DE399716C - Elektrischer Schiffsantrieb - Google Patents

Elektrischer Schiffsantrieb

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DE399716C
DE399716C DEC29375D DEC0029375D DE399716C DE 399716 C DE399716 C DE 399716C DE C29375 D DEC29375 D DE C29375D DE C0029375 D DEC0029375 D DE C0029375D DE 399716 C DE399716 C DE 399716C
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generator
poles
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winding
rings
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DEC29375D
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MARCEL DE CONINCK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
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    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/21Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels
    • B63H2021/216Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels using electric control means

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Elektrischer Schiffsantrieb. Elektrische Schiffsantriebe mit Asvnchron-Zeneratoren sind bekannt. Die Erfindung besteht darin, daß die Asvnchrongeneratoren auf S"\-nchromnotoren arbeiten, die zum Zwecke des Anlassens, LTmsteuerns und langsamen Laufs von einer unabhängigen Hilfsstromquelle mit veränderlicher Frequenz betrieben werden.
  • Der Antrieb gemäß der Erfindung bietet die Vorteile einer kräftigen und dabei doch leichten elektrischen Einrichtung, die Möglichkeit, mehrere Generatorgruppen parallel zu schalten und den Vorteil, daß verschiedene Geschwindigkeiten mit gleichbleibender Wirtschaftlichkeit durchgeführt «erden können.
  • Die. Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
  • -\lili. i veranschaulicht schematisch die allgeineine Anordnung der Anlage.
  • Ahh. 2 zeigt die für das Anlassen verwendete Vorrichtung.
  • Abb. 3 ist schematische Teilansicht der Primärwicklung des Generators bei Änderung der Polzahl.
  • Abh. d. ist ein Schema der Verbindungen des Motors mit dein Generator für zwei wesentliche Schiffsgeschwindigkeiten.
  • Abb. 5 ist ein solches Schema für drei wesentliche Geschwindigkeiten.
  • Abb. 6, 7 und 8 sind Vereinfachungen des Schemas nach Abh. 5.
  • Hiernach ist (Ahb. i) eine Wärineniaschine i o (z. B. Dampfturbine) mit Kraftregler i i mit einem mehrphasigen Asvnchrongenerator 12 gekuppelt. Der Rotor dieses Generators hat einen sekundären Stromkreis, dessen Widerstand geändert werden kann, der aus der Wickelung 13, den Schleifringen 14 und einem Widerstand 15 l:esteht, geändert werden kann. Die Kleinrnen der Primärwickelung des Generators sind mit den Klemmen 18 eitler :\Iehrphasen-Wechselstroniniaschine i9, welche die Schraube 2o antreibt, verbunden; in die betreffende Leitung ist ein Strombrecher i 7 eingeschaltet. Die Maschine 19 wirkt hinsichtlich der Wattleistung als Motor und hinsichtlich der wattlosen Leistung als Generator; sie empfängt aktive Energie des Generators und gibt ihin die gesamte heuötigte magnetische Energie. Die Maschine i 9 ist vorn Tvo der Svnchronniotoren; ihre Pole, von denen nur ein Teil dargestellt ist, haben Feldspulen, welche durch die rnit einer GleichstromleitUng 22, unter Zwischenschaltung eines Regulierwiderstandes 23 und eines Feldausschalters 2d., verbundenen Schleifringe 21 mit Gleichstrom gespeist werden. Die Maschine ist den Synchronmotoren für Landanlagen ähnlich; ihre Wirkungsweise ist aber insofern diesen Motoren nicht vollständig gleich, als ihre Frequenz nicht einer äußeren Stromquelle rnit bestimmter Frequenz angepaßt ist, sondern in besonderer Weise von der die Schraube antreibenden :Maschine, selbst hei gleichbleibender Geschwindigkeit des Generators, nach und nach geändert werden kann. Ihre Bauart ist einfacher, da sie keine Dämpfungsstronikreise oder