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Schaltung für Leonardantriebe auf Schiffen, auf denen ein von dem
Leonardkreis getrennter Hilfsgenerator bzw. Hilfsgeneratoren konstanter Spannung
vorgesehen sind Auf Schiffen wird meist ein Gleichstromnetz mit konstanter Spannung
benötigt, das die Hilfsbetriebe während der Fahrt oder im Hafen für die Förderwinden
beim Löschen und Laden versorgt. Es ist nun bereits vorgeschlagen worden, vorhandene
Energiequellen für das Hilfsnetz zur zeitweiligen Versorgung oder zur Unterstützung
des Propellerantriebes heranzuziehen, wenn sie in einzelnen Fahrtzuständen des Schiffes
nicht oder nicht voll ausgenutzt sind. Zu diesem Zweck hat man angeregt, die im
wesentlichen durch Wärmekraftmaschinen angetriebenen Propeller auch noch durch einen
zusätzlichen Elektromotor anzutreiben, der von der vorhandenen elektrischen Bordzentrale
gespeist wird. Man erreicht dadurch eine vorteilhaftere Ausnutzung der mitzuführenden
Maschinen und eine günstigere Raumauswertung, während dabei die eigentlichen Hauptmaschinen
selbst für eine kleinere Leistung ausgelegt werden könnten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun der Gedanke zugrunde, eine hohe
wirtschaftliche Ausnutzung bei elektrischen Schiffsantrieben mit Gleichstrompropellermotoren
zu erreichen, die in Leonardschaltung mit Steuergeneratoren verbunden sind, und
bei denen außerdem ein Gleichstromnetz konstanter Spannung für die Hilfsbetriebe
vorhanden ist. Man hat in solchen Fällen, wenn das Gleichstromnetz nur während der
Liegezeit des Schiffes im Hafen erforderlich war, einen der Leonardgeneratoren aus
dem Leonardkreis herausgenommen, ihn an die Gleichstromsammelschienen gelegt und
durch Eigenerregung auf konstante Spannung gehalten. Da aber die Leistung eines
solchen Leonardgenerators wesentlich über dem Energiebedarf des Schiffes im Hafen
liegt, zog mang es vor, außer den Leonardgeneratoren besondere Stromerzeuger für
das Gleichstromnetz zu verwenden und sie nur diesem Bedarf entsprechend, z. B. nur
für den Hafenbetrieb, zu bemessen.
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Erfindungsgemäß wird das von den Gleichstromgeneratoren gespeiste
Netz konstanter Spannung bei Höchstfahrt mit dem Leonardgenerator in Reihe geschaltet.
Ein wesentlicher Vorteil des elektrischen Propellerantriebes mittels Leonardsteuerung
liegt in der beträchtlichen Überlastbarkeit der elektrischen Maschinen während des
Manövrierens mit verminderter Drehzahl. Damit jedoch das Gleichspannungsnetz von
dieser Überlastung frei bleibt, soll eben erfindungsgemäß
die Zuschaltung
des Netzes nur während voller Fahrt stattfinden,-wenn also der Anfahrvorgarig bereits
beendet ist.
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Da die Zuschaltung des Netzes nur dann. erfolgen darf, wenn der Belastungszustand
der Gleichspannungsgeneratoren dies #zuläßt, empfiehlt es sich, an dem unmittelbar
von der Brücke betätigten Manövrierkontroller einen Hilfskontaktvorzusehen, der
z.B. eineSignallampe an der Gleichspannungstafel einschaltet und bewirkt, daß der
Schalter für die Zuschaltung ,des Netzes entriegelt wird und auslöst, wenn der Kontroller
die Stellung für volle Fahrt einnimmt. Es ist erwünscht, die Umschaltung möglichst
stoßfrei vorzunehmen. Zu diesem Zweck wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung
ein zusätzlicher Regler in dem Erregerstromkreis angeordnet, dessen Widerstände
durch eine Feder o. dgl. stets geschlossen gehalten werden. Diese Widerstände können
von Hand vorgeschaltet werden. Gleichzeitig wird bei eingeschaltetem Widerstand
ein Hilfskontakt geschlossen, mit dem das Umschaltschütz eingeschaltet wird. Nach
dem Umschalten kann der Regler dann langsam wieder in die Normalstellung zurückgelängen,
wobei die Spannung des Leonardgenerators wieder auf den Endwert hinaufgeregelt wird.
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Mit der Steigerung der Drehzahl des Propellermotors infolge der Spannungserhöhung
durch das Hinzukommen der Netzspannung steigt auch das Drehmoment an der Motorwelle,,
so daß dessen Feld verstärkt werden muß, wenn der Ankerstrom bei Betrieb mit dem
Leonardgenerator allein oder mit Netz und Leonardgenerator zusammen der gleiche
bleiben soll, damit in beiden Fällen die Maschine voll ausgenutzt wird. Diese Verstärkung
kann gleichzeitig mit der Zuschaltung des Netzes erfolgen, so daß auch hierdurch
der Stoß bei Zuschaltung der Gleichspannung vermindert werden kann.
