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Anordnung zur Drehzahlregelung eines elektrischen Schiffsschraubenantriebes
Zur Speisung von Gleich- oder Wechselstrommotoren aus einem ein- oder mehrphasigen
Wechselstromnetz ist bereits das Prinzip der Zwischenschaltung von Entladungsstrekken
bekanntgeworden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich darauf, derartige Gleichstrommotoren,
die also über Gleichrichter gespeist werden, oder sog. ventilgesteuerte Motoren
im Schiffsantrieb zur Anwendung zu bringen. Bei den bisher vorgeschlagenen Anordnungen,
bei denen gittergesteuerte Entladungsstrecken zur Verwendung gelangen, traten bei
einer Drehzahlregelung über größere Bereiche starke Leistungsfaktorverschlechterungen
sowie Schwingungen der anzutreibenden Motoren zufolge des stark pulsierenden Gleich-
oder Wechselstromes auf. Für die über den gesamten Drehzahlbereich sich erstreckende
Regelung von Schiffsmotoren sind daher die bekannten Anordnungen nicht zu verwenden.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es nun, diese Nachteile
zu vermeiden; gleichzeitig ergeben sich die weiteren Vorteile, daß die Steuerleistung
sehr gering wird, die Beeinflussung der Schiffsgeschwindigkeit von der Kommandobrücke
aus erfolgen kann, so daß alle zusätzlichen Signaleinrichtungen, wie Schiffstelegraph
usw., entfallen können. Außerdem ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Manövriergeschwindigkeit
des Schiffes erhöht werden kann und daß das Lichtnetz und die übrigen Verbraucher
des Schiffes an die von den Generatoren gespeisten Sammelschienen angeschlossen
werden. Erfindungsgemäß werden die Antriebsmotoren von ein oder mehreren Gefäßen
mit mindestens zwei Gruppen von gittergesteuerten Entladungsstrecken gespeist, wobei
diese Gruppen an gleich hoher Spannung arbeiten, deren Steuerorgane für die Gitterspannung
jedoch derart miteinander gekuppelt sind, daß bei der Drehzahlregelung von dem Höchstwert
auf den Nullwert nacheinander zunächst die Gitterspannung für sämtliche Gruppen
von Entladungsstrecken im Sinne einer Verminderung der Stromdurchlässigkeit aller
Entladungsstrecken verändert wird. Darauf wird mindestens eine Gruppe v an Entladungsstrecken
vollkommen stromundurchlässig gemacht und gleichzeitig die Gitterspannung an der
oder den verbleibenden Gruppen wieder derart geändert, daß diese während der vollen
positiven Spannungshalbwelle Strom führen: Eine weitere Drehzahlregelung erfolgt
dann durch eine weitere Veränderung der Gitterspannung der noch verbleibenden Gruppen
von Entladungsstrecken. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann eine weitere
Verbesserung des Leistungsfaktors und der Pulsation im Motorverbrauchskreis dadurch
erreicht werden, daß die einzelnen
Gruppen von Entladungsstrecken
an Anzapfungen der Transformatoren mit verschiedenen Spannungswerten gelegt werden,
beispielsweise an den halben Spannungswerg:' Die Regelung erfolgt nun derart, daß
1@ nicht voller Beanspruchung der Leistung cte betreffenden, einem Entladungsgefäß
zugeordneten Motors zum Zwecke der Spannungsverminderung im Anker bei gleichbleibendem
Leistungsfaktor die eine Anodengruppe, nämlich diejenige, die der vollen Ankerspannung
entspricht, hingegen bei voller Leistung die andere der verminderten Ankerspannung
entsprechende Gruppe von Entladungsstrecken mit Hilfe eines Sperrpotentials an den
zugeordneten Steuergittern abgeschaltet ist.
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Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens soll im folgenden zunächst
an Hand einer schematischen Darstellung beschrieben werden, wie der Schiffsantrieb
der vorliegenden Erfindung im einzelnen aufgebaut ist und wie er arbeitet.