Kurzschlußanker zum Anlassen und Abstellen benötigt. Zum Anlassen. Unisteuern und für (las ':Manövrieren hei geringer Geschwindigkeit dient der Drehschalter 25, ein Widerstand rnit Komrnutator, deren Bürsten finit den Kleinrnen des Antriebsmotors verbunden sind; in die betreffende Leitung ist ein Strombrecher 26 eingeschaltet. Die L"m(ireliungsgescliwindigkeit .dieses Widerstandes und damit die Frequenz der WechselstKinie an den Bürsten. kann durch Regelung der Elen Widerstand 25 unitreiljenden kleinen Gleichstrotnrnaschine 2;, deren Kraft nur die Reibung des Widerstandes 25 zti überwinden hat und deshalb gering sein kann, vermittels der Widerstände 28 und 29 in der Speiseleitung dieser Maschine geändert werden. Für die elektrische Bremsung, und zwar gleichzeitig sowohl des Antriebsmotors der Schraube als des Generators, sind die Widerstände 30 vorgesehen. Soll das mit voller Geschwindigkeit fahrende Schiff gestoppt «-erden, ist der Vorgang folgender: .\Ian schaltet die Widerstände 30 Mittel> des Schalters 3i ein und stellt den Dampf oder die Brennstoffzufuhr der :Maschine io ab. Die Geschv-indigkeit der umlaufenden Teile nimmt dann ab, his die von der Schiffsbewegung rnit,.,renoininene Schraube ein Drehnioinent hat gleich deni Widerstandsmoment der als @\ echselstroniniaschine auf die Widerstände wirkenden Antriebsmaschine 19. Bekanntlich ist (las Drehrnoinent der Schraube bei voller Schiffsgeschwindigkeit gleich (lein normalen Moment der Antriebsmaschine. Die elektrische Bremsung vollzieht sich im Gegensatz zu den gewöhnlichen Antriebsarten, bei denen (las Schiff noch eine verhältnismäßig Leträ chtliche Strecke durchläuft bevor die Bremswirkung eintritt, sofort und zwar ohne Umkehr der Schrauben. Soll (las Schiff viillig zum Anhalten gebracht werden, schaltet man den Generator 12 ab, hält durch Kurzschluß der Widerstände3o die Antriebsmaschine ic nahezu an und steuert auf Rücklauf mittels des Drehschalters 25 in gleicher Weise wie für Vorwärtsanlauf. Nachlein die kritische Geschw@indigkeit überwunden ist, wird der Motor i9 mit dein Generator 12 verhunrlen Lind das Schiff hält an. Der Drehschalter 25 wird, sobald der Motor 19 vorn Generator 12 eine ausreichende Kraft für entsprechenden Rücklauf erhält, abgeschaltet.
  • Abb. 2 zeigt eine Anordntuig, durch welche rnan für (las Schiff zwei wirtschaftliche Geschwindigkeiten und günstige llanöv@ierfähigkeit hei geringen Geschwindigkeiten erhält. Sie besteht in der Anwendung eines Asvnchrongenerators mit Käfigwickelung. welcher eine Änderung der Polzahl (furch einfache Änderung der Verbindungen zwischen Generator und Schrauhenrnotor ermöglicht, ohne Zuhilfenahme von mehreren getrennt liegenden Wickelungen oder Spulenabsclinitten unter Änderung der inneren Verbindungen.
  • Wenn der Generator zwei verschiedene Polzahlen ermöglicht, ergehen sich entsprechend der Polzahl zwei verschiedene Werte der viechanischen Frequenz bei gleichbleibender `inlaufsgeschwindigkeit des Generators. Die Anordnung nach Abb. z ermöglicht vier oder zwei Generatorpole, und inan hanri finit zwei Polen eine Schiffsgeschwindigkeit erhalten, «-elche ungefähr gleich der halben, vier Polen entsprechenden normalen ist.
  • Der Wechsel der Pölzahl des Generators hat außerdem den Vorteil, selbsttätig den Widerstand des sekundären Stromkreises, d.li. des Käfigwiclcelungsankers, für die geringere Polzahl zti erhöhen. -Man bekommt einen größeren sekundären Widerstand für geringe Geschwindigkeiten, was in Bezug auf (las Anlassen des Motors und den gleichmäßigen Lauf hei erhöhter Schlüpfung, d. h. bei sehr geringen Geschwindigkeiten, von sehr großem Wert ist. Die Zunahme des Widerstandes des Käfigwickelungsankers ergibt sich leicht 1 ei einem gegebenen Stabe für den Rotor, cla der Strom in den Ringen des Käfigwickelungsankers der Polteilung proportional, (l. 1i. der Polzahl unigekehrt proportional ist. Da die Jouleverluste in den Ringen mit dem Otiadrat des Stromes steigen, vervierfacht sich bei der halben Polzahl, d. h. bei Verdoppelung der Polteilung, der entsprechende Widerstand der Ringe des Käfigwickeliuigsankers.
