CN1400946A - 具有动力适配调节器的船舶推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶推进系统，它包括一个船舶电网(5)和由此电网供电的一个电推进系统(3、4)，该电推进系统具有一个用于螺旋桨电动机(3)的下属调整装置(6)。该螺旋桨电动机(3)的转速由一个上级调节器(2)规定，该调节器的指令参数来自操纵杆(1)。为了抑制由于推进系统过高的动力特性对船舶航行的影响设有一些过滤装置。

Description

具有动力适配调节器 的船舶推进系统

具有螺旋桨电动机的船舶螺旋桨的驱动装置借助转速调节器调节。在驾驶台通过操纵杆规定转速的额定值。在调节器进口前，在一个加法电路中，转速额定值(给定参数)与当前的转速值比较，以便由此确定调节误差，此调节误差输入调节器。调节器的出口信号作为控制参数进入调整装置，螺旋桨电动机通过此调整装置与电源连接。

在用同步电机驱动时，调整装置由变频/变流器组成，它根据柴油发电机设备的发电机电压，产生一个适当多相的和频率可变的电源电压。此变流器线路设计为，使变流器和同步电机联接起来后与直流电机类似，它的电流通过直流调节器调整。进入直流调节器控制器进口的信号规定了直流电机消耗的电流。按相同的方式，调节器的控制信号规定了同步电机的工作电流。也可以用相同的方式向异步电动机供电能并可应用于船舶驱动。

现在已证明这种推进系统是比较刚性的，也就是说，即使在螺旋桨转一圈时的微弱转速波动也能被调整。

转速波动或角速度改变的原因在于船舶螺旋桨在水中的特性，航行时水流过船身而且在空间上有不均匀的速度剖面。桨叶在其旋转运动时部分通过在船尾处存在的艉鳍或尾轴架运动，而它们在其旋转运动的其他部分遭遇水的其他流速。

流体力学认为，船舶螺旋桨上随时间而变化的负载可用尾流场(伴流场)来描述。由船体上的艉鳍或尾轴架所引起的这种负载波动，表现出来就是螺旋桨尾流场的不均匀性，而这种不均匀性又反映为桨叶旋转时波动的进程系数。

也就是说形成周期性的扭矩波动，它导致船舶螺旋桨波动的角速度，该角速度由转速调节器或其下属的电流调节器来调整，以便将船舶螺旋桨的转速尽可能准确地保持为预选的转速额定值不变。据矩波动的频率等于轴转速乘以螺旋桨叶片数。扭矩波动从驱动电机传到地脚螺栓并因而传给船体。在柴油发电机设备的情况下还产生扭矩反作用。由此使船体部件被此脉动扭矩的主波激励振动，此外，基于机械方面的既定条件也不能忽视船体在相关频率下发生共振的可能性。这种振动不仅令船上的人员感到厌烦，而且对船舶的整个结构及其装载的货物带来严重的载荷，因此应加以避免。

迄今试图用所谓的有限元法计算这种振动的薄弱环节，并将如此确定的危险区通过采用成吨的钢来加强。这种方法一方面昂贵，另一方面减小了允许的装载量和船上可利用的载货容积，增加了燃料消耗量，并且除此之外至多能减少由驱动装置产生的振动对材料的破坏作用，然而并不能从根本上排除这种作用。

为将船用螺旋桨的转速尽可能准确保持为预选的转速额定值所进行的转速调节还会导致另一个负面效果。

因为尾流场的不均匀性完全反映为螺旋桨进程系数的波动，所以降低了螺旋桨的空泡安全性，因为螺旋桨的工作点可能接近其空泡极限或超过此空泡极限。尤其在船体上存在艉鳍或尾轴架的区域内，螺旋桨的工作点可能达到或超过空泡极限并因而引发产生空泡，它会导致船舶尤其是螺旋桨严重损伤。空泡还导致不允许的压力波动和噪声，这些尤其显著降低了客轮、科研考察船和军用船舶的利用价值和舒适性。

另外，由电动机驱动的船用螺旋桨可以非常迅速地调整转速。转速的这一快速调整也会导致在桨叶上产生空泡。在这种情况下，转速调整的速度取决于船的航行速度，也就是取决于水冲击螺旋桨的迎流速度。

因此采用加速发生器(Hochlaufgeber)，从调节技术看它们应位于操纵杆与调节器额定值进口之间。

当船用螺旋桨实际转速增加时，显著改变其动力特性(Dynamik)。由于螺旋桨曲线族(从系桩拉力曲线过渡到自由航行曲线)呈二次幂变化过程，在实际转速上升时，船用螺旋桨允许的动力性能超比例地下降。

在先有技术中已知的船用螺旋桨驱动装置中，由加速发生器确定的加速时间，随着螺旋桨驱动马达转速的上升提高一至三级，以便将转速过量保持在螺旋桨曲线允许范围之内。

此外，电推进系统鉴于其功率需求还必须顾及发电机的励磁。发电机励磁的时间特性比船用螺旋桨电动机可能的动态特性慢。

在考虑到这两种边界条件的情况下，按先有技术将加速发生器作如下所述的设计：

从转速为零开始，螺旋桨电动机起先不加限制地亦即最佳地加速。被螺旋桨消耗的功率在有恒定加速时间的加速过程中迅速增加并最终达到转速调节器中的电流极限，以免柴油发电机设备过载。在加速发生器第一阶段结束时转换到另一个加速时间。由电驱动装置提供使用的加速功率几乎降回零。因此形成从柴油发电机设备提取功率的阶跃式改变，柴油发电机设备应当但可能未必能适应这种改变。其结果是导致船舶电网内的频率和/或电压波动。

至少在加速时间的第一阶段中，驱动装置从柴油发电机设备提取电功率，在有些情况下为了向另外的船舶电网供电，该电功率可能不足。

为了船舶加速，从第一加速阶段变换到第二加速阶段时带来的缺点是，当超过某些转速范围时只产生很小的船舶加速度。

螺旋桨电动机的电流极限在上述驱动装置中处于有关的船用螺旋桨曲线上方30％的额定扭矩之处。在驱动电机的电流极限与计算的船用螺旋桨曲线之间的区域是必要的，以便除了在船舶加速过程所必需的加速扭矩外，还要有备用量用于波涛汹涌的海面和船舶机动性。

迄今在船用螺旋桨驱动装置中分级控制的加速发生器，没有能力使驱动螺旋桨的电动机在加速过程中提供规定的加速扭矩。与之相反，它们在大的转速范围内只是释放当时的电流极限。其原因在于船舶的加速时间是这种类型的加速发生器加速时间的多倍。

如上面已提及的那样，柴油发电机设备显示了一种时间功率特性，与船用螺旋桨电动机的功率消耗相比，此功率特性只能较缓慢地改变。因此除了基于螺旋桨曲线的限制外，还应考虑一些根据发电机设备最大动力特性得出的限制。

在设计用于船舶柴油发电机设备的柴油机时，涉及负载特性应顾及International Associaten of Classification Society(IACS)的规定。属于规定内容的三级负载改变曲线，在当今高增压的柴油机中，对船用螺旋桨驱动装置的动力特性有重要的作用。带来的困难是，在那里提到的尤其在大功率区的值如今由于没有足够的维护或由于使用低质重油往往不再能够达到。因此，在柴油机轴输出功率时所具有的动力特性，当船舶长时间在海上航行时根据经验判断会下降。