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Die Abb. i zeigt den Schiffsschraubenantrieb für einen der zwei Propeller
eines Schiffes. Mit 1o bis 14 sind die Dieselmaschinen bezeichnet, welche über lösbare
Kupplungen 15 bis 18 je einen Drehstromgenerator i9 bis 22 antreiben, der über einen
Hauptschalter 23 bis 26 Sammelschienen 27 speist. Auf die Sammelschienen
27 arbeitet ferner noch eine Hilfsdieselmaschine 28, deren Generator 29 mit der
Erregermaschine 30 stets, also auch wenn das Schiff im Hafen liegt, in Betrieb
sein möge und vor allem die Energie für das über den Schalter 31 und den Transformator
32 an die Sammelschienen 27 angeschlossene Lichtnetz 33 des Schiffes liefert. An
die Sammelschienen 27 sind über Schalter 34 und 35 sowie Transformatoren 36 und
37 und gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsgefäße 38 und 39 zwei Gleichstromkollektormotoren
40 und 41 angeschlossen, deren Erregerwicklungen über zwei weitere gittergesteuerte
Gas- oder Dampfentladungsgefäße 42 und 43 ebenfalls von den Sammelschienen 27 gespeist
werden. Die Einrichtung zur Veränderung der Gitterspannung sämtlicher Entladungsgefäße,
die sich nach dem oben Gesagten auf der Kommandobrücke des Schiffes befinden soll,
ist je durch einen Drehtransformator 44 bis 47 schematisch angedeutet. Mit der Propellerwelle
ist ferner noch ein Synchron- oder Asynchronmotor 48 gekuppelt, welcher über einen
Schalter 49 mit den Sammelschienen 27 verbunden werden kann.
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Zur Erreichung der höchsten Schiffsgeschwindigkeit sind sämtliche
in der Abb. i dargestellten Schalter zu schließen mit Ausnahme desjenigen Schalters,
welcher den Generator 29 mit den Sammelschienen 27 verbindet. Die Generatoren i9
bis z2 liefern an die Sammelschienen 27 Drehstromenergie, die in den Entladungsgefäßen
38 und 39 in ::Gleichstromenergie umgeformt und den Kollekformotoren 40 und 41 zugeführt
wird. Der t.xnchron- oder Synchronmotor 48 wird gleichzeitig über den Schalter 49
von den Sammelschienen ummittelbar gespeist, sofern das Schift mit konstanter Drehzahl
während einer längeren Zeit fahren soll. Über den Transformator 32 wird das Lichtnetz
33 des Schiffes, an welches auch kleinere Motoren angeschlossen werden können, ebenfalls
aus den Sammelschienen 27 gespeist. Die Erregerenergie der Kollektormotoren 40 und
4i wird über die Gleichrichter 42 und 43 ebenfalls von den Sammelschienen 27 geliefert.
Soll die Schiffsgeschwindigkeit heruntergesetzt werden, so wird der Schalter 49
ausgelegt und damit der Wechselstrommotor 48 spannungslos gemacht. Auf die Propellerwelle
arbeiten dann nur mehr die beiden Motoren 4o und 41, deren Drehzahl durch Änderung
des Erregerstromes, und zwar durch Steuerung der Gleichrichter 42 und 43, vermindert
werden kann. Zu diesem Zweck wird der die Erregerwicklungen durchfließende Strom
erhöht, während der Strom durch die Ankerwicklungen gleichzeitig mit Hilfe von in
der Abb. i nicht mit dargestellten Einrichtungen konstant gehalten wird. Derartige
Einrichtungen können in verschiedener Weise aufgebaut werden. Es können beispielsweise
zwischen die Entladungsgefäße 38, 39 einerseits und die Motoren 40, 41 andererseits
Kontaktamperemeter eingeschaltet werden, an deren vom Zeiger betätigten Kontakten
Relais liegen, welche einen Servomotor, der die Drehtransformatoren 45 und 46 verstellt,
einschalten. Sinkt der Strom im Ankerkreis, so wird von dem Amperemeterzeiger der
eine dieser Kontakte berührt, das an diesen Kontakt angeschlossene Relais zum Ansprechen
gebracht, und der Servomotor läuft im einen Drehsinne an, der Drehtransformator
45 bzw.46 wird im einen Sinne verstellt; wird der andere der Kontakte berührt, so
spricht das andere Relais an, der Servomotor dreht sich im anderen Sinne, und es
verstellt sich auch der Drehtransformator im anderen Sinne. Diese Einrichtung arbeitet
also in der Weise, daß der die Ankerwicklungen der Motoren 40 bzw. 41 durchfließende
Strom im Mittel konstant bleibt. Bei Benutzung einer derartigen Einrichtung zur
Konstanthaltung des Ankerstromes wird also die Drehzahl der Schiffspropeller nur
durch Änderung des Erregerstromes der Propellermotoren eingestellt. Man kann jedoch
die Drehzahlregelung auch in der Weise vornehmen, daß zunächst bei
konstant
gehaltenem Ankerstrom durch Änderung des Erregerstromes die Drehzahl auf einen bestimmten
Wert vermindert wird und daß von diesem Punkte an die Erregerstromstärke unverändert
beibehalten wird.