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Die Gleichspannungsgeneratoren dürfen durch eine zusätzliche Leistungsabgabe
für den Propellerantrieb nicht überlastet werden. Deshalb wird des weiteren ein
von dem Gesamtström der Gleichspannungsgeneratoren beeinflußter Überlastungsauslöser
angeordnet, der bei Überlastung die Zusatzleistung für den Propellerantrieb abschaltet.
Außerdem sind Vorrichtungen vorgesehen, die bei der Abschaltung des Netzes von dem
Propellerstromkreis dem Motorfeld so viel Widerstand vorschalten, daß der Leonardgenerator
voll ausgenutzt bleibt.
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In den meisten Fällen wird die Spannung des Leonardgenerators wesentlich
über der Netzspannung liegen, so daß besondere Vorrichtungen erforderlich sind,
die das Netz vor der Überspannung des Leonardgenerators schützen. Hierzu dient ein
Relais, das mit einem Pol über einen Widerstand an der Verbindungsleitung zwischen
dem Leonardgenerator und dem Netz und mit dem anderen Pol fest an Erde liegt. Tritt
bei dieser Anord-@nung in einem der Außenleiter ein Erdschluß auf, so spricht das
Relais an und veranlaßt die Trennung des Netzes vom Leonardkreis.
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Vielfach verwendet man bei Gleichstrompropellerantrieben einen Lastbegrenzer,
der den Antriebsmotor des Leonardgenerators vor Gberlast durch selbsttätige Steuerung
des Generatorfeldes schützen soll. Damit der Propellermotor während des Manövrierens
ein möglichst großes Drehmoment ausüben kann, wird als Impulsgeber für den Lastbegrenzer
häufig ein Leistungsrelais verwendet, so daß der Generator, z. B. bei halber Spannung,
kurzzeitig den doppelten Strom abgeben kann. Damit solche vorteilhafte Anordnung
auch bei den Anlagen nach der Erfindung beibehalten werden kann, die mit Einrichtungen
zur Zuschaltung des Netzes bei voller Fahrt versehen sind, werden erfindungsgemäß
an der Umschaltvorrichtung Hilfskontakte, vorgegesehen, mit denen die Spannungsspule
des Lastbegrenzers bei Zuschaltung des Netzes von dem Anker des Propellermotors
auf die konstante Netzspannung umgeschaltet wird, so daß der Lastbegrenzer in dieser
Schaltung nicht die Leistung, sondern den Strom konstant hält.
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In dem Schaltbild bedeutet z den Propellermotor mit der Feldwicklung
2. Er Kvird von dem Leonardgenerator 3 gespeist, dessen Feldwicklung 4 über den
Lastbegrenzer 5 und den Manövrierkontroller 6 mit der Gleichstromsammelschiene 7
in Verbindung steht. Vor die Feldwicklung 4 ist ein Regler 8 geschaltet, dessen
Kontaktarm g durch die Feder io in der Kurzschlußstellung des Regelwiderstandes
43 festgehalten wird. In der Ankerleitung des Leonardgenerators 3 liegt der Umschalter
i i, dessen Kontakte durch die Spule i2 bewegt werden.
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Für die Speisung der Gleichspannungssammelschiene 7 dienen beispielsweise
die beiden Generatoren 2o und 21. In die Sammelschiene 7 ist der Auslöser 22 eingefügt,
dessen Stromspule von dem Gesamtstrom der Generatoren 2o und 21 durchflossen ist
und dessen Ruhekontakte 23 in Reihe mit der Spule 12 des Umschalters m liegen. Die
Kontaktea4 eines Erdschlußauslösers 25, dessen Spule 26 mit einem Ende .über einen
Widerstand 27 an der Ankerleitung des Leonardgenerators 3 und mit dem anderen Ende
über den Kontakt 28 an Erde liegt, sind ebenfalls in Reihe mit der Auslösespule
des Umschalters i i verbunden. Der Feldkreis des Propellermotors enthält Widerstand
3o, der bei Höchstleistung
durch den Kontakt 32 eines Überbrückungsschalters
31 mit Spule 33 parallel zur Schützspule 12 kurzgeschlossen wird. Der Leistungs-
oder Strombegrenzer 5 ist mit der Stromspule 36 im Ankerstromkreis des-Propellermotors
i sowie mit der Spannungsspule 37 versehen. Letztere wird über die Kontakte 16 und
17 am Schütz ii eingeschaltet. Die in der Leitung des Feldes 4 liegenden Widerstände
des Lastbegrenzers 5 sowie das durch die Spulen 36 und 37 beeinflußte Reglersystem
sind in dem Schaltbild nicht angedeutet.
