de absorción de energía (20) , en función de un 45 momento de frenado nominal MBr* deseado de la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) y en función de valores reales del sistema de accionamiento 1.

5. Sistema de accionamiento (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la máquina de accionamiento de corriente trifásica (8) presenta una potencia en un margen de megavatios de una o varias cifras.