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Soll die Drehzahl des Propellers noch weiter vermindert werden, so
wird auch die Gitterspannung der Entladungsgefäße 38 und 39 geändert im Sinne einer
Verminderung des Ankerstromes der beiden Motoren.
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Hierbei verschlechtert sich bekanntlich der Leistungsfaktor auf der
Wechselstromseite des Gleichrichters. Erfindungsgemäß werden daher im folgenden
einzeln oder gemeinsam anzuwendende Einrichtungen beschrieben, die es gestatten,
eine erhebliche Verbesserung des Leistungsfaktors herbeizuführen. Es ist nämlich
von großer Bedeutung, daß auch bei geringerer Geschwindigkeit des Schiffes, insbesondere
bei der sog. Marschgeschwindigkeit von Kriegsschiffen, diejenigen Generatoren, die
die Antriebsenergie für das Schiff liefern, voll mit Wirkstrom belastet sind, dagegen
möglichst keinen Blindstrom führen. Es sollen deshalb bei Herunterregelung der Motorengeschwindigkeit
in den Entladungsgefäßen 38 und 39 zunächst die Gitterspannungen sämtlicher Anoden
geändert werden, derart, daß für alle Anoden der Einsatzpunkt der Entladung sich
vom Beginn der positiven Anodenspannungshalbwellen gleichmäßig entfernt. Nachdem
in dieser Weise eine gewisse Verminderung des Ankerstromes eingetreten ist und der
Leistungsfaktor sich nach dem oben Gesagten gleichzeitig auf beispielsweise o,75
verschlechtert hat, soll die Gitterspannung einer Gruppe von Anoden, beispielsweise
der Hälfte der Anoden, derart eingestellt werden, daß diese Gruppe nunmehr keinen
Strom führt, und gleichzeitig hiermit soll die Gitterspannung an den anderen Anoden
wieder derart eingestellt werden, daß zwischen diesen Anoden und der Kathode während
der ganzen positiven Anodenspannungshalbwelle Strom fließt. Der Leistungsfaktor
ist in diesem letzteren Fall dann wieder gleich i und verschlechtert sich erst wieder
in dem Maße, in dem auch die Gitterspannung an den verbleibenden Anoden im Sinne
einer Verminderung des durch das Gefäß fließenden Stromes geändert wird. Durch diese
Einrichtung wird ein im Mittel besserer Leistungsfaktor erreicht, als es bei über
den ganzen Leistungsbereich gleichmäßiger Steuerung sämtlicher Anoden möglich sein
würde. Der Leistungsfaktor des Motors bei nicht voller- Drehzahl wird dadurch verbessert,
daß in jedem Entladungsgefäß die beiden Gruppen von Entladungsstrecken vorgesehen
sind, wobei diese einzelnen Gruppen an Anzapfungen des Transformators mit verschiedenen
Spannungswerten gelegt sind. Die Drehzahlverminderung geht dann in der Weise vor
sich, daß zunächst die der kleineren Transformatorspannung zugeordnete Gruppe von
Entladungsstrecken gesperrt wird und die der größeren zugeordnete Strom führt. Die
Größe der Stromführung wird durch die Gitterspannung beeinflußt. Ist in dieser Weise
eine gewisse Drehzahl und damit ein gewisser Leistungsfaktor erreicht, so wird an
die der größeren Spannung zugeordnete Gruppe von Entladungsstrecken eine Sperrspannung
gelegt, während die Gitterspannung der der kleineren Anzapfspannung zugeordneten
Gruppe derart geändert wird, daß diese nunmehr während der vollen Halbwelle der
Wechselspannung Strom führt. Dadurch gelingt es, einen Leistungsfaktor von i wieder
zu erreichen. Zur Weiterverminderung der Drehzahl werden nun noch die kleinereTransformatorspannungsgruppe
oder -gruppen während eines Teiles der positiven Halbwelle gesperrt gehalten. Die
übrigen gemäß der Erfindung zur Verbesserung des Leistungsfaktors zu treffenden
Maßnahmen werden weiter unten erläutert im Anschluß an die Beschreibung einer anderen
Art von Motoren, die an Stelle der Kollektormotoren 40 und 41 in Abb. i verwendet
werden können.