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Der Betriebsvorgang ist folgender: In der Nullstellung des Manövrierkontrollers
6 ist das Feld 4 des Leonardgenerators 3 abgeschaltet, das Feld 2 des Motors i ist
dagegen erregt, und zwar unter Vorschaltung des Widerstandes 3o. Die Spule 12 des
Umschalters i i ist abgeschaltet, so daß die Kontakte 14 geschlossen sind und die
geöffneten Kontakte 13 das Netz 7 von dem Propellerstromkreis getrennt halten.
Bei Verstellung des Kontrollers 6 in der einen oder anderen Richtung wird das Generatorfeld
4 erregt, so daß der Anker des Motors i der gewünschten Drehrichtung entsprechend
Spannung bekommt. Die Spule 37 des Lastbegrenzers 5 ist über den Kontakt
17 und den Widerstand 42 an die Spannung des Generators 3 geschaltet, so
daß das Magnetsystem 37, 36 auf Leistung regelt.
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Gelangt nun der Kontroller in die volle Fahrtstellung, so ist der
Widerstand 4o in dem Feldkreis 4 des Generators 3 kurzgeschlossen, so daß der Generator
3 die volle Spannung besitzt. Das Segment 39 schließt die Kontakte. Wird dann auf
der Schalttafel durch das Aufleuchten der Signallampe 38 erkennbar, daß die Zuschaltung
des Netzes zur Propellerleistung erwünscht ist, so wird der Hebel 9 des Reglers
8 gegen die Wirkung der Feder io verstellt, bis der Widerstand 43 vollends vor das
Feld 4 geschaltet und der Kontakt 35 geschlossen ist. Dadurch sinkt die Generatorspannung
3 um einen Teilbetrag, der annähernd der Netzspannung 7 entspricht.
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Mit der Endstellung der Widerstandskurbel 9 spricht der Umschalter
an, wodurch folgende Wirkung erzielt wird: i. Die Kontakte 14 unterbrechen den Propellerstromkreis.
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2. Die Kontakte 13 schalten über die Sammelschiene 7 die Generatoren
2o und 21 in Reihe mit dem Leonardgenerator.
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3. Der Hilfskontakt 15 wird parallel zum Kontakt 35 geschaltets so
daß die Spule 12 auch bei Rückstellung des Hebels 9 eingeschaltet bleibt.
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4. Die Spannungsspule 37 des Lastbegrenzers 5 wird durch Öffnung des
Kontaktes 17
von der veränderlichen Spannung des Leonardgenerators 3 abgeschaltet
und durch Schließen des Kontaktes 16 an die feste Spannung des Gleichspannungsnetzes
geschaltet.
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5. Gleichzeitig mit der Spule 12 wird die Spule 33 des Schützes 31
eingeschaltet, dessen Kontakt 32 sofort oder auch mit einer gewissen Verzögerung
den Widerstand 3o kurzschließt.
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Wenn der Maschinenwärter festgestellt hat, daß der Ankerstrom im Propellerkreis
einen konstanten Wert angenommen hat, wird durch Verstellung des Hebels 9 im Sinne
der Zugkraft der Feder io der Widerstand 43 kurzgeschlossen, so daß nach Beendigung
des UmschaItvorganges auf den voll erregten Propellermotor i die Summe der Spannung
des Generators 3 und der Sammelschiene 7 wirken.
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Tritt in diesem Betriebszustand ein Erdschluß in einem der beiden
Außenleiter auf, so wird Spule 26 des Erdschlußrelais 25 erregt und löst einen Kontakthebel
aus, der hierdurch die Kontakte 24 und 28 öffnet. Damit werden die Schützspulen
i2 und 33 abgeschaltet, so daß das Netz vom Propellerkreis getrennt und das Motorfeld
2 wieder derart geschw4cht wird, daß der Generator -3 voll belastet bleibt. Zusammen
mit der Öffnung der Kontakte 24 und 28 kann noch ein Signalkontakt geschlossen werden,
der den Maschinenwärter auf den Erdschluß hinweist.
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Die Abschaltung des Netzes aus dem. Propellerkreis erfolgt im übrigen
durch Verstellung des Manövrierkontrollers aus der Lage »volle Fahrt voraus« durch
Öffnung des Schalters 44 auf der Schalttafel oder durch Überlastauslösung des Stromwächters
22.
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In der Beschreibung ist die Verstellung des Reglers 9 von Hand vorgenommen.
Selbstverständlich kann diese Verstellung auch durch einen kleinen Hilfsmotor erfolgen,
der in der Vollfahrtstellung des Manövrierkontrollers eingeschaltet wird. An Stelle
des Hilfsmotors können auch Schütze verwendet werden, mit denen der Widerstand 43
vorgeschaltet und nach erfolgter Umschaltung stufenweise wieder kurzgeschlossen
wird.
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Die Zuschaltung des Netzes ist nicht nur auf die Stellung »volle Fahrt
voraus« beschränkt, sie kann auch in der Stellung »volle Fahrt zurück« vorgesehen
werden, insbesondere in solchen Anlagen, z. B. Fähren, die längere Zeit in beiden
Richtungen fahren.