在柴油机的功率输出中另一个随时间的梯度(它按IACS没有规定或通常必须加以规定)是柴油机的热承载能力。在热运行的柴油机中从零到额定功率或从额定功率到零均匀地改变负载，只允许在一个取决于该柴油机结构尺寸的最短时间内进行。这些时间段的长短视不同的结构尺寸强烈变动。这种随时间的变化曲线也不允许逐段地被超过，因为要不然会导致损坏柴油机。

上面提及的最短时间对于小型柴油机可在10-20秒之间，而对于大型柴油机可达120秒。

处于柴油发电机设备与船用螺旋桨电动机之间的变流器需要一个控制无功功率(Steuerblindleistung)。控制无功功率取决于负载。这种变流器例如是恒流直流中继变流器(Stromzwischenkreisumrichter)、直接变频器、直流电机变流器等。

无功功率由柴油发电机设备的同步发电机提供。取决于负载的无功功率在上述具有控制无功功率的变流器中随时间的梯度可比同步发电机的端电压改变快15至25倍，发电机设备可能跟不上这种改变。尤其是同步发电机励磁场的去励磁需要时间。

若驱动船用螺旋桨时超过了柴油机的动力极限(dynamischen Grenzen)，则它的转速并因而由柴油发电机设备供电的船舶电网的频率以不允许的程度波动。若发电机设备的转速调整未顾及动力极限而需要或必须将船舶电网的频率保持在允许范围内时，也就不能避免有损坏柴油机的可能性。当超过同步发电机的动力极限时，船舶电网的电压也激烈波动，以致离开允许的公差带。

迄今按先有技术在试航时，长期反复地试验转速额定值和/或电流额定值加速时间的多级式改变或连续改变，直至认为在船用螺旋桨电动机与柴油发电机设备之间的相互协调令人满意时为止，亦即在船舶电网中不出现不允许的频率或电压波动。在此往往只可能在某些工作点进行优化。在船用螺旋桨电动机调节中的调整可能性与它们对柴油发电机设备的动态作用之间在船舶电网中并不存在一种固定关系。柴油发电设备卸载随时间的变化过程，在船用螺旋桨驱动装置的调节中很少考虑或不太可能调整。

由此出发，本发明的目的是创造一种用于一艘带有船舶电网的船舶的船舶推进系统，它在船舶驾驶中不会影响舒适性和/或造成损害。

尤其是，此船舶推进系统在其动力特性方面应能更好地适应上面提及的不同类型的边界条件。

按照本发明，上述目的通过具有权利要求1特征的船舶推进系统来实现。

欠缺舒适性可表现在船舶结构振动和/或灯光闪耀中。本发明的装置可保证船舶电网电压和/或其频率的瞬时值与操纵杆和/或舵角的调整速度无关，并因而不会发生超过允许程度的波动。

当操纵杆过快回零以及发电机设备的卸载比同步电机的去励磁进行得更快时，有可能产生船舶电网电压的波动。反之当操纵杆过快地朝高电动机功率方向调节移动时，也会导致波动。而在所有的情况下频率均下降，因为柴油机不可能足够迅速地加速。

舵的运动对发电机设备和/或船舶电网有类似的作用。随着舵向外伸出，螺旋桨负载提高，而当舵回到零位上时螺旋桨上的负载下降。

在螺旋桨过激的加速过程中，若此加速导致在船用螺旋桨上产生空泡，则也会产生严重的噪声。

噪声从船体和螺旋桨耦合到水中意味着一种大范围传播的环境污染，这种污染可能大大限制船舶在某些受保护地区的使用，例如北极地带和南极大陆。减少上述噪声污染扩展了尤其客轮在经济性方面有很大收益的航行区域，在这些区域中，在那里生活的野生动物基于本发明受到保护而免受噪声和压力波动的损害。

为了对付由于船用螺旋桨在航道内受到扭矩波动形成的振动，过滤装置包括第一过滤装置，它用于抑制在调整装置的控制器进口处信号的幅度波动。由于扭矩波动改变了螺旋桨轴的角速度，从而导致由转速发生器所提供信号相应的波动性。若没有本发明仍将直接在调节误差内发现这种波动性，并将导致相应于此调节误差的螺旋桨电动机所用电流并因而其驱动力矩的波动。借助于此第一过滤装置滤出这种波动性，也就是向驱动系统提供这样的可能性，即当桨叶面对高流动阻力起动时使转速降低，而当“摩擦损失”重新减小时再次提高转速。

为此可用的过滤装置可以是幅度选择器，只有当一个信号变化超过规定水平时幅度选择器才继续传递此信号变化。这种过滤器例如可借助一个二极管特性曲线实现。另一种可能性在于一种频率滤波器，它起低通滤波器的作用并滤出叠加有调节误差的波动性。

滤波器可设计为自适应的，以此方式使极限频率随螺旋桨轴的转速改变，或使电压阈值随进口参数的基本值或等值改变。因此可以在所有的转速范围都保证有足够的动力性能，而不会有抑制波动性影响调节动态特性(Regeldynamik)的情况，或在另一个转速范围内波动性渗透到调整装置的情况发生。

第一过滤装置可设在调节器进口和转速传感器之间、具有调节误差的信号的信号途径内或设在调节器与调整装置的控制入口之间的调节器出口处。也可以将过滤装置安设在调整装置内。

若过滤装置设计为幅度选择器，则相宜地可将它们设置在调节误差的信号途径内。

调节装置优选地有PI调节特性(比例积分调节特性)。

调节装置可按传统的方式设计为模拟式调节器或数字式调节器。

在PI调节器的情况下，若调节装置的出口信号反相地反馈到进口，则可以获得期望的过滤特性。

螺旋桨电动机的调整装置本身仍可设计为调节器。在这种情况下用于调整装置的控制信号优选地有电流额定值的意义，也就是说，控制由调整装置输出给螺旋桨电动机的电流，并因而控制由螺旋桨电动机输出的扭矩。也可以在螺旋桨电动机由同步电动机构成时以及调整装置设计为变频器或变流器时进行这种控制。为此可从先有技术中选择适用的电路。

若为了过滤波动性采用反馈装置，则相宜地可将该反馈装置调整成使额定负载时的静态调节误差约为0.2至3％。若此调节误差具有干扰性，则通过相应地修正额定值来补偿此调节误差。这种补偿可根据估计的负载进行。

为了抑制由于加速过快在船用螺旋桨上产生的空泡现象，过滤装置相宜地包括第二过滤装置，它们设计为受控制的加速发生器。借助加速发生器，将螺旋桨轴转速的改变速度调整为允许的值。

为此目的，第二过滤装置包含一特征曲线，以便根据螺旋桨电动机的转速，使取决于操纵杆的额定值信号的增加速度慢化。为此，第二过滤装置可设在调节装置进口与操纵杆之间。在此位置它们不影响由调节装置、调整装置和船用螺旋桨组成的调节特性。

第二过滤装置的特征曲线在其无阶跃的意义上看是连续的。它不必按数学上的含意是光滑的，而是可以近似多边形折线。关键是，在折线间的过渡点处无阶跃。此特征曲线是带有偏置量的二次方(平方律)特征曲线。

为了使船舶在低速区保持良好的机动操纵性，特征曲线至少在低转速范围设计为使加速时间为常数且短暂，或随着螺旋桨的转速仅略有增大。因此，似乎可以说此推进系统与操纵杆直接“挂钩”。

在约25至45％额定转速的较高转速范围内，加速时间开始随螺旋桨电动机的转速增加或显著增加。因此，船用螺旋桨的转速越高，与操纵杆的调整速度无关的可能的角加速度越低。

在例如从二分之一额定转速开始的高转速范围内，螺旋桨电动机转速的增大速度受到进一步的遏制，也就是说，加速时间随螺旋桨电动机转速增大的增长程度比在其以下的转速范围时更大。

