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Elektrischer Schiffsschraubenantrieb. Es ist bereits bekannt, zum
Antrieb von Schiffsschrauben Motoren zu verwenden, die normal als Synchronmotoren
mit den Vorteilen eines hohen Leistungsfaktors laufen, beim Manövrieren dagegen
als Asynchronmotoren arbeiten. Die Vorteile des elektrischen Antriebes können dadurch
in erhöhtem Maße ausgenutzt und auch auf langsam fahrende Schifte, wie z. B. Handelsschiffe,
ausgedehnt werden, daß, wie gleichfalls bereits
bekannt ist, beim
Umkehren der Fahrtrichtung Motor und Generator aberregt, die Verbindung zwischen
ihnen für die umgekehrte Drehrichtung umgeschaltet und der Generator bei unerregtem
Motor übererregt und schließlich nach Erreichung stabiler Verhältnisse der Motor
erregt wird., um ihn in vollen Synchronismus zu ziehen, während die Generatorerregung
gleichzeitig auf ihren normalen Wert verringert wird. Hierdurch ,wird ein sehr kräftiges
Drehmoment im Anlauf und ein hoher Leistungsfaktor im Lauf erzielt.
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Die Erfindung bezweckt, die im vorstehenden angeführten Änderungen
der Erregung der beiden Maschinen in besonders einfacher Weise zu bewerkstelligen.
Es geschieht dies gemäß der Erfindung dadurch, da ß das Motorfeld für den synchronen
Betrieb mit dem Generatorfeld in Reihe geschaltet und für den asynchronen Betrieb
kurzgeschlossen wird.
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In der Zeichnung stellt Abb. i schematisch die Schaltung des Schiffsantriebs
einschließlich des den Schraubenmotor antreibenden Turbogenerators dar, und Abb.
2 veranschaulicht die relative Anordnung und Zahl der Wicklungsnuten des Ständers
und Läufers des Motors und die Anordnung der Leiter in den Läufernuten.
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Gemäß Abb. i treibt die Turbine i unmittelbar den umlaufenden Feldmagnet
2 eines Synchrongenerators an, dessen Ständer 3 den Ständer 4 des Schiffsschraubenmotors
speist. Der Läufer 5 des letzteren treibt unmittelbar die Schiffsschraube 6 an.
Die Turbine ist vorzugsweise für hohe Gesch-,vindigkeit und verhältnismäßig geringe
Cberlastbarkeit gebaut. In den Leitungen zwischen Generator und Motor liegen die
Steuer- und Umkehrschalter 7 bis i i, von denen die Schalter 7, 8 und g für die
eine Drehrichtung und die Schalter 8, io und il für die andere Drehrichtung dienen.
Die Schalter können entweder von Hand oder selbsttätig gesteuert werden.
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Der Motorläufer 5 besitzt zwei Windungen, eine dein Luftspalt zunächst
angeordnete Käfigwicklung 12 von hohem Widerstand und eine unterhalb der Käfigwicklung
angeordnete Phasenwicklung 13 von geringem Widerstand, die mit den Schleifringen
14, 15 und 16 verbunden ist. Die Nutenzahl wird, wie Abb.2 zeigt, im Läufer vorzugsweise
größer gewählt als im Ständer und die Leiter der Käfigwicklung werden in sämtlichen
Läuferschlitzen untergebracht, diejenigen der Sclileifringwicklu -g dagegen nur
in der Hälfte der Läufernuten. Beispielsweise mag der Ständer .,18o Nuten besitzen,
der Läufer dagegen 64o Nuten, die Käfigw icklung mag in sämtlichen Läufertuten untergebracht
sein, die Phasenwicklung dagegen in der Hälfte, also in 320 Kuten. Die auf
deri Schleifringen schleifenden Bürsten sind mit den Leitungen 17, 18 und ig verbunden
und durch einen Schalter 2o kann die Phasenwicklung kurzgeschlossen werden. Eine
Erregermaschine 2z mit Feldwicklung 22 liefert den erforderlichen Erregerstrom durch
Schleifringe 23 und 24 dem umlaufenden Feldmagneten 2 des Stromerzeugers und durch
die Leitungen 17 und ig und Schleifringe 1.4 und 1,6 der Phasenwicklung 13 von geringem
Widerstand. Durch einen Trennschalter 25 kann die eine Klemme des Erregers 21 vom
Feldmagneten 2 des Stromerzeugers abgetrennt werden. Die andere Klemme des Generators
kann durch einen Umschalter 26 je nach dessen Stellung mit der Leitung 17 oder mit
der Leitung ig verbunden werden.
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Der Erregerei wird vorzugsweise für eine drei- bis viermal so große
Leistung gebaut, als für die normale Erregung des Stromerzeugers allein erforderlich
wäre. Wie sich aus der Abb. i ergibt, kann er so geschaltet werden, daß er nur das
Generatorfeld erregt, oder aber so, daß er das Generatorfeld 2 und die Phasenwicklung
13 des Motors in Reihe speist. Ist beispielsweise der Schalter 2o geschlossen, so
ist die Phasenwicklung kurzgeschlossen, und es wird die ganze Erregerspannung dem
Generatorfeld zugeführt, dessen Stärke hierdurch etwa verdoppelt wird. Dies ist
äußerst erwünscht, um durch die entsprechende Spannungssteigerung das Drehmoment
des Motors in dem Maße zu erhöhen, wie für das Manövrieren erforderlich ist. Wenn
nun der Schalter 2o geöffnet wird, dann wird die Phasenwicklung 13 mit dem Generatorfeld
in Reihe geschaltet. Hierdurch wird der Läufer des Motors in normaler Weise erregt
und gleichzeitig die Erregung des Generators auf den normalen Wert herabgesetzt.