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Die Einrichtungen, welche zur Änderung der Gitterspannung der Gefäße
38 und 39, und zwar sowohl zur kontinuierlichen Änderung als zur erwähnten Sperrung
einzelner Anoden dienen, können derart miteinander gekuppelt werden, daß die beschriebene
Verminderung des Gefäßstromes, welche anfänglich durch Steuerung aller Anoden, dann
durch Ausschaltung einzelner und von neuem beginnende Steuerung der verbleibenden
vor sich geht, durch Verdrehung eines einzigen Handrades o. dgl. bewirkt wird. Eine
solche Einrichtung kann beispielsweise in der Weise aufgebaut werden, daß den verschiedenen
Anodengruppen verschiedene Drehtransformatoren zugeordnet sind, die mit der Welle
des erwähnten Handrades lösbar gekuppelt sind. Zur Verminderung des Gefäßstromes
sind dann zunächst alle Drehtransformatoren an die Welle des Handrades angekuppelt
und werden gleichzeitig durch Verdrehung dieses Rades verstellt. Nachdem der Leistungsfaktor
von (nach der oben gemachten Voraussetzung) o,75 erreicht ist, wird derjenige Drehtransformator,
welcher der nunmehr auszuschaltenden Anodengruppe zugeordnet ist, von der Welle
des Handrades abgekuppelt und beispielsweise durch einen Elektromagneten, der gleichzeitig
erregt wird, um einen weiteren Winkel, der den bereits zurückgelegten Verdrehungswinkel
zu i8o° ergänzt, verstellt. Die betreffende Anodengruppe
ist von
nun an vollkommen undurchlässig. Die Abkupplung des erwähnten Drehtransformators
und die Verdrehung um den Komplementärwinkel kann dabei durch einen von der Welle
des Handrades geschlossenen Kontakt eingeleitet werden. Die übrigen Drehtransformatoren
werden in der erwähnten Stellung des Handrades gleichzeitig ebenfalls abgekuppelt
und um den bereits zurückgelegten Winkel zurückverstellt, derart, daß die von ihnen
gelieferten Gitterspannungen mit den betreffenden Anodenspannungen wieder in Phasenübereinstimmung
sind. Wenn das Handrad dann in der gleichen Richtung wie vorher weiterverdreht wird,
wird der Gefäßstrom weiter vermindert, wobei der Leistungsfaktor wieder den Bereich
zwischen i und 0,75 durchläuft. An Stelle dieser Einrichtung kann auch eine
Schaltwalze nach Art der bei elektrischen Straßenbahnen bekannten sog. Kontroller
verwendet werden. Die Änderung der Gitterspannung geht dann auch innerhalb des Leistungsfaktorbereiches
von z bis 0,75 sprunghaft vor sich, indem durch die einzelnen Kontakte des
Kontrollers zwischen die Steuergitter und die Kathode des Gefäßes Spannungen, welche
miteinander einen gewissen Phasenwinkel einschließen, gelegt werden. Zur Erzeugung
dieser an den einzelnen Kontakten des Kontrollers liegenden Gitterspannung kann
beispielsweise eine Einrichtung nach Art der Abb. z a dienen. Bei dieser ist an
die Sekundärseite eines Transformators 5o, dessen Primärwicklung von den Sammelschienen
z7 oder dem Transformator 36 bzw. 37 gespeist wird, die Serienschaltung eines Widerstandes
51 und einer Drosselspule 52 angeschlossen. Zwischen den Kontakten 54 kann
dann eine Wechselspannung abgenommen werden, welche sich gegenüber der an der Primärwicklung
des Transformators 50 liegenden Spannung und damit gegenüber der an den Anoden des
Gefäßes liegenden in der aus Abb. a b ersichtlichen Weise verändert. In dieser bedeutet
55 die an der Primärwicklung des Transformators liegende Spannung und 56, 57, 58
... die zwischen den- Kontakten 53 und einem der Kontakte 54. abgreifbare Spannung.