但也可设想，螺旋桨电动机的转速开始时的增大仅有一短促的加速时间，随后随螺旋桨电动机转速的增大该加速时间呈二次方地上升，从而使螺旋桨电动机转速的增大速度按一种带有偏量的根函数关系变慢。

第二过滤装置可设计为借助微处理机工作的数字式装置或模拟式装置。

如前言已说明的那样，若船舶电网电压过于激烈地波动还会导致影响舒适性，因为发电机设备不能足够迅速地跟随船舶推进系统变化的功率需求。同步电机的励磁和尤其去励磁都需要时间。若船舶推进系统的功率消耗比励磁/去励磁更快地进行改变，则船舶电网电压会离开允许的公差带，其结果是使连接在船舶电网上的仪器设备被不必要地加载或过载。用于发电机的柴油驱动装置也可能跟随得不够快，从而会导致损坏柴油机。

为了消除由此带来的影响，过滤装置可包括第三过滤装置，它限制螺旋桨电动机所消耗功率的变化速度，具体而言将其限制到这样的值上，即，使船舶电网设备可以没有困难地跟随该速度变化。

第三过滤装置也可设在额定值信号的信号路径内，亦即设在调节器与操纵杆之间，或者设在调节装置后或直接设置在调整装置内。设在调节器后或求差装置之后也有这样的优点，即可减慢由于螺旋桨负载变化引起的状态变化。螺旋桨负载的这种变化可能是在操纵舵时或在断开或节制多轴装置上的一个螺旋桨所造成的。

第三过滤装置可相宜地设计为以微处理机为基础的数字式装置。当然，该第三过滤装置也可以设计为传统的模拟式装置。

第三过滤装置可按这样的方式设计，即，该过滤装置在操纵杆朝更多地消耗功率的方向调整时可将所述变化速度限制成与操纵杆朝低功率值方向调整时不同的值。

对于所述变化速度的这种限制至少可在螺旋桨电动机的一个较高功率范围或转速范围内减少。

第三过滤装置允许的变化速度也可以取决于向船舶电网供电的发电机的数量。另一个影响参数可以是设备的运行状态，也就是指设备是否已经处于热运行的稳定状态，或尚处于暖机阶段，或是否与总的运行持续时间相关。最后还有另一个影响参数就是发电机设备的负载，也就是指此负载是否处于柴油机的低功率区、中等功率区或高功率区。

为了保持船舶的可操纵性并且也不出现由于限制所述变化速度引起的调节振荡，第三过滤装置可设计为实现一个窗口，在此窗口内第三过滤装置不影响在调整装置控制器进口处信号的变化速度。尤其当第三过滤装置处于调节装置与调整装置之间的信号路径内时，这样一种窗口是恰当的。若第三过滤装置位于操纵杆与调节装置额定值进口之间，则在有些情况下可以取消这样一个窗口。

此外，本发明的进一步发展是从属权利要求的内容。其中一些未通过实施方式予以描述的特征组合也属于本发明的保护范围。

当在权利要求书中谈到“船用螺旋桨”和“螺旋桨电动机”时，本领域专业人员当然明白，本发明并不限于唯一的一台电动机和唯一的一个船用螺旋桨，而是也可以共同或彼此独立地控制多台电动机或船用螺旋桨。此外本发明对水面船舶和潜艇均同样适用。

附图表示本发明的实施方式。附图中：

图1为一个船舶推进系统的方框图，该推进系统具有第一过滤装置，用于减少由螺旋桨在水中的特性引起的船体振动；

图2为图1所示调节装置的详细方框图；

图3为一个幅度选择器的传递特性图；

图4为一个船舶推进系统的方框图，该推进系统具有第二过滤装置用于使其动力特性适应于船用螺旋桨的动力特性；

图5为第二过滤装置的传递特性曲线图；

图6为配备有本发明推进系统的船舶的加速曲线图；

图7为一个船舶推进系统的方框图，该推进系统设有一个第三过滤装置，以便使螺旋桨电动机的动力特性适应于发电机设备的动力特性；

图8为第三过滤装置的特征曲线图；

图9为在供电的发电机数量不同时电流额定值加速时间和回程时间的变化曲线图；

图10为第三过滤装置窗口的变化曲线，其中，相对于一个连续的值不限制其变化速度；

图11为窗口取决于有效发电机数量的变化曲线图。

图1为一个船舶电推进系统的方框图。在此方框图中只表示了那些对于本发明有重要实质意义的部分。当然，船舶推进系统的精确框图要复杂得多，如果画上全部详情只会掩盖本发明的实质内容并使之难以理解。

属于船舶推进系统的有一个设在驾驶台上的操纵杆1、一个调节装置2、一个用于驱动船用螺旋桨4的螺旋桨电动机3、一个示意表示的船舶电网5以及一个调整装置6，螺旋桨电动机3通过后者与船舶电网5连接。在本文中，术语“操纵杆”代表所有用来以一个高的控制水平规定航行速度的装置，例如自控系统，所谓船舶的“Tempomat”。

操纵杆1提供一个相应于船舶螺旋桨4转速的电信号，该信号作为指令参数通过连接导线7到达调节装置2的一个额定值进口8。调节装置2包括一个相加节点9和一个PI调节器10，后者的出口11与调整装置6的一个进口12连接。

调节装置2通过一根与转速传感器14连接的导线13获得实际值信号。转速传感器14由一个数字式工作的转速发送器15与一个带转向识别器的数/模转换器16组成。

转速发送器15与一根螺旋桨轴17连接，螺旋桨电动机3在此轴上工作并且船用螺旋桨4抗扭地装在此轴上。借助数/模转换器16，按已知的方式由两个来自转速发送器15的相移周期性数字信号产生一个带正负号的与转速成正比的信号，该信号进入导线13。在调节装置2的相加节点9，将这个与船用螺旋桨4转速成比例的信号与来自操纵杆1的信号比较。

按另一种替换方案，转速传感器14可以是一种间接测量系统。转速借助于优选地在调整装置6内或在去往螺旋桨电动机的连接导线19内的电流和电压随时间的变化过程确定。

由此得出的比较差值在PI调节器10内根据调节器的特性曲线处理。PI调节器的调节特性是已知的，在这里无需进一步说明。

调整装置6本身仍按调节器的方式设计并包含一个例如由桥式电路中的GTO组成的控制组件18，它串联在多相的，例如三相的船舶电网5与螺旋桨电动机3之间。

螺旋桨电动机3例如是同步电机，并且控制组件18按这样的方式控制，即，使它获得一个相应多相的和频率可变的交流电压。在控制组件18与螺旋桨电动机3之间的连接导线19内有一电流传感器21，它通过一根导线22与一个变换器电路23连接。在控制组件18的进口侧同样可以设电流传感器21。

变换器电路23根据电流传感器21检测到的交流信号产生一直流信号，它例如相当于流入螺旋桨电动机3内的电流总有效值。因此变换器电路23在其出口24输出一直流信号，它经导线25输入相加节点26。在相加节点26，电流传感器21与电流成比例的信号和调节装置2的出口信号相比较，因此相加节点26的另一个进口与调整装置6的进口12连接。如此获得的电流额定值与电流实际值之差通过导线27进入另一个PI调节器28，它的出口信号通过导线29输入一个控制电路31中，该控制电路31根据调节器出口信号产生用于控制组件18的正常相的控制信号，此控制组件18通过多极导线32与该控制电路31连接。

