Oberschwingungen im Bordnetz entstehen, wenn eine nicht si- nusförmige Stromentnahme erfolgt, bspw. wenn starke nichtli- neare Verbraucher an das Bordnetz angeschlossen werden. Der nichtsinusförmige Stromverlauf im Netz durch den starken Verbraucher führt in Verbindung mit der endlichen Impedanz des Bordnetzes zu entsprechenden Rückwirkungen auf die Span- nung. Letztere werden durch Induktivitäten verursacht, die im Bordnetz unvermeidbar vorhanden sind.

Das Bordnetz darf auch dann keine größeren Oberschwingungsan- teile enthalten, wenn aus dem Bordnetz der elektrische Schif- fsantrieb gespeist wird.

Der elektrische Schiffsantrieb umfasst einen oder mehrere an dem Bordnetz angeschlossene Stromrichter, von denen jeder ei- nen oder mehrere elektrische Propellermotoren mit Strom ver- sorgt. Üblicherweise ist das Bordnetz ein 3-Phasen-Mittel- spannungsnetz, in seltenen Fällen auch ein Niederspannungs- netz. Hieraus erzeugt der Stromrichter einschließlich des Stromrichter-Transformators für den Antriebsmotor ein drei- phasiges Spannungssystem mit variabler Spannung und Frequenz.

Die Spannung am Ausgang des Stromrichters hängt von der Fre- quenz ab.

Der Stromrichter kann ein Zwischenkreisumrichter mit einem Gleichspannungszwischenkreis und einer mehrphasigen gesteuer-

ten Brücke im Ausgang sein. Durch die Steuerung der Brücke, die eingangsseitig an den Zwischenkreiskondensator ange- schlossen ist, entsteht u. a. eine pulsierende Belastung an dem Kondensator, die auf das Bordnetz zurückwirkt.

Durch sinnvolle Beschaltung des Stromrichters, hat man in der Vergangenheit versucht, die durch den Stromrichter verursach- te Rückwirkung auf den Klirrfaktor des Bordnetzes niedrig zu halten.

Zu den bekannten Maßnahmen gehört die Verwendung eines Drei- phasentransformators, dessen Primärwicklungen im Dreieck ge- schaltet sind. Der Dreiphasentransformator weist zwei Sätze von Sekundärwicklungen auf, von denen die eine im Stern und die von Sekundärwicklungen Brückengleichrich- tern angeschlossen, die ausgangsseitig einen gemeinsamen Zwi- schenkreiskondensator speisen. An den Zwischenkreiskondensa- tor sind für jede Phase des Ausgangsnetzes des Stromrichters Drehstrombrücken aus IGBTs angeschaltet. Die IGBTs werden so angesteuert, dass sich ein angenähert sinusförmiger Strom- verlauf in der Ständerwicklung des angeschlossenen Propeller- motors ergibt. Ein derartiger Stromrichter wird als zwölfpul- siger Umrichter bezeichnet, bei dem auf der Netzseite nur noch die charakteristischen Oberschwingungen der Ordnungen 11,13,23,25,35,37,47 und 49 usw. auftreten. Die anderen Oberschwingungen heben sich gegenseitig auf.

Eine noch weitergehende Reduktion lässt sich erreichen, wenn die Eingangsströme von zwei derartigen Stromrichter durch entsprechende Zusatzwicklungen um 15° gegeneinander gedreht werden. Hierdurch kommt aus der Sicht des Bordnetzes das Ver- halten eines 24-pulsigen Umrichters zustande. Bei einem sol- chen Betrieb treten nur noch charakteristischen Oberschwin- gungen der Ordnung 23,25,47 und 49 etc. auf.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Schiffes bzw. ein Schiffsantriebssystem zu schaffen, bei dem die Amplituden der Oberschwingungen noch weiter reduziert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. dem Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Motoren mit unterschiedlicher Leistung beaufschlagt. Aufgrund der unter- schiedlichen Last an den Motoren und der entsprechenden Netz- rückwirkung, reduziert sich der im Bordnetz zu messende Klirrfaktor um bis zu einem Drittel. Diese Reduktion macht sich besonders an den höheren Harmonischen bemerkbar, die sich aufgrund der besonderen Beschaltung der Stromrichter ge- genseitig nicht auslöschen.