Wie die Abb. ab zeigt, kann die Phasenlage der Giiterspannung gegenüber der Anodenspannung
durch Wahl eines entsprechenden Kontaktes nach Belieben eingestellt werden.
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Bei Verwendung einer der beiden zuletzt beschriebenen Einrichtungen
sind in der Nullstellung des erwähnten Handrades oder der Steuerwalze alle Anoden
der Gefäße 38 und 39 völlig gesperrt. Die Generatoren können also, während das Schiff
noch ruht, hochgefahren werden und voll erregt und die Schiffsschrauben dann lediglich
durch Verstellung des Steuerorgans für die Gitterspannungen angelassen werden.
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Auch wenn, wie oben erwähnt, die Drehzahlsteuerung der Propellermotoren
nur durch Änderung des Erregerstromes der Motoren erfolgt, der Ankerstrom der Motoren
dagegen konstant gehalten wird, ist es zweckmäßig, den im Anker des Motors fließenden
Strom in der Ruhelage des Ankers, d. h. vor dem Anlassen der Schiffsschrauben, völlig
zu sperren. Hierzu kann beispielsweise ein von der Welle des Steuerhebels betätigter
Kontakt benutzt werden, über welchen die Steuergitter aller Anoden ein Sperrpotential
erhalten, das erst verschwindet, wenn der Steuerhebel auf »Fahrt« gestellt wird.
Erst in diesem letzteren Falle tritt dann die oben beschriebene Regelung auf konstanten
Ankerstrom in Wirksamkeit.
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Weiter oben wurde bereits gesagt, daß sowohl Gleichstromkollektormotoren
als auch ventilgesteuerte Motoren bei der Ausführung des Erfindungsgedankens Verwendung
finden können. Wie der Abb. z zu entnehmen ist, dienen im letzteren Falle Entladungsgefäße
38 und 39 der Abb. z dazu, sowohl eine Drehzahlregelung als auch die Herbeiführung
eines Drehfeldes (Kommutierung) in den einzelnen Motorwicklungen zu bewirken.
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Der Erläuterung der besonderen Bedeutung eines ventilgesteuerten Motors
für einen Schiffsantrieb sei die Beschreibung der Wirkungsweise eines solchen Motors
vorausgeschickt. Die Schaltungsanordnung ist in Abb.3 dargestellt und bedarf keiner
besonderen Erläuterung. Es sei lediglich erwähnt, daß die dreiphasige Ankerwicklung
des Motors (von welcher nur die eine Phase 58, 59 mit Bezugszeichen versehen ist)
im Raum feststeht und daß die Erregerwicklung 6o, welcher der Erregerstrom über
Schleifringe 61, 62 zugeführt wird, umläuft. Es sei angenommen, daß sich
die Erregerwicklung 6o in der in Abb. 3 dargestellten Lage befinde und sich im Uhrzeigersinne
drehen möge. An die Steuergitter der Anoden 65 soll dabei über die Schaltwalze 63,
die aus leitenden und isolierenden halbkreisförmigen Segmenten zusammengesetzt ist,
ein gegenüber der Kathode des Gefäßes 38 positives Potential gelegt werden. An den
Steuergittern der Anoden 64 liegt währenddessen ein Potential, welches den Stromdurchgang
zwischen diesen Anoden und der Kathode des Gefäßes verhindert; in dem betrachteten
Augenblick fließt also Strom von der einen oder der anderen der Anoden 65 zur Kathode
des Gefäßes 38, über die Drosselspule 66 zum Sternpunkt der Phase 58, 59 und von
dort über die Phasenhälfte 59 zum Mittelpunkt der Transformatorsekundärwicklung
57, von welcher er
sich über die jeweils brennende der Anoden 65
schließt. Die Erregerwicklung 6o, die in derselben Weise wie die Erregerwicklung
des Motors ,4o oder 41 in Abb. i gespeist werden kann, erfährt daher ein Drehmoment.