在本实施方式中调整装置6构成一个变流器。也可以用异步电机取代同步电机来构成螺旋桨电动机。同样也可以采用一台必要时可供交流电的直流电动机。

在船用螺旋桨4上流过的水的流场在空间上是不同的。这种不均匀的流动分布妨碍船用螺旋桨4在转一整圈时在水中始终遇到相同的阻力矩。当桨叶浸入某些流动区域内时，它们遭遇更大的阻力。当驱动轴17以精确恒定的转速传动时，这种在空间上不同的阻力会导致扭矩波动。

基于恒定的轴转速，在螺旋桨电动机3内产生反向扭矩，该反向扭矩会传给船舶结构。一旦桨叶重新离开高流阻区，扭矩就会下降直至下一个桨叶进入此流动区域。因此，螺旋桨电动机3必须施加的扭矩周期性按一个频率波动，这一频率由轴转速与桨叶数的乘积得出。

扭矩波动反映为角速度波动，这一角速度的变化由转速传感器14检测。调节装置2致力于调整转速波动，以便以恒定转速来驱动螺旋桨轴17。其结果是导致船体明显振动。

进入调整装置6控制进口12中的信号若不采取别的措施由一直流成分以及在该直流成分上叠加的与扭矩波动相应的波动成分组成。

按本发明，调节装置配备有第一过滤装置，它的目的是抑制上面已提及的波动性。

一旦进入控制器进口12的信号没有这种波动性，螺旋桨电动机3便可以恒定的扭矩驱动船用螺旋桨4。现在螺旋桨轴17的角速度相应于船用螺旋桨4在水中的“瞬时摩擦损失”周期性变化。因此螺旋桨电动机3基本上没有周期性的可能激励船舶结构振动的扭矩波动。

图2中表示了实现第一过滤装置的一种可能性。该调节器10包括进口侧的一个比例调节器33，它在进口侧与相加节点9连接，在出口侧则连接在一个积分调节器34的进口上。该积分调节器34以其出口处于相加节点35的一个进口处，相加节点35的另一个进口与比例调节器33的出口连接。相加节点35的出口构成调节器的出口，在该出口上连接有连接导线11。一个反馈电阻36从导线11引向调节器33进口，它将出口信号反相地引回进口。

如此设计的调节器总体上看显示了一种低通/放大器特性，这种特性有能力至少减小由船用螺旋桨4扭矩波动引起的波动性。

通过反馈电阻36改变总增益。在转速实际值n与转速额定值n^*有任何偏差时，若调整装置6为了造成一个反向扭矩产生一个有限的电流额定值I^*，则想象的修改后的转速额定值n^*下降了一个值n_R＝R×I^*。

因此调整装置6只试图调整到一个相应地减小了的转速额定值n^*-n_R并因此给予螺旋桨电动机3机会，通过将n从n^*降为n^*-n_R，从由螺旋桨电动机3、船用螺旋桨4和螺旋桨轴17组成的传动链释放振动能量。在这种情况下调节装置2对照降低了的电动机转速n提出一个想象的降低的转速额定值n^*-n_R并由此几乎不必反控制。因此螺旋桨电动机3不产生或只产生小的附加扭矩，所以在电动机地脚螺钉上没有增大的扭矩传入船体内。

一旦桨叶采取另一个位置，在螺旋桨轴17上的负载下降以及在电动机扭矩未增大情况下重新提高转速n。因为现在转速实际值n大于想象的转速额定值n^*-n_R，故调节器出口信号的幅度下降，并且所述系统回到起始工作点。因为在这样一个循环过程中转速只是向下降低，所以转速n的平均值与实际上恒定的转速额定值n^*相比略有下降，这可看作留下的约0.2至3％的调节误差。为了克服该调节误差，在指令参数通道内，亦即在操纵杆1与相加节点9之间可插入一补偿电路，它可将转速额定值n^*想象地向上调整一相应的量。

在这里，尤其在船用螺旋桨的情况下可利用下列事实：螺旋桨4的负载力矩随其转速n大体按二次方上升，因此所反馈的在静态大体与螺旋桨电动机3驱动力矩成比例的经电阻反馈的信号，大体上作为转速平均值n～的二次函数与转速额定值n^*近似相同。因此补偿器必须有一个随转速额定值n^*二次方增大的分路。

相应地在导线13内可含有一函数发生器37，它反映上述补偿并作为信号N_L ^*输入导线7内的相加节点38。因此转速额定值n^*提高一个值n_L ^*f(n)。因而在静态下n_L ^*＝-n_R并有期望的效果，即在相加节点9，信号8和信号35之和等于信号6。

在按图2的实施方式中，调节器出口信号与扭矩成比例的波动大体相移180°地引回转速调节器进口，所以一方面得到一个负的并因而稳定的反馈，以及另一方面降低为调整负载引起的转速波动所需的扭矩或减小与之大体成比例的调节器出口信号。由此带来的结果主要是，驱动扭矩的波动可显著减小，从而能降低通过地脚螺栓传给船体的扭矩波动并将通过船用螺旋桨传给船用螺旋桨伴流场的压力波动降到非临界的值。在这种情况下带来的辅助效果是，现在螺旋桨的转速不再准确地保持常数，而是例如由于负载变换引起的那样，有某些波动。不过这对于由螺旋桨产生的推力没有什么意义，此外，在这种情况下可按有利的方式利用电动机转子、螺旋桨和轴的惯性矩来阻尼减弱这些波动。由于轴几乎无摩擦地旋转支承，所以船体不受这些转速波动的激励。

流体力学认为，这种效果有重要的优点，螺旋桨的转速现在不再精确地保持常数，而是受到某些波动，它们由螺旋桨上变换的负载引起。由此减小了起因于伴流场与进程系数的流体力学耦合所引起的波动宽度。进程系数波动宽度的这种减小是由于在处于船体上艉鳍或尾轴架的不均匀伴流场内的桨叶上的负载波动基于本发明的上述效果导致转速改变所引起的。这种改变的方向和大小能克服其起因。它导致转速改变并因而导致产生桨叶空泡的危险最大的那个桨叶的进程系数的波动宽度减小。此桨叶对另一些桨叶的反作用基于上述效果没有重要意义，因为它们的工作点离螺旋桨额定工作点比处于船体上艉鳍或尾轴的伴流场不均匀部分内的那个桨叶的工作点近得多。

在本发明的范围内，转速调节器回引的出口信号与一个系数相乘。当然，此反馈不应选择得太强，因为要不然通过同样反馈的大体恒定的驱动力矩平均值会发生转速额定值的激烈减小，转速调节器本身因而在实现具有PI特性的转速调节器时不再能持续地将驱动轴加速到调整好的转速额定值。因为另一方面无论对于调节器进口信号还是对于其出口信号均提供一个预先规定的电压范围，例如-10V至+10V，其中的极限值分别对应于在前进和后退航行时的最大转速，或对应于最大电动机扭矩，所以为了调整为最佳程度的反馈，这两个信号水平的乘法调整是必不可少的。

倍增系数可在0.01％与5％之间，优选地在0.1％与3.0％之间，尤其在0.15％与2％之间。在这种情况下当然涉及很小的负反馈，因为如上面已提及的那样，负载变换所需要的大部分能量已可来自电动机转子、螺旋桨和驱动轴的惯性矩并可分别重新回授给它们。

通过在这里采用本发明给予转速波动一定自由度，传动链可有利地用作蓄能器，它类似于电源中的辅助电容器，有助于平整驱动设备从供电网消耗的能量。因此小的负反馈导致明显的结果，即，基本上平整了驱动电机施加的扭矩，不会由此引起与预选的额定值之间留下大的调节误差。

