Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere U-Boote Die Erfindung
betrifft einen Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere U-Boote, mit
einer Serien-Parallel-Schaltung mehrerer Batterien.DC drive for watercraft, especially submarines. The invention
relates to a direct current drive for watercraft, in particular submarines, with
a series-parallel connection of several batteries.
Gleichstromantriebe werden wegen ihrer guten Regelbarkeit oft verwendet.
Da die Regelung der Drehzahl jedoch durch Ankerspannungsänderungen erfolgt, treten
bei besonderen Anforderungen an eine Drehzahlregelung dann Schwierigkeiten auf,
wenn nur eine konstante Gleichspannung, also z. B. aus Batterien, zur Verfügung
steht. Eine stufenweise Änderung der dem Gleichstromantrieb zugeführten Spannung
ist insofern möglich, als eine Serien-Parallel-Schaltung aus mehreren Batterien
vorgesehen werden kann, die dann stufenweise je nach der gewünschten Teilspannung
zusammengeschaltet werden. Bei kleineren Teilspannungen werden entsprechende Parallelschaltungen
vorgenommen, um ein gleichmäßiges Entladen der Batterien zu erreichen.DC drives are often used because of their good controllability. However, since the speed is controlled by changes in the armature voltage, difficulties arise when there are special requirements for speed control when only a constant DC voltage, e.g. B. from batteries is available. A step-by-step change in the voltage supplied to the direct current drive is possible insofar as a series-parallel connection of several batteries can be provided, which are then connected together in steps depending on the desired partial voltage. Corresponding parallel connections are made for smaller partial voltages in order to ensure that the batteries are discharged evenly.
Es ist bei Fahrzeugen bekannt, in den Hauptstromkreis einer Gleichspannungsquelle,
an die ein Gleichstromantriebsmotor angeschlossen ist, einen steuerbaren Halbleiter
zu schalten und mit diesem den Motor im Sinne einer Drehzahlsteuerung zu steuern.
Der steuerbare Halbleiter liegt dabei immer an der vollen Spannung der Gleichspannungsquelle,
die selbst keine Abgriffe für verschiedene, jeweils benötigte Spannungen aufweist.
Der steuerbare Halbleiter muß deshalb für die volle Nennspannung der Gleichspannungsquelle
ausgelegt sein, und eine Spannungssteuerung muß den ganzen Spannungsbereich erfassen.
Dies erfordert noch einen relativ hohen technischen und wirtschaftlichen Aufwand.It is known in vehicles, in the main circuit of a DC voltage source,
to which a DC drive motor is connected, a controllable semiconductor
to switch and with this to control the motor in the sense of a speed control.
The controllable semiconductor is always connected to the full voltage of the DC voltage source,
which itself has no taps for the various voltages required in each case.
The controllable semiconductor must therefore for the full nominal voltage of the DC voltage source
be designed, and a voltage control must cover the entire voltage range.
This still requires a relatively high technical and economic effort.
Bei einer Drehzahlregelung mit Hilfe von Widerständen ergeben sich
zwangläufig zusätzliche Verluste, und außerdem ist die spannungsregelnde Wirkung
stark von der augenblicklichen Belastung abhängig. Das Anzapfen einzelner Batterien
bzw. auch von Batteriezellen bedeutet jeweils eine verschieden starke Entladung,
die bei einer Ladung nur schwer auszugleichen ist.In the case of speed control with the aid of resistors, the result is
inevitably additional losses, and also the voltage regulating effect
strongly dependent on the current load. Tapping individual batteries
or also of battery cells each means a different level of discharge,
which is difficult to compensate for one charge.
In vielen Anwendungsfällen ist die erzielbare kleinste Teilspannung
bei einer Batteriespeisung von Gleichstrommotoren noch nicht klein genug, um die
manchmal erforderliche niedrige Drehzahl einzuregeln. Andererseits ist der für die
Serien-Parallel-Schaltung einer größeren Anzahl von Batterien erforderliche Schaltungsaufwand
oft nicht vertretbar, was nicht nur wirtschaftliche Gründe hat, sondern auch dann
undurchführbar ist, wenn wenig Platz zur Verfügung steht oder das Gesamtgewicht
niedrig gehalten werden muß. Oft fallen die beiden letztgenannten Bedingungen sogar
zusammen. Dies ist vor allem bei U-Booten der Fall, die im wesentlichen für eine
militärische Anwendung dienen und bei denen es darauf ankommt, die optimal erzielbaren
Verhältnisse nicht durch großen Raum- und Gewichtsaufwand zu beeinträchtigen. Gerade
hierbei scheiden solche Möglichkeiten einer Drehzahlregelung des Antriebes aus,
die bei Nichtvorliegen dieser Bedingungen durchführbar wären.In many applications, this is the smallest partial voltage that can be achieved
with battery-powered DC motors not yet small enough to handle the
to regulate the required low speed sometimes. On the other hand, it's for them
Series-parallel connection of a larger number of batteries required circuit complexity
often not justifiable, which not only has economic reasons, but also then
is impracticable if there is little space available or the total weight
must be kept low. Often the latter two conditions even fall
together. This is especially the case with submarines, which are essentially for a
Serve military application and where it is important, the optimally achievable
Not to impair conditions by taking up large amounts of space and weight. Just
such possibilities of speed control of the drive are ruled out here,
which would be feasible if these conditions were not met.