Kurz bevor die Erregerwicklung 6o die neutrale Lage erreicht hat, wird durch die
Schaltwalze 63 an die Steuergitter der Anoden 65 ein gegenüber der Kathode negatives,
an die Steuergitter der Anoden 64 ein gegenüber dieser Kathode positives Potential
gelegt. Es setzt daher auch zwischen den Anoden 64 und der Kathode eine Entladung
ein. Zur Erläuterung des Kommutierungsvorganges, der ja spätestens bei Erreichung
der neutralen Zone durch den Läufer des Motors beendet sein muß, kann nun zwischen
einem Gleichstromkurzschlußkreis und einem Wechselstromkurzschlußkreis unterschieden
werden. Der Gleichstromkurzschlußkreis verläuft von der Kathode über die Drosselspule
66 und verzweigt sich im Sternpunkt der Ankerphase 58, 59; er verläuft also über
diese beiden Phasenhälften zu den Mittelpunkten der Sekundärwicklungen 56, 57 sowie
von dort über die Anodenpaare 64, 65 zurück zur Kathode des Gefäßes. Sobald die
Entladung zwischen den Anoden 64 und der Kathode begonnen hat, werden die beiden
Wicklungen 58 und 59 derart vom Strom durchflossen, daß ihre Induktivitäten sich
gegenseitig praktisch aufheben. Der Strom im Gleichstromkurzschlußkreis wird also
vom Augenblick der Zündung der Anoden 64 an ansteigen, und dieser Anstieg wird dabei
nur durch die Drosselspule 66 begrenzt. Gleichzeitig wird jedoch durch die Summe
der von den Sekundärwicklungen 56, 57 gelieferten Spannungen noch ein weiterer Strom
in dem Wechselstromkurzschlußkreis erzeugt. Dieser Stromkreis verläuft von den Anoden
64 zur Kathode des Gefäßes 38, von dort über die Anoden 65 zur Sekundärwicklung
57, der Phasenhälfte 59, dem Sternpunkt der Phase 58, 59, die Phasenhälfte 58 und
über die Sekundärwicklungen 56 zurück zu den Anoden 64. Der in diesem Kurzschlußkreis
fließende Strom ist zwischen den Anoden 64 und der Kathode des Gefäßes von gleicher,
dagegen zwischen der Kathode und den Anoden 65 von umgekehrter Richtung als der
vorher beschriebene Strom des Gleichstromkurzschlußkreises. Sobald daher der Betrag
des im Wechselstromkurzschlußkreis fließenden Stromes den Teilbetrag des über die
Anoden 65 fließenden Stromes des Gleichstromkurzschlußkreises übersteigt, erlischt
die Entladung zwischen den Anoden 65 und der Kathode endgültig, und es findet nur
mehr eine Entladung zwischen den Anoden 64 und der Kathode statt, so daß also von
diesem Zeitpunkt an ausschließlich die Phasenhälfte 58 gespeist wird, die Phasenhälfte
59 dagegen vollkommen stromlos ist. Das nunmehr auf den Läufer des Motors ausgeübte
Drehmoment wirkt ebenso wie vor dem Kommutierungsvorgang im Sinne des Uhrzeigers.
Wenn der Läufer des Motors die nächste halbe Umdrehung zurücklegt, geht die Entladung
von den Anoden 64 wieder auf die Anoden 65 in der beschriebenen Weise über, so daß
von diesem Zeitpunkt an die Phasenhälfte 58 wieder stromlos und die Phasenhälfte
59 wieder gespeist ist. Die beiden anderen Phasen der Ankerwicklung des Motors arbeiten
in der gleichen Weise wie die Phasen 58, 59, so daß also immer, wenn der Motorläufer
einen Winkel von 6o° zurückgelegt hat, in einer der drei Phasen eine Kommutierung
vor sich geht, wobei nach Zurücklegung eines Winkels von i8o° die Kommutierung wieder
in derselben Phase stattfindet. Es sei noch erwähnt, daß die Drosselspule 66 mit
den den beiden anderen Ankerwicklungsphasen zugeordneten Drosselspulen magnetisch
verkettet ist.
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Die Regelung der Drehzahl eines derartigen ventilgesteuerten Motors
kann ebenfalls durch Beeinflussung der an den Steuergittern des Entladungsgefäßes
liegenden Spannung bewirkt werden. Dies wird ohne weiteres klar, wenn man sich vergegenwärtigt,
daß in den Gleichstromzweig des Entladungsgefäßes wegen der Drosselspule 65 ein
nahezu konstanter Gleichstrom fließt und daß die Höhe dieses Gleichstromes in derselben
Weise wie bei einem gewöhnlichen gittergesteuerten Gleichrichter durch Veränderung
der Gitterspannung eingestellt werden kann.