为了确定负反馈的程度，业已证明可靠的调整是，在额定负载时静态调节误差约在0.2％与2％之间。在这里，尽管进行调节器出口信号的负反馈，但并不影响调节质量，尤其不影响在转速额定值改变时的动力特性。

本发明优选的补偿方法采用估计的驱动装置平均负载作为起始参数，并试图通过数学归纳航程参数，确定期待的静态调节误差，以及通过相应地互相调整转速额定值加以补偿。

在许多情况下，尤其也在船舶的螺旋桨驱动装置中，受控系统有至少近似的已知特性。尤其是静态平均负载力矩按一条特征曲线可由静态的转速实际值得出。例如在螺旋桨驱动装置中，驱动扭矩随转速实际值大体成平方关系增加。因此当转速实际值应等于一个规定的转速额定值时，由此特征曲线可近似确定扭矩，它在静态大体与调节器出口信号成比例，所以也可确定反馈信号的平均值并因而可以确定留下的调节误差。这一调节误差加入额定值，优选地相加，因此在加入预先算出的调节误差时，作为转速实际值得出的正是理想的转速额定值。

由于减小了振幅，所以可以取消对由有限元方法算出的临界点区域内的船体进行昂贵的增强。由此导致有重要意义的减少计算和设计费用以及显著地节省材料和缩短装配时间。

用于抑制由于船用螺旋桨4旋转时的不均匀性在船体内造成振动的过滤装置，也可以采用传统的低通滤波器。在这里，相宜地可根据螺旋桨轴17的转速来跟踪低通滤波器的极限频率。

由此应达到也能在低的螺旋桨转速时抑制低频成分，而同时不会由此影响高转速时的调节动力特性。船用螺旋桨4的转速总还是要经过两个以上十的幂。固定的极限频率有时候是不够的。为了实现这种低通滤波器，提供一种数字化解决方案，其中滤波借助于具有恰当极限频率的褶积函数(Faltungs-funktion)实施。

取代在频率范围内滤波，也可以通过在幅度范围内过滤来抑制波动性。在图3中示意表示了没有经过过滤在PI调节器10出口处原生的信号。如图所示该信号由静态成分和已多次提及的叠加在静态成分上的波动性组成。

所述过滤可借助于微处理机和包含在其中的程序确定下极限39实现，该下极限处于波动性的振幅波谷的下面。与此下极限39相适应地确定上极限40，它表示离波动性的波峰有一定安全距离。若此输入的信号位于这两个界限39和40之间，则一个事先确定的平均值，例如在界限39和40之间的中值，被进一步传递给控制器进口12。只有在由于调整操纵杆1达到一个超过极限或界限39、40之一的较大偏差时，才实施适当的再调整。

这种幅度选择能特别简单地在微处理机上实现。但也可以为此充分利用一条非线性的增益特性曲线，这种特性曲线例如二极管所显示的那样。这样一种幅度选择器相宜地可装在相加节点9与比例调节器33进口之间。

基于非线性的传递特性，当通过大信号时所述波动性被抑制在零附近。

图4表示本发明船舶推进系统经大大简化后的方框图，其中设有第二过滤装置41，它用于使调整装置和螺旋桨电动机形成的可能的动力特性适应于船用螺旋桨4可能并允许的推进动力特性。由此在加速过程中抑制在船用螺旋桨上的空泡现象。

在此方框图中所出现的前面已说明过的功能部件，在这里将不再重新说明，而且这些功能部件仍采用前面那些图中的符号。为了简化图示，图4中未示出第一过滤装置和补偿电路。

属于图4所示船舶推进系统的第二过滤装置41的有一加速发生器42。该加速发生器42处于连接导线7内，后者将操纵杆1与相加节点9的额定值进口8连接起来。因此，第二过滤装置41处于指令参数通道内。

此外第二过滤装置41的组成部件还包括一特征曲线发生器43，它通过导线45与加速发生器42的控制器进口44连接。特征曲线发生器43进口侧与电路组件46出口连接，该电路组件46在进口侧由连接导线13获得转速信号，它用于产生转速信号的量值。

第二过滤装置41的用途是，将例如来自操纵杆1的额定值信号的变化速度限制为这样的值，即，此值可保证船用螺旋桨既不打泡沫也没有空泡倾向。无论操纵杆1朝加速方向调整得有多快，在加法环节9相应进口处的额定值只以较低的速度变化。

这种过滤装置可优选地制成以微处理机为基础。为了达到期望的限制，可例如对来自操纵杆1的信号进行微分，按特征曲线发生器43对其限制并接着重新积分，以获得基本信号，但现在此基本信号按上升速度(Anstieg-geschwindigkeit)改变。

因此特征曲线发生器43获得一个取决于转速的信号，因为对于变化速度的限制，亦即加速时间，取决于船用螺旋桨4的转速。螺旋桨轴17的实际转速值用作自适应式特征曲线发生器43的指令参数，并因而间接地作为用于进一步传递给调节装置2的额定值信号上升速度的指令参数。

图5表示第二过滤装置41特征曲线的变化过程。由图可以看出，此特征曲线是连续的，亦即没有阶跃并用一条折线近似。用于正常工作的特征曲线47由三段48、49和50组成，它们按船用螺旋桨4的实际转速绘制。

在图示的实施方式中，低实际转速范围48从0延伸到46转/min/(约1/3的额定转速)，中间的实际转速范围49从46延伸到70转/min(约二分之一的额定值转速)，以及高实际转速范围47从70延伸到150转/min(至最大转速)。

由图5可见，在用于自适应式加速发生器42的特征曲线发生器43中，对于螺旋桨电动机3例如对应于0与1/3额定转速范围的低实际转速范围48，规定一个恒定的短促加速时间(s/转/min)。螺旋桨电动机3以及船用螺旋桨4可在此操纵范围内以高动力特性工作。

对于在图5中螺旋桨电动机3大体处于1/3与二分之一额定转速之间的中间实际转速范围49，加速时间以一比较小的坡度增大。在此中间实际转速范围49的两个界限之间，自适应式加速发生器42的特征曲线发生器43过渡到相应于螺旋桨电动机3较高的实际转速范围50的航行模式。在那里，加速时间随螺旋桨电动机3实际转速的增加，以比中间实际转速范围49更大的坡度上升。在这种情况下第二过滤装置41的特征曲线发生器43分配一个更长的加速时间。此取决于转速的加速时间可使螺旋桨电动机3无电流限制地均匀加速。由此得到如图6所示的连续的船舶加速度。此加速度曲线没有下凹冒落处。

对于制动过程比较有利的是，可在第二过滤装置41中规定一个恒定的回程时间，例如可以为0.2s/转/min。

通过设计特征曲线47，螺旋桨电动机3的加速度并因而船用螺旋桨4的加速度可以自由调整。从流体力学的角度看在这种情况下带来突出的优点，即，通过最佳地调整在较高转速范围或航行模式47内的加速度，可有利地影响船用螺旋桨4的工作点。因此船用螺旋桨4的工作点即使在加速时也能摆脱有不希望的或甚至有害的空泡的区域。这是一个在经济性方面重要的优点，因为船用螺旋桨4上的空泡导致严重的噪声，它们尤其显著降低特别是客轮、科研考察船和军用船舶的使用价值。

