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Elektrischer Schiffsantrieb mit lIehrphasen-Asynchronmotoren. Für
den Antrieb von Schiffen auf elektrischem Wege ist man gezwungen, Wechselstrommotoren
zu verwenden, weil die Bedienung von Bürstens und Kollektoren rascihlaufender Gleichstromturbodynamio
besondere Sachkenntnis und Geschicklichkeit erfordert, welche bei der Schiffsmannschaft
nicht vorausgesetzt werden dlarf, und außerdem Glelichstromerzeuger mit Turbinenantrieb
für die hier in Frage kommenden Leistungen nicht gebaut werden können. Beim Antrieb
von Frachtdampfern, deren Schrauben mit sehr kleiner Umdrehungszahl betrieben werden,
ergeben sich mit Rücksicht auf die für die Dampfturbine erforderliche möglichst
hohe Umdrehungszahl außerordentlich hohe Polzahlen für die Induktionsmotoren und
infolgedessen ein schlechter Leistungsfaktor. Hierdurch erhalten Motor und Generator
solche Abmessungen, daß die Verwendung der bekannten Induktionsmotoren für diesen
Zweck ausgeschlossen erscheint. Synchronmotoren der gewöhnlichen Bauart dagegen,
welche auf einen Leistungsfaktor gleich eins eingestellt werden können, kommen für
die Lösung vorliegender Aufgabe deshalb nicht in Betracht, weil es mit ihnen nicht
möglich ist, das Schiff auf volle Geschwindigkeit zu bringen oder aus voller Fahrt
abzubremsen bzw. umzusteuern.
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Vorliegende Erfindung ermöglicht, die Aufgabe in solcher Weise zu
lösen, daß nur Vorteile beider Arten von Motoren, nicht aber ihre Nachteile zur
Geltung kommen. Sie gründet sich auf die Erkenntnis, daß bei Frachtschiffen, bei
welchen im Vergleich zur Betriebsdauer für normale Fahrt die für das Anfahren und
Abbremsen erforderliche Zeit verschwindend klein ist, ein Antrieb durch synchrone
Motoren während der normalen Fahrt bedeutende Vorteile bietet, für das Anfahren
und Umsteuern aber Asynchronmotoren nicht entbehrt werden können und gibt Mittel
und Wege an, um die Vorteile beider Arten von Motoren zur Geltung zu bringen, ohne
daß die Zahl der Antriebsmotoren eine Vergrößerung erfährt. Zu diesem Zweck werden
für Anfahren und Umsteuern des Schiffes dieselben Motoren verwendet wie zum Antrieb
für normale Fahrt und im ersten Falle die Motoren asynchron, im zweiten Falle in
an sich bekannter Weise durch Gleichstromerregung synchron betrieben. Die Vorteile,
die auf diese Weise erzielt werden, sind bedeutende.
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Für die Anfahr- und Abbremsperiode und Rückwärtsfahrt genügen, wie
sich aus den Größenverhältnissen der Rückwärtsturbinen bei Schiffsturbinenanlagen
ergibt, et-,va 40 Prozent der normalen Leistung. Im asynchronen Betrieb hat also
der Motor nur d.o bis 5o Prozent der normalen Leistung abzugeben. Er kann außerdem,
da dieser Betrieb nur ein rasch vorübergehender ist, ohne Rücksicht auf den Leistungsfaktor
bemessen werden. Die normale Leistung dagegen gibt der Motor als gleichstromerregter
Synchronmotor, also bei günstigstem Leistungsfaktor ab. Aus diesen Gesichtspunkten
ergibt sich eine wesentliche Verkleinerung der Abmessungen nicht allein des Motors,
sondern auch des Generators.
Als Motoren für vorliegenden Zweck
können Maschinen verwendet werden, welche in bekannter Weise mit ausgeprägten Polen
und einer in die Polschuhe eingebetteten Kurzschlußwicklung nach Art eines Käfigankers
versehen sind, welche zum Zweck des asynchronen Anlaufes bei Belastung einen entsprechend
hohen Widerstand erhält. Mit Rücksicht darauf aber, daß die Maschine auch im asynchronen
Lauf eine gewisse Leistung abzugeben hat, wird es zweckmäßig sein, den magnetischen
Aufbau der Maschinen wie bei Induktionsmotoren so zu wählen, daß - der Luftzwischenraum
zwischen dem Ständer-und Läufereisen über den ganzen Umfang unverändert bleibt.