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Bei der beschriebenen Bauweise des Motors besitzt die Phasenwicklung
eine viel größere Reaktanz als die Käfigwicklung, da sie in weniger -Nuten untergebracht
ist, die außerdein verhältnismäßig tiefer sind. Die Phasenwicklung besitzt also,
wenn kurzgeschlossen, einen niedrigen ohmschen und hohen induktiven Widerstand und
zeitigt in Verbindung mit der Käfigwicklung von hohem ohmschen Widerstand eine ähnliche
Charakteristik wie eine Doppelkäfigwicklung. Außerdem kann die Phasenwicklung infolge
der geringen N utenzahl und des hohen Streufaktors als Feldwicklung für den Betrieb
als Synchroninotor mit ziemlich günstiger Charakteristik dienen.
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Die Wirkungsweise der dargestellten Einrichtung ergibt sich am besten
aus der Beschreibung der Schaltvorgänge beim Umhehren
der Fahrtrichtung.
Dieses Manöver stellt die schärfsten Anforderungen an den Schiffsantrieb, da das
Drehmoment, welches erforderlich ist, um die Schraube vom Wasser loszureißen, ungefähr
gleich dem Vollastdrehinoment ist. Angenommen, daß das Schiff in der einen Richtung
mit normaler Geschwindigkeit fährt, dann ist der Schalter 2o geöffnet und der Erreger
21 speist Motor- und Generatorfeld in Reihe. Der Motor arbeitet als Synchronmotor
und die Erregung wird so gewählt, daß der Leistungsfaktor des Systems auf dem höchsten
wirtschaftlichen Wert gehalten wird. Wenn nun die Fahrtrichtung umgekehrt werden
soll, dann wird erst der Erregerstromkreis unterbrochen und die Schalter ; bis i
i für die umgekehrte Drehrichtung eingestellt. Diese Schalter werden also im stromlosen
Zustand abgeschaltet. Der Schalter 2o wird nun geschlossen und hierdurch die volle
Erregerspannung und -leistung dem Generatorfeld zugeführt. Durch den Schalter 20
wird gleichzeitig die Phasenwicklung 13 des Motors mehrphasig kurzgeschlossen.
Das Generatorfeld steigt etwa auf das Zwei- bis Dreifache seines normalen Wertes
und der Motor arbeitet wie ein Motor mit doppelter Kurzschlußwicklung, um den Propeller
im umgekehrten Drehsinn anzutreiben. Bei hohe.i Werten der Schlüpfung wird das Drehmoment
hauptsächlich in der Käfigwicklung von hohem Widerstand erzeugt, mit abnehmender
Schlüpfung wird dagegen die Phasenwicklung von geringem Widerstand immer mehr wirksam.
Die Geschwindigkeit der Turbine sinkt erst infolge des außerordentlich großen Drehmoments
des umgesteuerten Propellers herunter und steigt dann mit abnehmendem Drehmoment
allmählich wieder in die Höhe. Bei der verringerten Geschwindigkeit des Generators
arbeitet der Motor praktisch mit vollem Drehmoment, wodurch die Schraube kräftig
in ihrem Drehsinn umgekehrt wird. Sowie der Motor sich der synchronen Geschwindigkeit
nähert und stabile Verhältnisse erreicht sind, wird der Schalter 20 geöffnet und
hierdurch die Gleichstromerregung der Phasenwicklung 13 zugeführt, wodurch der Motor
in genauen Synchronismus mit dem Generator gezogen und die Erregung des letzteren
auf ihren normalen `Wert herabgesetzt wird.
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Die Schließung des Schalters 2o, während sich der Motor in vollem
asynchronen Betrieb befindet, ist sehr zweckmäßig und vereinfacht die nötige Schaltanlage,
doch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Die Kurzschließung der Phasenwicklung
1.3 kan_i vielmehr auch hinausgeschoben werden, bis die Umkehr der Fahrtrichtung
so weit vorgeschritten ist, daß die Schlüpfung auf eine Wert gesunken ist, wo die
Phasenwicklung an der Erzeugung des Drehmoments teilzunehmen beginnt. Die Übererregung
des Generators kann auch durch Umschalter 26 bewirkt werden, indem durch dessen
Umlegung die zweite Erregerklemme unmittelbar mit der Leitung i9 verbundea wird.
Bei dieser Betriebsweise wird der Schalter 2o geschlossen, wenn die Schlüpfung etwas
gesunken ist, und nach Schließung des Schalters 20 wird der Umschalter 26 umgelegt,
um die Leitung 17 ohne Unterbrechung der Generatorerregung an den Erreger
anzuschließen.
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Aus dem Vorstehenden ergeben sich ohne weiteres auch die Schaltvorgänge
für das Anfahren aus dem Stillstand. Der Motor läuft hierbei als Asynchronmotor
an und wird am Ende dieses Manövers in den Synchronbetrieb übergeleitet. -