在第二过滤装置41的特征曲线发生器43中可以储存加速时间的不同特征曲线。例如在图5中局部用虚线表示应急操纵的特征曲线51，它与正常工作的特征曲线47不同。通过例如借助于操纵一个在特征曲线发生器43上的按钮接通应急操纵的特征曲线51，可以释放更快的加速度。因此，采用按本发明的驱动装置驱动的船舶，到船舶最高速度的加速时间可例如减少到一半，在这种情况下应急操纵的特征曲线51仅考虑技术上限定的极限值。反之例如在特征曲线47的设计中涉及另一些观点，其中，在设计此特征曲线时通常在船舶足够的操纵性与整个机器设备特殊的航行方式之间选择一种妥协办法。可以在不同的目标功能方面如最小燃料消耗量、最少时间消耗、船舶的高可操纵性等方面进行优化。

在第二过滤装置41的特征曲线发生器43中，特征曲线47的区段48另一种可供选择的变化过程是略有坡度，但此坡度小于区段49的坡度。

还可设想，在特征曲线发生器43中特征曲线随螺旋桨电动机3转速增加可二次方地上升并除此之外按一恒定的偏置略加提升，以便在螺旋桨电动机3低转速时有一短促的加速时间。另一种可选择的方案是可以取消第二过滤装置的电路组件46并且可将特征曲线发生器43扩展一个负的螺旋桨电动机的转速范围。

如果一艘船舶配备两个上述按本发明的驱动装置，则借助自适应的加速发生器42可控制在螺旋桨电动机3的两根螺旋桨轴17之间的负载分配。其中负载量较低的螺旋桨轴17比负载量较高的螺旋桨轴17有低一些的实际转速。在较高的实际转速范围50内，亦即在一台螺旋桨电动机3或多台螺旋桨电动机3的航行模式的区域内，有较低转速实际值的自适应式加速发生器42加速得始终快于有较高转速实际值的自适应式加速发生器42。基于此特性，在船舶加速过程中，在两根螺旋桨轴17之间可以说是自动调整为有一均匀的负荷分配。因此，在加速过程中达到高度的航向稳定性。

通过本发明驱动装置的第二过滤装置41的这种特性，可以在稳定的负载力矩的情况下提供一个可确定的加速力矩。这一可确定的加速力矩在航行模式区域内，亦即在螺旋桨电动机3较高实际转速范围47的区域内一定程度上保持为常数，并因而没有一时不必要的高值。因此与上面已说明的第一过滤装置以及第二过滤装置41的跟踪随动配合作用，尤其防止了船用螺旋桨1导致空泡或打泡沫的倾向。

通过转速调节器跟踪包含在第二过滤装置41中的加速发生器42所适用的电路，在先有技术中是已知的。为了简化在附图中没有表示它们。

图7表示本发明船舶推进系统一个大大简化后的方框图，其中设有第三过滤装置55，它用于使由调整装置和螺旋桨电动机组成的可能的动力特性适应于发电机设备可能和允许的动力特性。由此在加速和制动过程中抑制了船舶电网内的电压和/或频率波动。

在此方框图中所出现的前面已说明过的功能部件，在这里将不再重新说明，而且对这些功能部件仍采用前面那些图中的符号。为了简化图示，图7中没有示出第一和第二过滤装置以及补偿电路。

船舶电网5由具有四台柴油发电机57…61的柴油发电机设备56供电。这些发电机通常是三相同步发电机。

第三过滤装置包括一限制电路62，它位于调节器10出口与调整装置6控制器进口12之间。

限制电路62的作用是，根据幅度释放调节器10出口信号的较大或较小值，或限制过快的上升速度。限制电路62有两个控制器进口63和64，它们分别与上极限值级65和下极限值级66连接。该上、下极限值级通过控制器进口63和64确定信号向上或向下可以什么样的速度改变，此外它们还有确定幅度窗口的性质。

只要调节器10出口信号的变化在幅度方面在此窗口内运动，则变化速度不受限制电路62影响。该限制电路62只有在调节器10的出口信号在幅度方面的改变大于由两个极限级65和66所确定的窗口时才起作用。

由两个极限值级65和66确定的幅度窗口的中心和大小不是一成不变的，因此这两个极限值级65和66具有控制器进口67、69。该控制器进口67、69与有两个控制器进口73和74的一个特征曲线发生器72的一个出口连接，通过这些进口73和74确定加速时间和回程时间。进口74通过相应的导线与控制器进口12连接并因此获得一个有关进入调整装置6内的指令参数瞬时值的信息。

进口73与另一个特征曲线发生器75的出口连接，在此发生器中一方面输入如来自电路组件45的转速信号的量，另一方面输入来自逻辑电路76的控制信号。逻辑电路76通过控制导线77与开关78、79、81和82相连，通过这些开关接通船舶电网5上的各发电机57、58、59、61。特征曲线发生器75确定加速发生器72的加速时间和回程时间。

同样通过两个极限值级65和66确定的幅度窗口的大小也不是一成不变的，因此这两个极限值级65和66具有控制器进口98、99。该控制器进口98、99与另一个特征曲线发生器97的出口连接，在此发生器中一方面输入如来自上面已说明的电路组件45的转速信号的量值，另一方面输入如由上面已说明的逻辑电路76提供的控制信号。

极限值级65相宜地是一个加法器，而极限值级66是一个减法器。加速发生器72的出口反映构成扭矩的进入调整装置6控制器进口1 2的控制信号的稳态。特征曲线发生器97的出口反映构成扭矩的进入调整装置6控制器进口12的控制信号相对于稳态在该工作点允许的最大信号阶跃。

因此第三过滤装置55可以确定调整装置6的额定值信号，进而可确定一台或多台螺旋桨电动机3的转速可允许的变化速度，确切地说可根据螺旋桨电动机3的转速、在船舶电网上接通的柴油发电机数量和负载求出该速度变化。

结合极限值级65和66实现随时间的改变，亦即对信号变化速度施加影响，但只是在信号改变超过在极限值级内确定的量时才进行。如此构成的窗口也取决于接入船舶电网5的柴油发电机57…61的数量、螺旋桨电动机3的转速以及调整装置6控制信号的大小。

以此方式将由一台或多台螺旋桨电动机3消耗的功率随时间的改变速度，限制为柴油机发电机57…61的柴油机驱动装置和/或同步发电机的场激励能跟随的值，从而不会导致在船舶电网5内过高的电压波动和/或频率波动。

为了保持船舶能良好操纵并且也绝对不出现调节振荡，在进口12处控制信号瞬时值附近的信号幅度范围当然要不受上升或下降速度限制的影响。要不然存在这种危险，即，通过调节驱动装置引起的瞬时值的改变基于限制变化速度，导致调节振荡并因而导致在驱动装置内发生脉动。

因此借助第三过滤装置规定进入控制器进口12中的指令参数的加速时间和回程时间。在确定这些时间时要考虑柴油发电机设备的柴油机随时间允许的加载和卸载。为了考虑到这些，在第三过滤装置55内确定的加速和回程时间相对于螺旋桨电动机3转速值成比例改变。这些时间必要时还根据发电机设备的柴油机当时的负载改变。

图8表示一特征曲线83，当在船舶电网5上只接通唯一的一台柴油发电机时，此特征曲线借助特征曲线发生器75实现。

可以看出，在螺旋桨电动机的低转速范围(此转速范围大体对应于一个在约1/3额定转速结束的操纵范围)内，确定了一个最短的加速和回程时间(水平直线段)。此加速和回程时间取决于接入的柴油发电机的同步电机无功功率输出允许的随时间的改变。随着螺旋桨电动机3转速的增加，变化速度下降，也就是说，发电机设备的柴油机的功率消耗或输出可在此期间改变的允许的时间变长，在图8中可看出曲线83上升的分段。

