DE2238364B2

DE2238364B2 - Elektrische Transmissionsanordnung

Info

Publication number: DE2238364B2
Application number: DE2238364A
Authority: DE
Inventors: F Shibata
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1971-08-06
Filing date: 1972-08-04
Publication date: 1980-07-24
Also published as: ES405835A1; GB1376772A; FR2148490B1; NL7210707A; DE2238364A1; DK140577B; DE2238364C3; IT961855B; FR2148490A1; US3754174A; DK140577C; SE375498B

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Transmissionsanordnung mit den im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Eine solche Transmissionsanordnung ist aus der DE-PS 2 36 328 bekannt.

Wenn die Antriebsmaschine, d. h. der Elektromotor dieser bekannten Transmissionsariordnung angetrieben wird, ohne daß die Ausgangswelle der Antriebsmaschine über die elektromagnetische Kupplung mit dem Verbraucher verbunden ist, kann die Antriebsmaschine bzw. der Elektromotor leicht und ohne die Last des Verbrauchers angefahren werden.

In der Übergangsphase vom Anfahren des Verbrauchers bis zu dessen normalen Lauf, nachdem die Antriebsmaschine bzw. Jer Elektromotor die normale Laufrichtung eingenommen hat, oder in der Übergangsphase von der normalen Laufrichtung des Verbrauchers zu dessen entgegengesetzter Laufrichtung unter Beibehaltung der ursprünglichen Laufrichtung der Antriebsmaschine muß der mit der elektromagnetischen Kupplung verbundene Elektromotor als Induktionsmotorbetrieben werden.

Wenn die elektrische Transmissionsanordnung aus einer elektromagnetischen Kupplung und einer sich tionsmotor oder einem Synchronmotor mit der Dämpferwicklung) unter der Bedingung eines Induktionsmotors während der vorstehend genannten Obergangsphasen betätigt wird, erfordert die sich drehende, ί elektrische Maschine einen hohen Wechselstrom, der von den elektrischen Ausgangsklemmen der elektromagnetischen Kupplung abgegeben werden muß. Da der Wert des Energiefaktors des erregenden Wechselstroms sehr klein ist fällt die Klemmenspannung der

ίο elektromagnetischen Kupplung beträchtlich, wenn der elektromagnetischen Kupplung während der Übergangsphase kein hoher Erregerstrom zugeführt wird. Die der elektromagnetischen Kupplung zuzuführende Erregerleistung ist während der Übergangsphase sehr groß. Sie steigt beispielsweise bis auf 150OkW, wenn eine elektrische Transmissionsanordnung mit !0 00OkW verwendet wird, um den Verbraucher von der normalen Laufrichtung in die entgegengesetzte Laufrichtung zu bringen, während die Antriebsmaschine mit der normalen Laufrichtung weiterläuft, oder um den Verbraucher aus dem Stillstand anzufahren. Wenn die Erregerleistung der elektromagnetischen Kupplung in einer solchen Höhe von einem Hilfsgenerator wie bei der Transmissionsanordnung gemäß der vorstehend erwähnten DE-PS abgegeben werden soll, muß die Kapazität des Hilfsgenerators sehr groß sein, wodurch die gesamte Anlage überaus teuer und kompliziert wird. Darüber hinaus würde der Wirkungsgrad der Anlage bei normalem Lauf stark sinken, da der Hilfsgenerator mit einer derartig großen Kapazität auch während des normalen Laufs des Verbrauchers ständig angetrieben werden muß.

Die Zeit, in welcher eine derartig große Erregerenergie für die elektromagnetische Kupplung erforderlich ist, ist verhältnismäßig kurz und beträgt beispielsweise 5 Sekunden. Wenn daher die große Erregerenergie der elektromagnetischen Kupplung von der Energie der die elektromagnetische Kupplung antreibenden Antriebsmaschine selbst abgezweigt werden kann, ist es weder

•to erforderlich, die Kapazität der Antriebsmaschine zu erhöhen, nocht notwendig, einen Hilfsgenerator mit großer Kapazität vorzusehen, da die während der Übergangsphase erforderliche Erregerenergie klein ist verglichen mit der Energie der Antriebsmaschine oder das Verhältnis von der während der Übergangsphase erforderlichen Erregerenergie zur Kapazität der Antriebsmaschine verhältnismäßig klein ist. Die Antriebsmaschine kann daher aufgrund der zugeführten Erregerenergie einer plötzlichen Überbelastung gerecht werden, wenn das Verhältnis von der vorübergehend zugeführten Erregerenergie zur Kapazität der Antriebsmaschine klein ist und beispielsweise wie bei dem vorstehenden Beispiel 1500 kW/10 000 kW = 0,15 beträgt, und wenn die Zeit für die Zufuhr der großen Erregerenergie sehr kurz, beispielsweise 5 Sekunden ist. Bei einer anderen bekannten elektromagnetischen Kupplung (GB-PS 5 53 192) ist das primäre Feldsystem der Kupplung mit einer zusätzlichen Kompensationswicklung versehen, die über einen Gleichrichter mit

w einem Strom gespeist wird, welcher dem Sekundärstrom der Kupplung proportional ist. Bei dieser bekannten Kupplung wird jedoch nur ein Stromtransformator als Kompensationstransformator verwendet, so daß eine getrennte Erregerquelle erforderlich ist.

