Sistema de alimentación de energía eléctrica, particularmente para barcos.

Sistema de alimentación de energía eléctrica, particularmente para barcos,

con generadores impulsados pormotores diésel (4, 5, 6, 7) y con dispositivos consumidores, estando un circuito intermedio de tensión continuadispuesto como bus de energía (3) entre los dispositivos consumidores (1, 2, 13) y los generadores y estandoprevistos convertidores (11, 12) para alimentar los dispositivos consumidores con tensión trifásica, caracterizadoporque los generadores están configurados como generadores asincrónicos, porque entre los generadores y elcircuito intermedio de tensión continua están dispuestos convertidores estáticos (9, 10), que trabajan en formabidireccional, y porque los convertidores estáticos que trabajan en forma bidireccional presentan al menos uncapacitor, con cuya energía almacenada se excita el correspondiente generador asincrónico en el arranque

Sistema de alimentación de energía eléctrica, particularmente para barcos.

La invención trata de un sistema de alimentación de energía eléctrica, particularmente para barcos, con generadores impulsados por motores diésel y con dispositivos consumidores, estando un circuito intermedio de tensión continua dispuesto como bus de energía entre los dispositivos consumidores y los generadores y estando previstos convertidores para alimentar los dispositivos consumidores con tensión alterna.

Los barcos con impulsores eléctricos son conocidos; dado que en comparación con barcos con impulsores diésel directos generalmente presentan mayores costes de inversión, se emplean impulsores eléctricos únicamente para barcos, en los cuales las desventajas de costes se compensan por ventajas en la operación. Tales ventajas en la operación son, por ejemplo, una mejor maniobrabilidad, en comparación con barcos con impulsor diésel directo y aparatos de timón convencionales, o una mayor fiabilidad operacional por medio de una configuración múltiplemente redundante de las unidades motrices y de las unidades generadoras de energía para las unidades motrices.

El documento DE 10 2006 024594 que se considera como el estado más cercano de la técnica describe un sistema de esa clase.

Es particularmente el objetivo de la invención especificar un sistema de alimentación de energía eléctrica para barcos, particularmente para barcos cruceros fluviales o grandes yates, que posibilite de una manera especialmente sencilla y segura una operación especialmente rentable particularmente por medio de una optimización automática de consumo de los grupos electrógenos diésel que en cada caso se encuentren en operación. Con esto debe especificarse también una configuración que es particularmente ahorrativa en espacio, es decir que para la red de propulsión y de a bordo no se necesita un equipo de distribución de corriente trifásica en un armario de distribución. En esto, los grupos electrógenos diésel deben poder encenderse y apagarse pulsando un botón.

Del documento DE 10 2004 034 936 A1 y del documento DE 10 2006 024 594.6 se indica una red de propulsión y de a bordo, para alimentar dispositivos consumidores eléctricos con energía a bordo de barcos, que presenta un circuito intermedio de tensión continua para la alimentación de energía de las unidades motrices. Sin embargo, la disposición de estas redes conocidas de propulsión y de a bordo a bordo de un barco no es particularmente sencilla y económica, y es el objetivo de la invención especificar una red de propulsión y de a bordo que esté configurada en forma particularmente sencilla y económica. Simultáneamente debe posibilitar una redundancia incrementada y particularmente estar adaptada a las condiciones de un barco crucero fluvial con su gran longitud.

Un barco crucero fluvial moderno tiene una longitud de más de 100 metros y presenta unidades motrices eléctricas más pequeñas en la proa, así como unidades motrices más grandes en la popa. Un barco de este tipo debe operarse en todo momento en el punto óptimo de consumo para el combustible requerido y ofrecer todas las ventajas de un barco impulsado eléctricamente, con los grupos electrógenos diésel y, dado el caso, también a turbina de gas distribuidos en el barco.

El objetivo se consigue debido a que los generadores están configurados como generadores asincrónicos, a que entre los generadores y un circuito intermedio de tensión continua están dispuestos convertidores estáticos que trabajan en forma bidireccional, y a que los convertidores estáticos que trabajan en forma bidireccional presentan al menos un capacitor, con cuya energía almacenada se realiza la excitación inicial del correspondiente generador asincrónico en el arranque.

El objetivo se consigue además ventajosamente debido a que el bus de energía para el barco está configurado como bus de energía de tensión continua, y a que las variaciones de tensión que se establecen en la operación sirven como magnitud de control para las potencias de generador.