Die Theorie für die Verbesserung des Klirrfaktors geht dahin, dass für die Verminderung eine Veränderung des Stromflusswin- kels an dem Zwischenkreiskondensator verantwortlich ist. Bei einer geringeren Last an dem Zwischenkreiskondensator in dem Stromrichter treten Ladeströme mit anderen Phasenwinkeln auf verglichen mit einer stärkeren Stromentnahme aus dem Zwi- schenkreiskondensator. Diese Änderung des Phasenwinkels hat möglicherweise Rückwirkungen auf die ausgangsseitige Dreh- strombrücke und den Stromverlauf im angeschlossenen Motor.

Die Regelung der Antriebsmotoren des Schiffes kann so erfol- gen, dass bei jeder Betriebssituation die Lastverteilung auf die Motoren im Sinne einer Minimierung der Oberschwingungen der Ordnung 23,25,47,49 auftritt.

Es hat sich gezeigt, dass eine Leistungsaufteilen zwischen den Propellermotoren bzw. zwischen zwei Gruppen von Propel- lermotoren im Verhältnis zwischen 1 : 0,9 bis 1 : 0,25 vorzugs-

weise zwischen 1 : 0,7 bis 1 : 0,5 und höchst vorzugsweise um 1 : 0,6 vorzunehmen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei Schiffen verwendbar, die am Bug und am Heck Motoren aufweisen, so dass die unterschiedliche Leistung nicht zu einer Kursänderung führt, die durch einen Ruderausschlag kompensiert werden muss.

Eine Verbesserung des Oberschwingungengehaltes lässt sich a- ber auch bei Schiffen mit zwei Propellermotoren am Heck er- reichen, die mit gleicher Leistung betrieben werden. In die- sem Falle unterscheiden die Zwischenkreiskondensatoren in den Wechselrichtern für die Propellermotoren. Aufgrund der unter- schiedlichen Kapazitätswerte der Zwischenkreiskondensatoren in den beiden Stromrichtern, können die höheren Harmonischen, wie sie bei einem 24-pulsigen Stromrichter auftreten, in ähn- licher Weise kompensiert werden.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn jeder der Stromrichter jeweils als 24-pulsiger Umrichter ausgeführt ist, so dass sich die niedrigeren Harmonischen wie eingangs beschrieben gegenseitig auslöschen.

Im Übrigen sind Weiterbildungen der Erfindung Gegenstand von Unteransprüchen. Hierbei sollen auch solche Kombinationen als beansprucht angesehen werden, auf die kein ausdrückliches Ausführungsbeispiel gerichtet ist.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen : FIG 1 das Prinzipschaltbild für den elektrischen Antrieb eines Schiffes, das an jedem Ende jeweils zwei Pro- pellermotoren aufweist,

FIG 2 eine Tabelle zur Veranschaulichung des Klirrfaktor- verhaltens in Abhängigkeit von der Lastverteilung auf die Propellermotoren, FIG 3 das Prinzipschaltbild für den elektrischen Antrieb eines Schiffes mit zwei Propellermotoren und FIG 4 das Prinzipschaltbild eines Stromrichters.

Figur 1 zeigt das Prinzipschaltbild für ein Schiffsantriebs- system mit Elektromotoren. Zu dem Antriebssystem gehören ins- gesamt fünf schematisch angedeutete Dieselmotoren 1, 2,3,4 und 5. Mit jedem der Dieselmotoren 1... 5 ist jeweils ein Dreiphasensynchrongenerator 6,7,8,9,11 mechanisch gekop- pelt.