若两台柴油发电机向船舶电网5供电，则采用曲线84。如图8所示，这些曲线位于曲线83下方，也就是说，不仅在曲线的水平部分而且在上升部分均可能是更快的功率改变。

若接通更多台发电机，例如对于三台或四台同时接入的柴油发电机57…61，则适用曲线85或86。

当然在任何情况下都不恰当的是，一开始航行就接入全部柴油发电机57…61。当柴油发电机57…61顺序接通，亦即根据螺旋桨电动机3的转速，换句话说根据船舶驱动装置消耗的总功率接通时，就得出如图9所示的允许的功率随时间改变的过程。

包括用符号87表示的左上升分段在内的左水平段，对应于只用两台柴油发电机的曲线84中相应的部分。从对应于一个相应的功率消耗量的某一个转速起，接通第三台柴油发电机，于是由曲线88确定功率消耗随时间的改变，曲线87阶跃地过渡到此曲线88中。最后，当消耗的功率更大时，再接通第四台柴油发电机，因此可按曲线89实施功率改变。

指令参数允许的随时间的改变，如其在进口12处出现的那样有一种大体上锯齿形的变化过程，并且通过接通柴油发电机，在高功率区也近似保持为一个对应于只用两台有效的柴油发电机来运行的值。

在准稳态，调节器10必须有能力使进一步有待传给调整装置6的额定值不受任何限制。要不然如上面已提及的那样会在螺旋桨电动机3中形成大的振荡，这种振荡会促使船舶内机械振动。此外它们可能在船用螺旋桨4上促成或引发空泡。因此，对于随时间的变化速度的限制在上述幅度窗口内变得无效。

当幅度改变与所述变化速度无关地保持在此窗口内部时，第三过滤装置55不起作用。由于调节器10并因而还有调整装置6对此区域以其全部动力特性工作，所以可能在船舶电网5内导致电压波动，这是因为柴油发电机设备56同步发电机的励磁不能足够快地跟随。前面已提及作为变频器或变流器工作的调整装置6产生无功电流，它导致基于同步发电机电抗的电压波动。因此，将窗口的大小调整为，使由于功率改变造成的且流入船舶电网内的无功电流在接入的发电机的电抗上产生电压降，该电压降在任何情况下均处于船舶电网5允许的电压公差内。在允许的船舶电网5电压公差范围内非常快速的电压波动对船舶电网的运行是无关紧要的。

窗口下边缘或上边缘离控制器进口12处额定值的瞬时值的距离是螺旋桨电动机3转速值的函数，因为在船舶电网方面的功率因素取决于该调整装置6的控制。此外，窗口的大小与柴油发电机设备56向船舶电网5供电的同步发电机的数量成比例。其原因在于在船舶电网内有较大的短路功率，这种短路功率又源于并联的同步发电机较小的电抗。

在图10中表示的控制器进口12处额定值窗口的变化范围针对这种情况，即螺旋桨电动机3的耗用电流与转速无关。在两个曲线段91之间确定的最小窗口适用于在船舶电网上只有一台柴油发电机的情况。对应于两条曲线92的略大一些的窗口在两台柴油发电机的情况下得出，而相应于在三台柴油发电机时的位于两条曲线93之间的窗口，当总共有四台柴油发电机向船舶电网5供电时，就扩展成一个相应于由最外面两条曲线94限定的窗口。

图11示意表示当驱动功率根据螺旋桨电动机3的转速改变时窗口的宽度。窗口的宽度由两条虚线表示的曲线95代表。

这些曲线起始于接入两台柴油发电机的较低转速时。在来自左边的第一个阶跃点，又接入一台柴油发电机工作，而在第二阶跃点的右边则有四台柴油发电机同时工作。

此外相宜的是，在控制器进口12处额定值的加速和回程时间，根据将电能供给船舶电网的柴油发电机设备的运行状态改变，在这种情况下柴油发电机设备中不同的柴油发电机可能处于不同的运行状态。

将第三过滤装置55专门设在调节器10出口处还可抑制过快的调节过程，该过快的调节过程并不是通过调整操纵杆1引起的，而是由于在船用螺旋桨4上的负载改变造成的。在操舵时或将舵移回零位时形成负载改变。该负载改变的结果是转速改变，转速改变必须调整并导致不同的功率消耗。调节器10本身是非常快速的，并且若不受第三过滤装置55的限制便会对船舶电网提出过高的要求。

显然，所说明的三个过滤装置可互相任意组合地使用。

上面以传统的电路原理图的形式表示了过滤装置和调节与控制电路，以便于理解。但不言而喻的是，在实际设计中，过滤装置和调节与控制电路主要以程序或程序段的形式实现。应用于实践中的具体实施方式不应理解成仅局限于图示方式，因为专业人员明白，例如过滤装置和调节器就可设计为数字程序。这种数字式的变换尤其在有长的时间常数或变化的时间常数的调节中是有利的。

由一个船舶电网和一个由该船舶电网供电的电推进系统组成的船舶推进系统，具有用于螺旋桨电动机的下属调节装置。螺旋桨电动机的转速通过一个上级调节器给定，该调节器的指令参数来自操纵杆。为了避免由于推进系统过高的动力特性影响船舶航行，设有一些过滤装置。

Claims (54)

1.一种用于具有一船舶电网(5)的船舶的船舶推进系统，它包括

-一个带有操纵杆(1)的操纵杆装置，该装置在其出口(7)输出一个与操纵杆(1)的位置对应的操纵杆信号；

-一个产生电能的电源(56)；

-一个电调整装置(6)，它具有一功率进口、一功率出口(19)和一个控制器进口(12)，其中功率进口与电源(5)连接；

-一个用于驱动船用螺旋桨(4)的螺旋桨电动机(3)，它与调整装置(6)的功率出口(19)相连；

-一个转速传感器(14)，它输出一个与船用螺旋桨(4)的转速相应的转速信号；

-一个调节装置(2)，它具有一调节器出口(11)、一额定值进口(8)和一实际值进口(13)，其中在额定值进口(8)输入操纵杆信号和在实际值进口(13)输入转速信号，并且调节器出口(11)与调整装置(6)的控制器进口(12)连接；

-一些过滤装置(2、36、41、55)，它们用于抑制对船舶航行造成影响的调整装置(6)输给螺旋桨电动机(3)的电能瞬时值随时间的改变。

2.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述瞬时值是直流电压值或交流电压有效值。

3.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述瞬时值是交流电压的频率。

4.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述干扰是船体内的振动，这些振动是由于螺旋桨电动机(3)的扭矩波动引起的。

5.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述干扰是在船舶电网(5)内的电压升高或频率波动，它们是由于操纵杆(1)在朝螺旋桨电动机(3)转速减小的方向过快调整时引起的。

6.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述干扰是在船舶电网(5)的电压升高、电压降落或频率波动，它们是由于螺旋桨(4)上的负载变化引起的，负载变化的原因在于舵的运动、螺旋桨螺距改变、或当船舶有另一些传动链时另一条传动链的转速改变。

7.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述干扰是由于船用螺旋桨(4)的动力特性取决于航速的变化形成的。

8.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述过滤装置(2、36、41、55)包括第一过滤装置，它设置成用于当幅度波动的频率超过规定的极限和/或幅度波动的幅度低于规定的极限时，抑制在控制器进口(12)处信号的幅度波动。