El bus de energía de tensión continua representa un circuito intermedio de tensión continua. Según la invención, el cambio de tensión en el circuito intermedio se elige en forma altamente ventajosa como magnitud de control para las potencias de generador. De este modo resulta un comportamiento comparable a la regulación de una red de tensión alterna, con el que puede impedirse en forma fiable que se demande potencia de generador en forma demasiado elevada y que con ello se desperdicie energía. Simultáneamente también se impide que se pueda producir un derrumbe de la red de a bordo. La potencia de generador se ajusta en cualquier caso automáticamente a la demanda de energía.

En una configuración ventajosa de la invención está previsto que generadores individuales se ajusten, en lo que respecta a su potencia, mediante diferente llenado de cilindros de los motores diésel y la potencia total se ajuste mediante el número de motores diésel que se encuentren en operación. Se obtiene así la posibilidad de operar los motores diésel individuales con sus generadores en el respectivo punto óptimo de consumo. Los motores diésel que no se requieren para la demanda actual de energía pueden apagarse.

Además, está previsto ventajosamente que al bus de energía de tensión continua se le suministre o se le tome energía eléctrica mediante una unidad de combinación de un dispositivo de conmutación a semiconductor con elementos de conmutación mecánicos que puedan garantizar una separación galvánica con respecto a los generadores o los motores de impulsión. Resulta así una configuración segura de red con la ventaja especial de que puede prescindirse de los costosos armarios de distribución y equipos de distribución que ocupan lugar y se utilizaban hasta ahora en barcos. Por medio de la separación galvánica es ventajosamente posible regular y controlar las distintas partes de la red de a bordo sin influencia de las otras partes.

Además, está previsto ventajosamente que los generadores estén conectados con el circuito intermedio mediante convertidores de circuito intermedio de tensión continua con dispositivos de conmutación IGBT, estando particularmente previsto que los convertidores de circuito intermedio de tensión continua presenten capacitores de potencia que suministren la corriente necesaria de excitación para generadores asincrónicos, estando grupos de convertidores de circuito intermedio de tensión continua configurados de manera interconectable. De este modo se forman ventajosamente así llamados paquetes de energía eléctrica que suministran en forma fiable una corriente de excitación tan pronto como el diésel impulsa el generador asincrónico y el correspondiente convertidor está en operación.

Los motores y generadores en el barco deben ser máquinas asincrónicas. Ésta es una realización particularmente económica y robusta para las máquinas eléctricas. Las diferencias de las máquinas asincrónicas en comparación con máquinas sincrónicas en lo que respecta a la red eléctrica se compensan en forma muy ventajosa por medio de los convertidores.

Está previsto ventajosamente que los convertidores de circuito intermedio de tensión presenten para el lado de generación de energía eléctrica módulos de regulación digitales que presenten una parametrización para generadores de tensión constante y/o generadores asincrónicos. De este modo pueden utilizarse convertidores de circuito intermedio de tensión uniformes y económicos.

Está previsto además que en el bus de energía de tensión continua estén dispuestos convertidores estáticos, preferentemente con conmutadores IGBT, así como controladores de tensión y frecuencia, que posibiliten una autoconmutación. Esto posibilita ventajosamente una adaptación automática de los convertidores estáticos al bus de energía de tensión continua.

Está previsto además ventajosamente que el barco presente un circuito intermedio de tensión continua que esté configurado como un bus de energía de tensión continua desconectable por medio de conmutadores a semiconductor y que corra desde la zona de proa hasta la zona de popa del barco, estando dispuestos en el bus de energía de tensión continua al menos un, preferentemente dos conmutadores a transistor, con los cuales se pueda desconectar el bus de energía de tensión continua. De este modo es fácilmente posible formar grupos impulsores de proa y de popa, y separarlos unos de otros, así como operarlos en forma separada según la demanda. De este modo se aumenta la seguridad de la impulsión, pudiendo aumentarse esa seguridad por medio del empleo de un generador de... [Seguir leyendo]

1. Sistema de alimentación de energía eléctrica, particularmente para barcos, con generadores impulsados por motores diésel (4, 5, 6, 7) y con dispositivos consumidores, estando un circuito intermedio de tensión continua dispuesto como bus de energía (3) entre los dispositivos consumidores (1, 2, 13) y los generadores y estando previstos convertidores (11, 12) para alimentar los dispositivos consumidores con tensión trifásica, caracterizado porque los generadores están configurados como generadores asincrónicos, porque entre los generadores y el circuito intermedio de tensión continua están dispuestos convertidores estáticos (9, 10) , que trabajan en forma bidireccional, y porque los convertidores estáticos que trabajan en forma bidireccional presentan al menos un capacitor, con cuya energía almacenada se excita el correspondiente generador asincrónico en el arranque.