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Mit der Anwendung von ventilgesteuerten Motoren für Schiffsantriebe
ist der besondere Vorteil verbunden, daß dabei mit höheren Spannungen gearbeitet
werden kann als bei Verwendung von Kollektormotoren und daß wegen des besonders
geringen Trägheitsmomentes der ventilgesteuerten Motoren (der Läufer rotiert, während
die Arbeitswicklung feststeht) -auch .das Reservieren der Schiffspropeller schneller
erfolgen kann, als dies bei Verwendung von Gleichstromkallektormotoren, wie sie
in. Abb. i dargestellt sind, möglich ist. Es wird also durch Verwendung voll ventilgesteuerten
Motoren die Manöv rierfähigkeit des Schiffes nicht unerheblich verbessert.
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Es soll nun noch eine Anordnung besprochen werden, die für Kollektormotoren
und für ventilgesteuerte Motoren gleichmäßig anwendbar ist und die zur Verbesserung
des Leistungsfaktors bei nicht voller Schiffsgeschwindigkeit, welche aus den obenerwähnten
Gründen von großer Bedeutung ist, dient.
Man kann nämlich bei nicht
voller Schiffsgeschwindigkeit das eine der Entladungsgefäße 38, 39 in Abb. i völlig
ausschalten und unter gleichzeitiger Feldschwächung .die beiden Motoren in Serienschaltung
an das andere der Gefäße anschließen. Es liegt dann an den einzelnen Motoren eine
gegenüber der in Abb. i dargestellten Schaltung verminderte Spannung, und demgemäß
läßt sich eine Drehzahl, die einer geringeren als der höchsten Schiffsgeschwindigkeit
.entspricht, erzielen. Nichtsdestoweniger kann in diesem Fall mit einer vollen Aussteuerung
aller oder eines Teiles der Anoden in dem betreffenden Entladungsgefäß gearbeitet
werden, so daß also der Leistungsfaktor gleich i ist.
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Der Verbesserung des Leistungsfaktors bei nicht voller Schiffsgeschwindigkeit
dient ferner noch eine andere Einrichtung. Zwischen die Dieselmaschinen io bis 14
und die Generatoren i9 bis 22 sind, wie in Abb. i dargestellt, Kupplungen 15 bis
18 eingefügt. Wenn das Schiff mit nicht voller Geschwindigkeit fährt und die bisher
besprochenen Mittel zur Leistungsfaktorverbesserung nicht ausreichen, können diejenigen
Generatoren, welche keine Wirkleistung zu liefern haben, von den Dieselmaschinen
abgekuppelt werden und als Blindstrommaschinen laufen. Hierdurch wird es möglich,
die mit Wirkstrom belasteten Generatoren vom Blindstrom vollkommen zu entlasten
und somit ihre Antriebsdieselmaschinen voll auszusetzen.
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Bei der Verwendung ventilgesteuerter Motoren kann bei verminderter
Drehzahl der Leistungsfaktor ferner noch durch eine ähnliche Einrichtung verbessert
werden, wie sie oben bereits für Kollektormotoren beschrieben ist. Es können nämlich
an die Steuergitter einer oder zweier Motorarbeitswicklungsphasen Spannungen gelegt
werden, welche den Stromdurchgang durch diese Phasen völlig sperren. Der ersten
Geschwindigkeitsstufe entspricht dabei eine Sperrung einer Motorphase, der zweiten
Geschwindigkeitsstufe, d. h. einer noch stärker verminderten Geschwindigkeit, eine
Sperrung zweier Motorphasen. Um bei dieser Betriebsart eine unsymmetrische Generatorbelastung
möglichst zu vermeiden, werden zweckmäßig in den verschiedenen auf derselben Propellerwelle
sitzenden Motoren verschiedene Phasen gesperrt. Die unsymmetrische Generatorbelastung
läßt sich dabei vollständig vermeiden, wenn je Propellerwelle drei Motoren vorgesehen
sind. Werden für den Augenblick diese drei Motoren mit I, II und III bezeichnet
und ihre Phasen mit i, 2 und 3, so sind für die erste, der Höchstdrehzahl am nächsten
liegende Geschwindigkeitsstufe beispielsweise die Motorphasen Il, II= und 1113 zu
sperren oder auch die Motorphasen h, 113 und IIII usw. Für die nächste Stufe, die
einer stärker verminderten Geschwindigkeit entspricht, dagegen die Phasen II, h,
IL;, 113, 1113, IIII oder auch die Phasen I3, I3, II3, III, HII, III3 usw.
