DE2238364C3 - Elektrische Transmissionsanordnung - Google Patents
Elektrische TransmissionsanordnungInfo
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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 Transmissionsanordnung angetrieben w
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 bzv/. der Elektromotor die normale Laufrichtung eingenommen hat, oder in der Übergangsphase von der normalen Laufrichtung des Verbrauchers <
>o zu dessen entgegengesetzter Laufrichtung unter Beibehaltung der ursprünglichen Laufrichtung der Antriebsmaschine
muß der mit der elektromagnetischen Kupplung verbundene Elektromotor als Induktionsmotor
betrieben werden. M
Wenn die elektrische Transmissionsanordnung aus einer elektromagnetischen Kupplung und einer sich
drehenden, elektrischen Maschine, (d. h. einem Induktionsmotor oder einem Synchronmotor mit der
Dämpferwicklung) unter der Bedingung eines Induktionsmotors während der vorstehend genannten Übergangsphasen
betätigt wird, erfordert die sich drehende, 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
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 1500 kW, wenn
eine elektrische Transmissionsanordnung mit 10 000 kW 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 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 kleir 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 1500kW/10000kW = 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
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.
Es war daher die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine elektrische Transmissionsanordnung zu
schaffen, bei welcher die in den Übergangsphasen erforderlichen hohen Erregerenergien ohne eine Über-
dimensionierung der vorhandenen Aggregate oder ohne zusätzliche Hilfseinrichtungen erreicht werden
können.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst
Bei der elektrischen Transmissionsanordnung gemäß der Erfindung ist keine Hilfseinrichtung mit großer
Kapazität für die Zufuhr eines Erregerstroms während der Obergangsphase zur elektromagnetischen Kupplung
erforderlich. 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
Fig.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 4 >
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 de>. Verbraucher 2 bzw. die *>"
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
Transformators 9 unter Zwischenschaltung eines Gleichrichters 12 über die Schleifringe 6 gespeist.
F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die elektromagnetische Kupplung 3 und der Synchronmotor
8 zu einer Einheil zusammengefaßt sind. Der beiden Maschinen gemeinsame Rotor 5, 25 weist an der
Innenumfangsfläche den Anker 14 mit der AnkerwicK-luiig
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 Synchronmotor 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 Synchronmolors 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 /J4 und n5,
wobei /?4 > /75, sind, erhält man
«4 - «5 = "o
Hierbei ist /?o 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 /73 und
Ps 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
6Qf/p}
60//p8
60//p8
und damit
"o/«5 = Pa/Pi (5)
Aus den Gleichungen (1), (2) und (5) ergibt sich:
«4 = (Pg/P.l +■ 1) ' «5 (6)
Wenn pe > P3 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 (4)
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 elektromagnetischen 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 Ansprach 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.
40
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