Die Erfindung, schafft eine vorteilhafte Möglichkeit zur Drehzahlregelung
eines Gleichstromantriebes für Wasserfahrzeuge, insbesondere für U-Boote, dessen
Antriebsgleichstrommotor durch eine Serien-Parallel-Schaltung von Batterien gespeist
wird. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Steuerung der kleinsten, durch die
Serien-Parallel-Schaltung erzielbaren Teil-Gleichspannung im Ankerstromkreis des
Gleichstrommotors einen an sich bekannten steuerbaren Halbleiter vorzusehen. Es
wird in den meisten Fällen ausreichen, den steuerbaren Halbleiter für diese kleinste
Teilspannung auszulegen, obwohl es auch denkbar wäre, die Summenspannung oder eine
Teil-Summenspannung aller zur Verfügung stehenden Batterien auf diese Art und Weise
zu steuern.The invention creates an advantageous possibility for speed control
a direct current drive for watercraft, especially for submarines, its
Drive DC motor powered by a series-parallel connection of batteries
will. According to the invention it is proposed to control the smallest, by the
Series-parallel connection achievable partial DC voltage in the armature circuit of the
DC motor to provide a known controllable semiconductor. It
In most cases, the controllable semiconductor will be sufficient for this smallest
Partial voltage to be interpreted, although it would also be conceivable to use the total voltage or a
Partial total voltage of all available batteries in this way
to control.
Vorteilhaft wird außerdem ein Schalter vorgesehen, der den steuerbaren
Halbleiter nur dann an Spannung legt, wenn die Serien-Parallel-Schaltung die kleinste
Teil-Gleichspannung eingeschaltet hat.It is also advantageous to provide a switch that controls the controllable
Semiconductors only apply voltage when the series-parallel circuit is the smallest
Partial DC voltage has switched on.
Die Zeichnung zeigt die Schaltung eines Antriebes, in dem die Erfindung
Verwendung findet. Im allgemeinen wird nur ein Antriebsmotor verwendet, hier sind
jedoch zwei Antriebsmotoren vorgesehen, die ebenfalls in Serien-Parallel-Schaltung
betrieben werden, was eine bessere Leistungs- und Drehzahlabstufung des Antriebes
ermöglicht.
Als Gleichspannungsquellen dienen zwei Batterien
10 und 11, deren Umschaltung mit Hilfe der Serien-Parallel-Schalter
12 und 13 erfolgt. Auch die beiden Antriebsmotoren 14 und 15 sind
so geschaltet, daß sie durch entsprechendes Schalten der Umschalter16 und
17 in Serie oder parallel betrieben werden können. Die Drehrichtung der Antriebsmotoren
14 und 15 wird durch einen Drehrichtungsschalter 18
vorgegeben, der
die Umpolung der anliegenden Gleichspannuno, vornimmt. Erfindungsgemäß ist in den
Ankerstromkreis ein steuerbarer Halbleiter 19
eingeschaltet, mit dessen Hilfe
die Gleichspannuno, nahezu verlustlos -esteuert werden kann. Die hierzu gehörende
Steuereinrichtung ist nicht weiter beschrieben, da sie nicht eigentlich zur Erfindung
gehört. Dem steuerbaren Halbleiter 19 ist ein Schalter 20 zugeordnet, der
den steuerbaren Halbleiter 19 von der Gleichspannung abtrennt und zugleich
den Hauptstromkreis schließt.The drawing shows the circuit of a drive in which the invention is used. In general, only one drive motor is used, but here two drive motors are provided, which are also operated in series-parallel connection, which enables better performance and speed grading of the drive. Two batteries 10 and 11 are used as DC voltage sources, the switching of which takes place with the aid of the series-parallel switches 12 and 13 . The two drive motors 14 and 15 are also switched in such a way that they can be operated in series or in parallel by switching the changeover switches 16 and 17 accordingly. The direction of rotation of the drive motors 14 and 15 is specified by a direction of rotation switch 18 , which reverses the polarity of the applied DC voltage. According to the invention, a controllable semiconductor 19 is switched into the armature circuit, with the aid of which the DC voltage can be controlled almost without loss. The control device belonging to this is not described further since it does not actually belong to the invention. The controllable semiconductor 19 is assigned a switch 20 which separates the controllable semiconductor 19 from the DC voltage and at the same time closes the main circuit.
In vielen Fällen wird im unteren Drehzahlbereich als Antriebsmotor
zusätzlich ein Motor kleinerer Leistung vorgesehen. In diesem Fall ist die Erfindung
auch in der Art anzuwenden, daß nur die Speisung dieses zusätzlichen Antriebsmotors
über einen'stetierbaren Halbleiter erfolgt-.In many cases, the lower speed range is used as the drive motor
a motor with a lower output is also provided. In this case the invention is
also apply in such a way that only the supply of this additional drive motor
via a steady semiconductor.