Die Synchrongeneratoren 6,7,8,9,11 sind zu Gruppen zusam- mengefasst, wobei die Synchrongeneratoren 6 und 7 auf einer erste Sammelschiene 12 und die Synchrongeneratoren 8,9,11 auf eine zweite Sammelschiene 13 arbeiten. Die beiden Sammel- schienen sind im Normalbetrieb elektrisch miteinander gekup- pelt. Die beiden Sammelschienen 12,13 symbolisieren ein Mit- telsspannungsnetz mit 50 Hz und 6,6 kV. An jede der beiden Sammelschienen 12,13 ist ein Dreiphasentransformator 14,15 angeschlossen, der ausgangsseitig das Niederspannungsbordnetz 16,17 speist. Die Transformatoren sind eingangsseitig im Dreieck und ausgangsseitig im Stern geschaltet.

Aus den beiden Sammelschienen 12,13 folgt die Stromversor- gung für den Fahrantrieb. Hierzu sind an der Sammelschiene 12 zwei Stromrichter 18 und 19 und an der Sammelschiene 13 zwei Stromrichter 21 und 22 angeschaltet. Jeder der Stromrichter 18.. 22 speist einen zugehörigen Drehstromasynchronmotor 23... 27. Jeder der Asynchronmotoren 23.. 27 treibt über eine Schiffswelle 28.. 32 einen zugehörigen Schiffspropeller 33... 36. Die beiden Schiffspropeller 33, 35 sind dem einen

Schiffspropeller 34 und 36 am anderen Schiffsende vorgesehen sind. Eine solche Verteilung der Schiffspropeller wird bspw. bei Doppelendfähren verwendet um Wendemanöver einzusparen.

Aus Redundanzgründen sind die Propellermotoren 23 und 26, die dem einen Schiffsende zugeordnet sind, an unterschiedlichen Sammelschienen angeschlossen. Auf diese Weise wird sicherge- stellt, dass bei Ausfall einer Sammelschiene 12 oder 13, an jedem Schiffsende wenigstens ein Propellermotor dem Antrieb zur Verfügung steht.

Die Stromrichter 18.. 22 sind untereinander gleich ausgeführt.

Es handelt sich um 12-pulsige Stromrichter mit Gleichspan- nungszwischenkreis. Da die Stromrichter 18.. 22 untereinander identisch sind, genügt es den Aufbau lediglich eines der Stromrichter 18.. 22 genauer zu beschreiben.

Der Stromrichter 18 weist eingangsseitig einen Dreiphasen- transformator 37 auf mit einer im Dreieck geschalteten Pri- märwicklungsgruppe 38, die an die Sammelschiene 12 ange- schlossen ist. Ferner gehören zu dem Dreiphasentransformator 37 zwei Gruppen von Sekundärwicklungen 39 und 41, die mit den Primärwicklungen 38 magnetisch gekoppelt sind. Die Gruppe von Sekundärwicklungen 39 ist im Dreieck und die Gruppe der Se- kundärwicklungen 41 ist im Stern geschaltet, so dass eine Phasendrehung zwischen den Ausgangsspannungen erhalten wird.

Jede der beiden Gruppen 41 und 39 von Sekundärwicklungen ist an einen zugehörigen dreiphasigen Brückengleichrichter 42 und 43 angeschlossen. Die Brückengleichrichter 42,43 sind einfa- che ungesteuerte Diodenbrückengleichrichter.

Beide Brückengleichrichter 42,43 laden einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator 44, der aus der Parallelschaltung mehrerer Einzelkondensatoren besteht. Die Kapazität des Zwi- schenkreiskondensators liegt bei ca. 56 mF pro Motor. Aus dem Zwischenkreiskondensator 44 wird eine aus IGBT aufgebaute ge- steuerte Drehstrombrücke 45 gespeist, die ausgangsseitig die

dreiphasige Versorgungsspannung für den Asynchronmotor 23 er- zeugen.

Durch nicht weiter gezeigte Zusatzwicklungen auf dem Dreipha- sentransformator 37 wird dafür gesorgt, dass die Phasenlage an den beiden Gruppen 41 und 39 von Sekundärwicklungen zu- sätzlich um plus 7,5° gedreht ist.