  • Die Statorwickelung des Generators ist eine Zweilagerparallelwickelung und hat eine gewisse Zahl von Stromabnehmern a, a (Sbb. 3).
  • Die in Abb. q. dargestellte Anordnung erniögliclit vier oder zwei Pole des Generators; vier Pole entsprechen der normalen, zwei Pole der halben Schiffsgeschwindigkeit, und ergeben eine bequeme Steuerung unter dieser halben Geschwindigkeit durch einfache Regelung des Erregerstrornes des Antriebsinotors der Schraule, d. h. der Spannung der Anlage, so daß Änderung der Schlüpfung im Generator erhalten wird.
  • Die Statorwickelung des Generators G hat zwölf Abnehmer a, a, und zwar bei vier Polen drei gleich weit auseinanderliegende für jeden Pol, je zwei einander gegenüberliegende können als parallelgeschaltete betrachtet «-erden; bei zwei Polen bleibt ein Abnehmer über zwei unverbunden. Für den Wechsel der Verbindungen' zwischen Generator und Motor dienen die Umschalter I, I." I.. Je nach der Polzahl wird der Wickelungsschritt entsprechend der Polteilung verkürzt öder verlängert, die durch die Art der Verbindungen der Generatorkleminen mit den verschiedenen Phasen des Antriebsmotors Lestinimt wird. Bei Zweilagenwickelung kann die Polteilung ohne Beeinträchtigung der Maschine wesentlich verschieden vom Wickelungsschritt sein. Jede der Phasen I, II, III des Antriebsmotors ist in zwei Stromkreise -in, na;, m_, m.`" m.,, m': geteilt, welche durch die Schalter Il, I., I3 bei großer Geschwindigkeit parallel und bei niederen Geschwindigkeiten in Reihe geschaltet werden. Durch die Umkehrschalter I', l'.. l:üiinen zwei Phasen für den Rücklauf umgelegt werden. Der Drehschalter R wird durch eine kleine Gleichstrommaschine e getrieben, deren Geschwindigkeit durch den mit der Leitung in Reihe geschalteten Widerstands gesteuert wird.
  • Abb.5 zeigt eine Anordnung für einen Generator mit sechs, vier und zwei Polen, «-elche drei Geschwindigkeiten ermöglichen: volle, zweidrittel und halbe Geschwindigkeit. Diese Anordnung entspricht besondersKriegsschifFen, da sie zum Kreuzen eine Geschwindigkeit von etwa zwei Dritteln der normalen gestattet.
  • Die Verbindungen zwischen dem Generator und den Sammelschienen I, 1I, III sind in den Abb. 6, 7 und 8 dargestellt.
  • Für die Höchstgeschwindigkeit ist der Generator in Sechsphasenschaltung mit sechs Polen, für die Zweidrittelgeschwindigkeit in Dreiphasenschaltung mit vier Polen (ya ist dabei der neutrale Punkt), für die halbe Geschwindigkeit in Sechsphasenschaltung mit zwei Polen verbunden. Die Änderung der Polzahl des Generators erfolgt durch die Schalter A, B, C, wie für eine Phase (wegen der CTbersichtlichkeit der Abbildung) dargestellt ist. In Wirklichkeit sind jeweils drei Kontaktsysteme A, B, C vorhanden. Die Kombination mit sechs Polen " wird durch Schließen der Kontakte Al, B, Cl, die mit vier Polen durch die Kontakte A., B_" Co, die mit zwei Polen durch Ao, Bo, C, erhalten. Jede der drei Phasen des Antriebsniotors ist in zwei Stromkreise geteilt, welche für die volle und Zweidrittelgeschwindigkeit parallel und für die halben und geringen Geschwindigkeiten durch die Schalter 1I, I@ 1. in Reihe geschaltet werden können.
  • Die Umkehr des Ganges vollzieht sich durch Umtauschen zweier Phasen mittels des Umkehrschalters v.
  • Durch die nur für eine Phase gezeichneten Ausschaltvorrichtungen D kann der Generator vom Motor getrennt und der Strom für vollen Gang abgeschaltet werden. Die Kontakte Il, Iz, I3 und A, B, C können dann stromlos betätigt werden.