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Zur Erhöhung der Manövriergeschwindigkeit soll ferner beim Revers.ieren
der Schiffsschraube die lebendige Kraft der Motoren und Schiffspropeller dadurch
vernichtet werden, daß seitens der Motoren elektrische Energie abgegeben und an
die Sammelschienen 27 zurückgeliefert wird. Bei Gleichstromkollektormotoren läßt
sich die Energierücklieferung ohne weiteres in an sich bekannter Weise durch Veränderung
der Gitterspannungen der Entladungsgefäße erzielen, sofern man die Stromrichtung
in der Erregerwicklung umkehrt. Das letztere ist bei entsprechender Ausbildung der
Gleichrichter 42, 43 und ihrer Steuerungseinrichtungen 44 47 ohne weiteres möglich.
Bei ventilgesteuerten Motoren geschieht das Zurückarbeiten auf die Sammelschienen
27 ebenfalls durch Änderung der Stromrichtung in der Erregerwicklung und durch entsprechende
Steuerung der Hauptentladungsgefäße 38, 39-Diese Steuerung geht bei ventilgesteuerten
und bei Kollektormotoren in der Weise vor sich, daß der Schnittpunkt der Gitterspannung
mit der Zündkennlinie der Entladungsstrecke in umgekehrter Richtung verschoben wird,
als es bei der Verminderung des Gefäßstromes zum Zwecke der Drehzahlverminderung
des Motors geschieht.
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Der Erregerstrom für die Generatoren i9 bis 22 kann ebenfalls von
den Sammelschienen 27 über gittergesteuerte Gleichrichter bezogen werden. Hierdurch
kann an Gewicht für die Generatorensätze nicht unerheblich gespart werden.
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Um unerwünschte Einflüsse des Schlingerns und Stampfens des Schiffes
auf den Arbeitsvorgang in den Entladungsgefäßen auszuschalten, sollen vorzugsweise
Entladungsgefäße mit Glühkathode verwendet werden. Für den Schiffsbetrieb sind Glühkathodengefäße
solchen mit Quecksilberkathode gegenüber insofern im Vorteil, als bei ihnen nicht
durch Herumspritzen des Quecksilbers innerhalb des Gefäßes Rückzündungen u. dgl.
eintreten können.
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Es können jedoch auch Entladungsgefäße mit Quecksilberkathode verwendet
werden, sofern eine kardanische Aufhängung dieser Gefäße vorgesehen wird. Die Zuführungen
zu den Anoden sollen dabei vorzugsweise nach Art der Abb. 4 ausgeführt werden. Diese
Abbildung zeigt ein Gleichrichtergefäß mit Quecksilberkathode, welches in den' Lagern
66 und 67 eines Kardangelenkringes aufgehängt ist. Die Zuführungen zu den Anoden
des
Gefäßes bestehen dabei aus in sich starren Leitungsteilen 68,
welche Drehgelenke enthalten, die in der Verhindungslinie der Lager 66 und 67 liegen.
An diese Drehgelenke sind mit den Leitungsteilen 68 andere ebenfalls in sich starre
Leitungsteile gekuppelt, die ebenfalls an ihrem anderen Ende Drehgelenke besitzen,
welche in der zu der Verbindungslinie der Lager 66, 67 senkrechten Verbindungslinie
der Lager des äußeren Kardanringes liegen. Durch eine derartige Anordnung ist es-
möglich, ein Entladungsgefäß kardanisch aufzuhängen, ohne flexible Zuführungsleitungen
zu den Anoden zu benutzen. Eine entsprechende Anordnung kann auch für die Kathodenzuführung
getroffen werden. Ferner ist es von Vorteil, eine Dämpfungseinrichtung, beispielsweise
eine Wirbelstrom- oder eine Flüssigkeitsdämpfung, vorzusehen, durch welche einmal
entstandene Schwingungen gedämpft werden.