Der an derselben Stromschiene 12 angeschlossene Stromrichter 19 hat denselben, wie zuvor erläuterten Aufbau mit der Ein- schränkung, dass durch die Zusatzbeschaltung eine Phasendre- hung von minus 7,5° erhalten wird. Dadurch weisen beide Fre- quenzumrichter zueinander eine Phasendrehung von 15° auf, so dass sie aus der Sicht der Sammelschiene 12 wie ein 24- pulsiger Stromrichter arbeiten.

Bei einem 24-pulsigen Stromrichter entstehen nur charakteris- tischen Oberschwingungen ab der 23. Oberschwingung ; die dar- unter liegenden löschen sich gegenseitig aus. Die Auslö- schung kommt vereinfacht ausgedrückt dadurch zustande, dass bei den Oberschwingungen unterhalb der 23. Oberschwingung der eine Stromrichter gerade dann auf einen höheren Strombedarf umschaltet, wenn der andere Stromrichter um denselben Betrag den Strombedarf vermindert. Aus der Sicht der Sammelschiene ändert sich dadurch an der Belastung nichts. Die Beschaltung der Sammelschiene 12 ist somit von Haus aus oberschwingungs- arm. Die einzigen charakteristischen Oberschwingungen, die zu berücksichtigen sind und sich nicht kompensieren, sind bei dieser Art der Beschaltung die 23. und die 25. sowie die 47. und die 49. Oberschwingung, etc.

Mit der gezeigten Schaltungsanordnung sind die in Tabelle von Figur 2 aufgeführten Klirrfaktorwerte zu erreichen. Wenn drei Generatoren in Betrieb sind und alle Motoren mit der gleichen Leistung betrieben werden, ist auf der Sammelschiene 12,13 ein Klirrfaktor von 3,09 % zu messen. Der Propellerstrom weist einen Klirrfaktor von 7,54 % auf. Wenn hingegen die Mo-

toren unsymmetrisch betrieben werden, d. h. die Leistung pro Sammelschiene 12 bzw. 13 im Verhältnis 1 : 0,6 aufgeteilt ist, wobei die Gesamtantriebsleistung genauso groß ist wie zuvor, sinkt schlagartig der Klirrfaktor im Spannungsverlauf auf den Sammelschienen 12 bzw. 13 auf 1,9 %. In diesem Betriebsfall nimmt der Propellermotor 24 z. B. die 0,6-fachen Leistung der Leistung des Propellermotors 23 auf ; für die Propellermotoren 26 und 27 gilt dieselbe Beziehung.

Ein ähnliches Bild ergibt sich, wenn 4 Generatoren in Betrieb sind und die Propellermotoren wiederum symmetrisch belastet sind. Der Klirrfaktor ist dann wegen etwas geringerem Genera- torinnenwiderstand etwas kleiner, nämlich nur 2,91 % als im Betriebsfall mit 3 Generatoren. Er wird wiederum deutlich re- duziert, wenn die Motoren unsymmetrisch belastet sind, ohne dass die Gesamtantriebsleistung sich ändert. In diesem Fall verhält sich die Leistung der Motoren 23 und 26 zu der Leis- tung der Motoren 24 und 27 wie 1 : 0,37. Der Spannungsklirrfak- tor auf den Stromschienen 12,13 geht auf 1,31 % zurück.

Gleichwohl ändert sich am Klirrfaktor im Strom zum Einzelmo- tor praktisch nichts, wie die zweite Spalte erkennen lässt.

Der Klirrfaktor im Strom zu dem einzelnen Motor ist von der Lastaufteilung praktisch unabhängig. Auch der Klirrfaktor für den Strom, wie er von jedem der einzelnen Generatoren abgege- ben wird, ist praktisch von der Belastung und der Betriebs- station an den Stromschienen 12,13 unabhängig.

Ebenfalls sehr günstige Verhältnisse werden erreicht, wenn fünf Generatoren in Betrieb sind und die Antriebsleistung zwischen den Motoren im Verhältnis 1 : 0,37 aufgeteilt ist.