b5 Es war daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine elektrische Transmissionsanordnung zu schaffen, bei welcher die in den Übergangsphasen CEcrcncrgicn ohne eine Über

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hohen

dimensionierung der vorhandenen Aggregate oder ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen erreicht werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen iväerkmale gelöst

Bei der elektrischen Transmissionsanordnung gemäß der Erfindung ist keine Hilfseinrichtung mit großer Kapazität für die Zufuhr eines Erregerstroms wahrend der Obergangsphase zur elektromagnetischen Kupplung erfc/derlich. Sie kann daher sehr einfach und billig hergestellt und wirksam betrieben werden.

Es ist zwar eine elektrische Steuereinrichtung für Induktionsmaschinen bekannt, die mit Gleichstrom-Kommutatormaschinen verbunden sind (US-PS 3 488 567), bei welcher ein Transformator und ein Gleichrichter-Umformer mit der Induktionsmaschine und Gleichstrom-Kommutatormaschine verbunden sind. Eine Wicklung des Transformators ist elektrisch mit der Feldwicklung der Gleichstrom-Kommutatormaschine über den Gleichrichter-Umformer verbunden. Diese bekannte Vorrichtung ist jedoch nicht in der Lage, die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe zu lösen, zumal dieser bekannten Vorrichtung kein Hinweis zu entnehmen ist, daß zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe die Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung elektrisch mit der Sekundärwicklung des Transformators über den Umformer verbunden und die Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung elektrisch mit der Primärwicklung des Transformators zu verbinden ist, wie dies beim Erfindungsgegenstand der Fall ist

Weitere vorteilhafte Abwandlungsformen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Teildarstellung einer Ausführungsform gemäß der Erfindung und

F i g. 2 eine schematische Darstellung der Transmissionsanordnung gemäß der Erfindung.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte elektrische Transmissionsanordnung zur Übertragung der mechanischen Energie einer Antriebsmaschine 1 auf einen Verbraucher 2, wie eine Schiffsschraube, weist einen Drehstrommotor, beispielsweise einen Synchronmotor 8 mit einem Stator 21 und einer Ankerwicklung 23 sowie einen Rotor 25 mit der Erregerwicklung 22 auf. Die Transmissionsanordnung weist ferner eine elektromagnetische Kupplung 3 mit zwei Rotoren 4 und 5 auf, die relativ zueinander drehbar sind. Der eine Rotor der elektromagnetischen Kupplung ist mit einer Ankerwicklung 26 und der andere Rotor mit einer Feldwicklung 24 versehen. Die Ankerwicklung 26 der elektromagnetischen Kupplung 3 und die Ankerwicklung 23 des Synchronmotors 8 sind über die als Stromwicklung gestaltete Primärwicklung 34 eines Transformators 9 verbunden, der außerdem eine Primärspannungswicklung 10 aufweist. Der eine der beiden Rotoren 4,5 der elektromagnetischen Kupplung 3 ist mechanisch mit dem Rotor 25 des Synchronmotors 8 verbunden und treibt den Verbraucher 2 bzw. die *>o Schiffsschraube an. Der andere Rotor 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 wird von der Antriebsmaschine 1 angetrieben.

Die Feldwicklung 24 der elektromagnetischen Kupplung 3 wird von der Sekundärwicklung 11 des b^r> Transformators 9 unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters 12 über die Schleifringe 6 gespeist.

elektromagnetische Kupplung 3 und der Synchronmotor 8 zu einer Einheit zusammengefaßt sind. Der beiden Maschinen gemeinsame Rotor 5, 25 weist an der Innenumfangsfläche den Anker 14 mit der Ankerwicklung 26 der elektromagnetischen Kupplung 3 auf. Die Außenumfangsfläche trägt den Erregerteil 5 mit der Erregerwicklung 22 des Synchronmotors 8. Die zusätzlich vorhandene Dämpferwicklung ist in F i g. 1 nicht zu sehen.