Die Gleichstromerregung des Motors für synchronen Lauf kann mit Hilfe der an sich
für diesen Zweck bekannten Mittel erfolgen. Im Interesse der Einfachheit der Bedienung
und Sicherheit des Betriebes wird zweckmäßig die Erregung von einer Gleichstromquelle,
als welche z. B. die Erregermaschine des Stromerzeugers dienen kann, vorgesehen.
Die -G'leichstromerregerwicklung kann beim Anlauf, wo große Schlüpfung herrscht,
zur Unterstützung desselben über einen geeigneten Widerstand geschlossen werden.
Ist die Umdrehungszahl der Maschine nahezu synchron, so wird die Erregerwicklung
mittels Schleifringen an die Gleichstromquelle angeschlossen. Die während der Fahrt
erforderlichen kleinen Geschwindigkeitsänderungen der synchron arbeitenden Maschine
werden durch Regelung der Umdrehungszahl der den Stromerzeuger antreibenden Dampfturbine
bewirkt. Da der Antriebsmotor meist hinten im Schiff und getrennt vom Generator
Aufstellung findet, muß derselbe so einfach und betriebssicher als möglich sein.
Zu diesem Zweck kann es wünschenswert erscheinen, auch die für die Zuführung der
Gleichstromerregung erforderlichen Schleifringe in Wegfall zu bringen. Dies wird
erreicht durch die Anwendung der Kaskadenschaltung, bei welcher nur der Ständer
des Hintermotors erregt zu werden braucht.
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Die verhältnismäßig hohe Erregerspannung bedingt die Anwendung zahlreicher
Windungen für die Erregerwicklung des Motors. In dieser Wicklung kann deshalb beim
asynchronen Anlauf oder beim Umsteuern der Maschine eine hohe Spannung auftreten.
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Um die dadurch bedingte Gefahr eines Durchschlages der Wicklung zu
vermeiden, kann die Läuferwicklung des Motors als mehrphasige Wicklung ausgeführt
und in einem Teil ihrer Phasen mit Doppelwicklung in Gegenschaltung ausgeführt werden.
Dieser in Gegenschaltung ausgeführte Teil der Wicklung wird dann zur Erregung mit
Gleichstrom derart verwendet, daß die für den Wechselstrom gegeneinander geschalteten
Teile für den Gleichstrom parallel geschaltet werden. Zu diesem Zweck wird Gleichstrom
an den Umkehrpunkten der Gegenschaltungswicklung zugeführt. Die beiden von diesen
Punkten aus unter sich parallel geschalteten Zweige der Erregerwicklung können derart
bemessen und angeordnet werden, daß die durch die Gleichstromerregung hervorgebrachte
Erwärmung in beiden Wicklungsteilen ungefähr die gleiche ist. Diejenigen Phasen
der Läuferwicklung, welche für die Erregung mit Gleichstrom nicht benutzt werden;
können als gewöhnliche Kurzschlußwicklungen ohne Gegenschaltung ausgeführt werden.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel das Schema einer in dieser
Weise ausgeführten- dreiphasigen Läuferwicklung dargestellt. Die Phasen I und II
sind mit je einer Doppelwicklung versehen, welche aus den unter sich unglaiichen
Teilena und b bzw. c und d besteht. Für die Wirkung des beim asynchronen Anlauf
in der Läuferwicklung erzeugten Wechselstromes sind die Wicklungsteile
a und b bzw. c und d gegeneinander geschaltet, so daß die Differenz
der in ihnen erzeugten Spannungen zur Wirkung kommt. Die Phase III ist als ge*öhnliche
Kur zschlußwicklung ohne Gegenschaltung ausgeführt und kann nach Art eines gewöhnlichen
Käfigankers über den ganzen Umfang des Läufers angeordnet werden. Die Zuführung
von Gleichstrom in die beiden in Gegenschaltung ausgeführten Phasen I und II erfolgt
in der Weise, daß eine Gleichstromquelle f über Schleifringe an die Umkehrpunkte
h bzw, i dieser beiden Phasen durch Schließen, eines Schaltrens g
angeschlossen wird. Die Teile ca und b bzw. c und d der beiden Phasen werden
hierdurch unter sich in Parallelschaltung vom Gleichstrom durchflossen.