Wie die Tabelle erkennen lässt, entsteht die Verminderung im Klirrfaktor im Spannungsverlauf auf den Sammelschienen 12,13 durch eine Kompensationswirkung zwischen einem stärker be- lasteten und einem weniger stark belasteten Stromrichter. Der Klirrfaktor im Ausgangssignal jedes Stromrichters, ist hinge-

gen von der Lastverteilung praktisch unabhängig. Es wird da- von ausgegangen, dass die mit der Laständerung einhergehende Änderung des Stromflusswinkels beim periodischen Nachladen des Zwischenkreiskondensators für die Kompensationswirkung verantwortlich ist.

Eine ähnlich Verbesserung kann erreicht werden, wenn das Schiff mit zwei Antriebsmotoren gemäß Figur 3 ausgerüstet ist. Die Schaltungsanordnung nach Figur 3 ist praktisch die linke Seite der Schaltungsanordnung nach Figur 1, mit der Einschränkung, dass der Stromrichter 21 an die Sammelschiene 12 angeschlossen ist. Es sind deswegen auch die selben Be- zugszeichen, wie in der linken Hälfte von Figur 1 verwendet.

Eine. erneute Erläuterung des Aufbaus erübrigt sich somit.

Ein weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fi- gur 1 besteht darin, dass jeder der Stromrichter 18,21 für sich 24-pulsig ausgeführt ist. Ein 24-pulsiger Stromrichter kann bspw. erhalten werden, indem der Zwischenkreiskondensa- tor 44 über zwei magnetisch nicht gekoppelte Transformatoren geladen wird, wobei die Transformatoren primärseitig um 15° in der Phasenlage gegeneinander gedreht sind. Das Prinzip- schaltbild für einen solchen Stromrichter ist in Figur 4 ver- anschaulicht.

Der Stromrichter 18 gemäß Figur 4 weist zwei Eingangstrans- formatoren 46 und 47 auf. Jeder der Eingangstransformatoren 46, 47 verfügt über eine Gruppe von Primärwicklungen 48 und 49, die, wie bereits erwähnt, elektrisch um 15° gegeneinander gedreht sind. Jede der beiden Transformatoren 46,47 ist fer- ner mit zwei Gruppen von Sekundärwicklungen 51,52,53 und 54 versehen, die im Dreieck bzw. im Stern geschaltet und mit ei- nem zugehörigen Brückengleichrichter 55, 56,57 und 58 be- schaltet sind. Die Brückengleichrichter 55.... 58 laden einen Zwischenkreiskondensator 59, aus dem drei Gruppen von Brücken 61,62 und 63 gespeist werden, die in ihren Brückenzweigen IGBTs enthalten. Durch Ansteuern der IGBTs in bekannter

Weise, wird am Ausgang der gewünschte Dreiphasenwechselstrom erzeugt.

Die beiden Stromrichter 18 und 21 sind gemäß Figur 4 gestal- tet und unterscheiden sich wie bereits ausgeführt in der Grö- ße des Zwischenkreiskondensators 59. Da jeder Stromrichter bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 24-pulsig arbeitet, treten keine Oberschwingungen unterhalb der 23. Oberwelle auf. Es bleiben nur die Oberschwingungen 23,25 und 47,49 übrig. Hier tritt eine Kompensation auf, indem bei gleicher Leistung, d. h. symmetrischer Verteilung der Antriebsleistung auf die beiden verbliebenen Propellermotoren 23 und 26 sich die Kapazitäten der beiden Zwischenkreiskondensatoren 54 in den beiden Stromrichtern 18,21 in ähnlicher Weise unter- scheiden, wie die Leistungsaufteilung unter den Propellermo- toren die bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zu der Verminderung des Klirrfaktors geführt hat.

Bei einem Schiff mit elektrischem Fahrantrieb, wird eine Ver- minderung des Klirrfaktors in dem Mittelspannungsnetz er- reicht, indem zwei Stromrichter oder Gruppen von Stromrich- tern so zusammen geschaltet werden, dass sie sich aus der Sicht des Netzes wie 24-pulsige Stromrichter verhalten. Die so erhaltenen Stromrichter oder Gruppen von Stromrichtern, werden unterschiedlich belastet, oder in ihrem Gleichspan- nungszwischenkreis unterschiedlich dimensioniert.