  • Der sich drehende Schalter ist hier mit R bezeichnet; F sind die Bremswiderstände mit Schaltern und Ku.rzschlußschaltern.
  • Die beschriebenen Anordnungen haben nachstehende besondere Vorteile: Für eine Ttirliine als Wärmemotor hat der Asynchrongenerator initKäfigwickelungsanker den Vorteil einfacher und widerstandsfähiger Bauart; die Ringe des Käfigankers sind viel lotterhafter als die Spulenköpfe der gebräuchlichen svnchronen Wechselstromniaschinen; die Isolation des Rotorstromkreises ist einfacher: die Ringe und Schienen des Käfigwickelungsankers können vorteilhaft so angeordnet sein, (1a13 sie einen Haupteffekt gehen, was bei großer Schlüpfung wichtig ist, 11111 (len @\'iderstand des Käfigwickelungsankers hei geringen Geschwindigkeiten noch mehr zu erhöhen; die Änderung des sekundären Widerstandes durch Änderung der Polzahl der Primärwickelung macht die Anwen(lung eines 1 ewickelten Rotors mit Ringen und Widerstand unnötig, die hei Maschinen mit großer Geschwindigkeit und großer Kraft immer unerwünscht sind.
  • Ein ganz besonderer Vorteil der Anlage besteht in der Schnelligkeit, mit welcher die Schalter gelegt werden können. Bei den gebräuchlichen Turbowecliselstrotnniascliineti ist die Zeitkonstante der l:eldwickelung sehr groß, d. h. die zurrt ErIllschen der magnetischen Strrniitiiig erforderliche Zeit beträgt mehrere Sekunden, wogegen sie iin vorliegenden Falle praktisch der der Feldwickelung der Antriebsmaschine, welche wegen der geringeren Polteilung gegenüber einer Turbowechseistrominaschine sehr viel kürzer ist, gleich ist. Wenn man den Erregerstrom des Antriebsmotors unterbricht, erlischt deshalb die Spannung sofort und die J,#nderungen der Verbindungen können sich über toten Leitungen vollziehen.
  • Bei der Anwendung eines Generators mit Käfigwickelungsanker und Polzahländerung wird <las Schiff in folgender Weise auf seine Geschwindigkeit gebracht: Man läßt den - Antriebsmotor mittels des Drehschalters anlaufen, bis seine Geschwindigkeit über die kritische, (l. i. z. B. io Prozent zier normalen, steigt, und verbindet ihn dann mit dein Generator bei geringer Polzahl. Uni ein genügendes Drehinoinent für die Beschleunigung und seine schnelle Auswirkung zu erreichen, ist die augenblickliche Übererregung des Motors wichtig, ebenso eine entsprechende Verminderung (leg Generatorgeschwindigkeit (z. B. auf -die Hälfte). In dein Augenblick, wenn der :Motor in Tritt kommt, stellt man auf normale Geschwindigkeit ein. Sobald das Schift eine (leg niederen Polzahl des Generators entsprechende Geschwindigkeit erreicht hat, stellt inan die Dampf- oller Brennstoffzufuhr entsprechend ab; Generator und Motor verlangsamen ihren Gang, ebenso die Schraube, und sobald diese leerläuft, verbindet man den --\lot(-)r mit der Höheren Polzahl des Generators.
  • Bei Anwendung eines Generators mit vier und zwei Polen erreicht das Schlüpfen in dieseln Augenblick ungefähr 5o Prozent. Durch vorübergehendes Übererregen des Motors erhält inan ein elektrisches Drehniotnent, welches genügt, bei leerlaufender Turbine den Motor der Schraube zu beschleunigen und den Generator zu verlangsanien. Die Schlüpfung im Generator vermindert sich und (las Drehtnoinent steigt schnell, bis der Motor in Tritt kommt. Sodann stellt man die Dampf- oder Brennstoffzufuhr wieder an und bringt den t-jenerator dadurch auf seine normale Geschwindigkeit.
  • Für die Umkehrung des Ganges zerfährt inan in derselben Weise, indem inan zunächst die Schraube durch die elektrische Bremsung fast bis zum Stillstand bringt. Will inan eine sehr rasche Unisteuerung. so wird der Generatorgang verlangsamt und der -Motor inoinentan übererregt, tlin ein Drehinoinent zu erzielen, (las (las durch die @ch@t@sgeschw@ndigkeit der Schraube aufgedrückte überwindet.