Die Antriebsmaschine 1 kann ein Dieselmotor, eine Dampfturbine, eine Gasturbine und dergleichen sein. Die Drehrichtung des Rotors 25 des Synchronmotors 8 kann der Drehrichtung des von der Antriebsmaschine 1 angetriebenen Rotors 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 nicht nur gleichgerichtet, sondern auch entgegengesetzt gerichtet sein, indem ein Phasenwechselschalter umgelegt wird, der im Hauptkreis der elektrischen Leitungen 31 zwischen der Ankerwicklung 23 des Synchronmotors 8 und der Ankerwicklung 26 der elektromagnetischen Kupplung 3 angeordnet ist. Der Phasenwechselschalter ist in den F i g. 1 und 2 nicht gezeigt

Die Bezugszeichen 17 und 18 bezeichnen Lager und das Bezugszeichen 13 zeigt die Pole im Rotor 4 der elektromagnetischen Kupplung 3. Die Wellen der beiden Rotoren der elektromagnetischen Kupplung 3 tragen die Bezugszeichen 19 und 20. Obgleich der Rotor 5 der elektromagnetischen Kupplung 3, der gleichzeitig als Rotor 25 des Synchronmotors 8 verwendet wird, mit der Ankerwicklung 26 versehen ist, ist es möglich, daß der mit der Antriebsmaschine 1 mechanisch verbundene innere Rotor 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 mit der Ankerwicklung 26 und der äußere Rotor 5 mit der Feldwicklung 24 der elektromagnetischen Kupplung 3 versehen ist.

Außer der Feldwicklung der elektromagnetischen Kupplung kann auch die Feldwicklung des Synchronmotors 8 über den Gleichrichter 12 mit der Sekundärwicklung 11 des Transformators 9 verbunden sein.

Wenn die Drehzahlen pro Minute der Rotoren 4 und 5 der elektromagnetischen Kupplung 3 gleich /7₄ und n₅, wobei Π4 > Π5, sind, erhält man

H₄ - H₅ = H₀

H₄ + H₅ = H₀

Hierbei ist no die Drehzahl pro Minute des Rotors 4 in bezug auf den Rotor 5. Wenn die Drehrichtung des Rotors 5 der Drehrichtung des Rotors 4 gleichgerichtet ist, erhält man die Gleichung (1), und wenn die Drehrichtung des Rotors 5 der Drehrichtung des Rotors 4 entgegengesetzt ist, erhält man die Gleichung (2).

Unabhängig davon, ob die Drehrichtung des Rotors 5 der Drehrichtung des Rotors 4 gleichgerichtet oder entgegengesetzt ist, wirkt die elektromagnetische Kupplung auch als Generator, der in diesem Fall den Synchronmotor 8 speist.

Wenn die Anzahl der Polpaare der elektromagnetischen Kupplung 3 und des Synchronmotors 8 mit p3 und pe bezeichnet wird und die Frequenz des im Stromkreis zwischen dem Synchronmotor 8 und der elektromagnetischen Kupplung 3 fließenden Wechselstroms mit f bezeichnet wird, erhält man

ι- ig. 1 zeigt eine

ucn uic

11. = Ml fln-

■ ■"» — f irB

und damit

"o/"s =
Aus den Gleichungen (I), (2) und (5) ergibt sich:

"4 = (Pe/Pi + Ο ^- «5 (⁶)

«4 = (Ps/Pi - l)-«5

Wenn p» > Pi ist, kann die Drehrichtung des Rotors des Synchronmotors 8 über den Phasenwechselschalter zu der Drehrichtung des Rotors 4 der elektromagnetischen Kupplung 3 umgekehrt werden; die Drehrichtung der Antriebsmaschine bleibt gleich.

Die Stromwicklungen 34 des Transformators 9 dienen zur Kompoundierung. Wenn der Belastungsstrom zwischen dem Synchronmotor 8 und der elektromagnetischen Kupplung 3 plötzlich groß wird, nimmt der Erregerstrom in der Feldwicklung dementsprechend zu, so daß ein Außertrittfallen des Synchronmotors weitgehend verhindert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Transmissionsanordnung zur Obertragung der mechanischen Energie einer Antriebseinrichtung auf einen Verbraucher über einen Drehstrommotor und eine elektromagnetische Kupplung mit zwei relativ gegeneinander drehenden Rotoren, von denen der eine mit einer Ankerwicklung und der andere mit einer Feldwicklung versehen ist, wobei die Ankerwicklung der elektromagnetischen Kupplung mit der Ankerwicklung des Drehstrommotors verbunden ist, und einer der beiden Rotoren der elektromagnetischen Kupplung mit dem Rotor des Drehstrommotors und der andere Rotor der elektromEgnetischen Kupplung mit der Antriebseinrichtung mechanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldwicklung (24) der elektromagnetischen Kupplung (3) über einen Gleichrichter (12) von der Sekundärwicklung (11) eines Transformators (9) gespeist wird, dessen Primärspannungswicklung (10) mit der Ankerwicklung (26) der elektromagnetischen Kupplung (3) verbunden ist

2. Elektrische Transmissionsanordnung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehstrommotor (8) eine Synchronmaschine ist, deren Feldwicklung (22) ebenfalls mit dem Gleichrichter (12) verbunden ist

3. Elektrische Transmissionsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (9) eine zusätzliche Primärstromwicklung aufweist, die zwischen die Ankerwicklung (26) der elektromagnetischen Kupplung (3) und die Ankerwicklung (23) der sich drehenden elektrischen Maschine {8) geschaltet ist.

4. Elektrische Transmissionsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der belastbare Verbraucher eine Schiffsschraube ist.