9.按照权利要求8所述的船舶推进系统，其特征为：第一过滤装置是幅度选择器。

10.按照权利要求8所述的船舶推进系统，其特征为：第一过滤装置是滤波器。

11.按照权利要求8所述的船舶推进系统，其特征为：第一过滤装置连接在实际值进口(17)上游，使实际值信号通过此第一过滤装置输入。

12.按照权利要求8所述的船舶推进系统，其特征为：第一过滤装置设在调节器出口(11)与控制器进口(12)之间。

13.按照权利要求8所述的船舶推进系统，其特征为：第一过滤装置(36)组合在调节装置(2)内。

14.按照权利要求8所述的船舶推进系统，其特征为：第一过滤装置设计为自适应的，当时的过滤装置特征值取决于船用螺旋桨(4)的转速。

15.按照权利要求8所述的船舶推进系统，其特征为：第一过滤装置具有一个过滤装置控制器进口，转速信号输入其中。

16.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调节装置(2)具有比例积分调节特性。

17.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调节装置(2)和/或第一过滤装置设计为数字式或模拟式或模/数混合式工作。

18.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调节装置(2)和/或过滤装置以程序的形式在一个微处理机/微控制器内实现。

19.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调节装置(2)包含相互串联的一比例调节器(33)、一积分调节器(34)和一加法器(35)，其中比例调节器(33)的进口构成一个其中输入调节误差的进口，比例调节器(33)的出口与积分调节器(34)的进口相连，并且比例调节器(33)的出口和积分调节器(34)的出口与加法器(35)的进口相连，加法器的出口构成调节器出口并反馈到比例调节器(33)的进口。

20.按照权利要求19所述的船舶推进系统，其特征为：所述反馈器(19)调整为在额定负载时得出静态调节误差约为0.2％至2％。

21.按照权利要求20所述的船舶推进系统，其特征为：所述静态调节误差通过一个修正后的额定值n^*补偿。

22.按照权利要求21所述的船舶推进系统，其特征为：所述额定值补偿nL^*根据估计的负载进行。

23.按照权利要求22所述的船舶推进系统，其特征为：所述负载根据未经补偿的转速额定值或尤其是转速实际值按特征曲线确定。

24.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调整装置(6)设计为调节器，它的额定值进口构成调整装置(6)的控制器进口(12)。

25.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调整装置(6)在其功率出口(19)输出一直流电压，它的值取决于操纵杆(1)的位置。

26.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调整装置(6)在其功率出口(19)输出一交流电压，它的频率取决于操纵杆(1)的位置。

27.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述调整装置(6)设计为，通过控制器进口(12)处的信号调整调整装置(6)输给螺旋桨电动机(3)的电流。

28.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述过滤装置(41)包括第二过滤装置(41)，它设计为受控制的加速发生器，加速发生器作为一条特征曲线(47)的函数优选地根据螺旋桨电动机(3)的转速确定加速时间，在此加速时间内螺旋桨电动机(3)的转速朝加速的方向跟随操纵杆(1)的调整。

29.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：所述特征曲线(47)是一条连续的曲线，连续的含意是指该特征曲线(47)没有阶跃。

30.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：第二过滤装置(41)位于操纵杆(1)与调节装置(2)的额定值进口(8)之间。

31.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：第二过滤装置(41)有控制器进口(44)，转速信号输入其中。

32.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：在0与约1/3额定转速之间的转速范围(48)内，加速时间为常数且短促，或略有增加且短促。

33.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：对于高于1/4优选地高于1/3额定转速的螺旋桨电动机(3)的转速范围(49)，加速时间随螺旋桨电动机(3)的转速显著增加。

34.按照权利要求33所述的船舶推进系统，其特征为：对于在1/2额定值转速以上的螺旋桨电动机(3)的高转速范围(50)，加速时间随螺旋桨电动机(3)的转速的增加比在此以下的转速范围时更加强烈。

35.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：第二过滤装置(41)设计为数字式或模拟式或数/模混合式工作。

36.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：在第二过滤装置(41)中规定的回程时间，在至1/4优选地1/3额定转速的螺旋桨电动机(3)的转速范围(48、49)内，等于或短于取决于转速的加速时间，而尤其在接着的螺旋桨电动机(3)的转速范围(50)内比取决于转速的加速时间短得多。

37.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：在第二过滤装置(41)中规定的回程时间是常数，或随着螺旋桨电动机的转速下降而缩短。

38.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：在第二过滤装置(41)中规定的回程时间是连续的，连续的含意是指它没有阶跃。

39.按照权利要求28所述的船舶推进系统，其特征为：在第二过滤装置(41)中规定的回程时间约为0.2s/转/min。

40.按照权利要求1所述的船舶推进系统，其特征为：所述过滤装置(2、36、41、55)包括第三个过滤装置(55)，它限制螺旋桨电动机(3)所消耗功率的变化速度。

41.按照权利要求40所述的船舶推进系统，其特征为：第三过滤装置(55)设置用于，在考虑到极限值的情况下限制电调整装置(6)的调节装置(2)出口参数改变的速度，所述极限值取决于将电能输入船舶电网(5)的电源(56)。

42.按照权利要求40所述的船舶推进系统，其特征为：第三过滤装置(55)设计为，它将出口参数沿其中一个方向的改变速度，亦即称为加速时间或加速的改变速度，限制为与出口参数沿另一个方向的改变速度，亦即称为回程时间或回程的改变速度不同的值。

43.按照权利要求42所述的船舶推进系统，其特征为：由第三过滤装置(55)限制的至少或者加速时间的值或者回程时间的值，能随螺旋桨电动机(3)实际转速值的改变同向地改变，优选地正比于此实际转速值改变。

44.按照权利要求41所述的船舶推进系统，其特征为：在螺旋桨电动机(3)或船用螺旋桨(4)的低转速范围内，由第三过滤装置(55)规定的加速时间和回程时间，与输给船舶电网(5)的电源(56)无功功率输出允许的随时间的改变相协调。

45.按照权利要求41所述的船舶推进系统，其特征为：所述电源具有至少两台发电机(57…61)；以及，由第三过滤装置(55)规定的加速时间和回程时间，可随有效发电机的数量和/或结构尺寸的改变反向地改变，优选地反比于有效发电机的数量和/或结构尺寸改变。

46.按照权利要求41所述的船舶推进系统，其特征为：由第三过滤装置(55)规定的加速时间和/或回程时间，可根据电源(56)的工作状态改变。

47.按照权利要求41所述的船舶推进系统，其特征为：第三过滤装置(55)设计为实现一个窗口，在此窗口内加速时间和/或回程时间的限制是无效的。

48.按照权利要求47所述的船舶推进系统，其特征为：窗口的位置至少在调节装置(2)出口参数的一个范围内相对于此出口参数基本对称，使得在沿两个方向有大体相同改变速度的情况下产生限制。

49.按照权利要求47所述的船舶推进系统，其特征为：为实现此窗口，调节装置的出口信号被引回第三过滤装置(55)的控制器进口(74)。

50.按照权利要求47所述的船舶推进系统，其特征为：可以调整窗口的尺寸，使得船舶电网方面由螺旋桨电动机(3)消耗功率的改变速度造成的无功电流，在电源(56)优选地在同步发电机的一个电抗处产生电压降，此电压降处于船舶电网(5)允许的电压公差范围内。

51.按照权利要求47所述的船舶推进系统，其特征为：所述电源(56)具有至少两台发电机(57…61)；以及，窗口的尺寸随有效发电机(57…61)的数量增大。

52.按照权利要求41所述的船舶推进系统，其特征为：电流额定值的加速时间和回程时间随螺旋桨电动机(3)实际转速值的改变同向地改变，优选正比于此实际转速值改变。

53.按照权利要求41所述的船舶推进系统，其特征为：电流额定值的加速时间和回程时间，反比于将电能输入船舶电网的发电机(57…61)的数量和结构尺寸改变。

54.按照权利要求41所述的船舶推进系统，其特征为：第三过滤装置(55)设计为以微处理机为基础地或模拟式或数/模混合式地工作。

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