Claims (2)

  1. PATEN T- ANSPRÜCHE: i. Elektrischer Schiffsantrieb finit Asvnchrr>ngeneratoren, dadurch gekennzeichnet, (faß diese auf Svnchroninotoreii arbeiten, die zum Zweck des .`milassens, Unisteuerns 11n(1 langsamen Laufs von einer unabhängigen Hilfsstromquelle mit veränderlicher Frequenz betrieben werden.
  2. 2. Elektrischer Antrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, (faß der oder die Asynchrongeneratoren mit veränderlicher Polzahl ausgeführt sind. 3. elektrischer Antrieb nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Asynchrongeneratoirs mit Käüganker, welcher eine Änderung fies sekundären Widerstandes des Generators durch Änderung der Verbindungen zwischen Generator und Schraubentno>t#ir ermöglicht, wobei der Stroin in den Ringen des Kä figankers der Polteilung proportional, (I. h. der Polzahl umgekehrt proportional ist. .f. Anlage nach Anspruch i. dadurch gekennzeichnet, (laß die Schraubengeschwindigkeit durch Veränderung der Polzahl der Statorwickehing fies .@svttchrotigenerato rs (i2) verändert wird.
DEC29375D 1919-07-15 1920-07-10 Elektrischer Schiffsantrieb Expired DE399716C (de)

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FR399716X 1919-07-15

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DEC29375D Expired DE399716C (de) 1919-07-15 1920-07-10 Elektrischer Schiffsantrieb

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DE (1) DE399716C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE756744C (de) * 1939-02-12 1952-12-15 Brown Verfahren zum Umsteuern von durch Synchronmotoren angetriebenen Schiffen
DE972689C (de) * 1938-03-11 1959-09-10 Brown Verfahren zum Umsteuern eines elektrisch angetriebenen Schiffes

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE972689C (de) * 1938-03-11 1959-09-10 Brown Verfahren zum Umsteuern eines elektrisch angetriebenen Schiffes
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