2. Sistema de alimentación de energía eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque el bus de energía eléctrica alimenta todo el barco (20) con energía eléctrica y porque las variaciones de tensión que se establecen en la operación sirven en el bus de energía de tensión continua (3) como magnitudes de control para los generadores.

3. Sistema de alimentación de energía eléctrica según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque generadores individuales se ajustan, en lo que respecta a su potencia, mediante diferente llenado de cilindros de los motores diésel (4, 5, 6) y la potencia total se ajusta mediante el número de motores diésel (4, 5, 6) que se encuentran en operación.

4. Sistema de alimentación de energía eléctrica según las reivindicaciones 1, 2 o 3, caracterizado porque al bus de energía de tensión continua (3) se le suministra o se le toma energía eléctrica mediante unidades de combinación de un dispositivo de conmutación a semiconductor con elementos de conmutación mecánicos (9) que pueden garantizar una separación galvánica con respecto a los generadores o los motores de impulsión (1, 2) .

5. Sistema de alimentación de energía eléctrica según la reivindicación 4, caracterizado porque los generadores están conectados con el circuito intermedio mediante convertidores de circuito intermedio de tensión continua con dispositivos de conmutación IGBT (9) .

6. Sistema de alimentación de energía eléctrica según las reivindicaciones 1, 2, 3, 4 o 5, caracterizado porque los convertidores de circuito intermedio de tensión continua (9) presentan capacitores de potencia que suministran la corriente necesaria de excitación para generadores asincrónicos, estando grupos de convertidores de circuito intermedio de tensión continua (9) configurados de manera interconectable.

7. Sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los convertidores de circuito intermedio de tensión (9) presentan para el lado de generación de energía eléctrica módulos de regulación digitales que presentan una parametrización para generadores de tensión constante y/o generadores asincrónicos.

8. Sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el bus de energía de tensión continua (3) están dispuestos convertidores estáticos, preferentemente con conmutadores IGBT, así como controladores de tensión y frecuencia, que posibilitan una autoconmutación.

9. Sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta un circuito intermedio de tensión continua que esta configurado como un bus de energía de tensión continua desconectable por medio de conmutadores a semiconductor (14) y que corre desde la zona de proa hasta la zona de popa del barco.

10. Sistema de alimentación de energía eléctrica según la reivindicación 9, caracterizado porque en el bus de energía de tensión continua (3) están dispuestos al menos un, preferentemente dos conmutadores a transistor (14) , con los cuales puede desconectarse el bus de energía de tensión continua (3) .

11. Sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los convertidores de circuito intermedio de tensión (11) presentan módulos de regulación digitales que presentan una parametrización para una regulación de par de giro o número de revoluciones.

12. Barco con un sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta al menos una conexión a tierra que dispone de un convertidor de circuito intermedio de tensión (9) con conmutadores IGBT, así como de controladores de tensión y frecuencia, y que está configurada como convertidor autoconmutado.

13. Barco con un sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque presenta un generador de emergencia que se impulsa por un motor diésel (7) y que esta conectado al bus de energía de tensión continua (3) mediante al menos un convertidor de circuito

intermedio de tensión.

14. Sistema de alimentación de energía eléctrica para un barco según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los motores diésel (4, 5, 6, 7) son controlables a distancia (arranque, parada, potencia) desde el puente (25) de un barco, y los convertidores de circuito intermedio de tensión continua (9, 11) trabajan en forma automática.

15. Sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al bus de energía de tensión continua (3) están conectadas, mediante convertidores estáticos (12) , subdistribuciones para la red de a bordo (13) .

16. Barco con un sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones 1 a 15 precedentes, caracterizado porque es un barco crucero fluvial.

17. Barco con un sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones 1 a 15 precedentes, caracterizado porque es un yate a motor o un velero a motor similar a un yate.

18. Barco con un sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones 1 a 15 precedentes, caracterizado porque es barco de vigilancia costera o un bote de patrulla.

19. Barco con un sistema de alimentación de energía eléctrica según una o varias de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado por la utilización de convertidores de circuito intermedio de tensión continua (9, 10, 11, 12) autoconmutados que se encargan de las tareas de un tablero de distribución para impulsores eléctricos y generadores.

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