DE656278C - Anordnung zur Drehzahlregelung eines elektrischen Schiffsschraubenantriebes - Google Patents

Anordnung zur Drehzahlregelung eines elektrischen Schiffsschraubenantriebes

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DE656278C
DE656278C DEA67030D DEA0067030D DE656278C DE 656278 C DE656278 C DE 656278C DE A67030 D DEA67030 D DE A67030D DE A0067030 D DEA0067030 D DE A0067030D DE 656278 C DE656278 C DE 656278C
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discharge paths
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DEA67030D
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Inventor
Erich Nagel
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AEG AG
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AEG AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/26Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using discharge tubes

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. AnordnungzurDrehzahlregelungeines elektrischen Schiffsschraubenantriebes, bei dein .ein oder mehrere Wechsel- oder Drehstromgeneratoren ein oder mehrere Propellermotoren speisen, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Verwendung gelangenden Gleichstromkollektor- oder ventilgesteuerten Motoren von ein oder mehreren Gefäßen mit mindestens zwei Gruppen von gittergesteuerten Entladungsstrecken gespeist werden, wobei diese an gleich hoher Spannung arbeiten, und bei denen die Steuerorgane für die Gitterspannung der den einzelnen Gruppen von Entladungsstrecken zugeordneten Steuergitter derart miteinander gekuppelt sind, daß bei der Verminderung der Motordrehzahl vom Höchstwert auf den Nullwert nacheinander zunächst die Gitterspannung für sämtliche Gruppen von Entladungsstrecken im Sinne einer Verminderung der Stromdurchlässigkeit aller Entladungsstrecken verändert wird, sodann mindestens eine der Gruppen von Entladungsstrecken vollkommen stromundurchlässig gemacht und gleichzeitig die Gitterspannung an den verbleibenden Gruppen wieder derart geändert wird, daß diese während der vollen positiven Spannungshalbwelle Strom führen und darauf durch weitere Verstellung der Gitterspannung auch der die verbleibenden Gruppen durchfließende Strom vermindert wird. :
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gruppen von Entladungsstrecken an Anzapfungen der Transformatoren mit verschiedenen Spannungswerten, beispielsweise mit der halben Spannung, liegen und derart geregelt werden, daß bei nicht voller Beanspruchung der Leistung des betreffenden, einem Entladungsgefäß zugeordneten Motors zum Zwecke der Spannungsverminderung am Anker bei gleichbleibendem Leistungsfaktor die eine Anodengruppe, die der vollen Ankerspannung des Motors entspricht, bei voller Leistung die andere der verminderten Ankerspannung entsprechende Gruppen von Entladungsstrecken mit Hilfe eines Sperrpotentials an den zugeordneten Steuergittern abgeschaltet ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i oder für Gleichstromkollektorpropellermotoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Ankerstrom der Motoren durch selbsttätig wirkende Einrichtungen konstant gehalten wird und die Regelung der Motorendrehzahl nur durch Veränderung des Erregerstromes erfolgt und daß auf der Welle des den Erregerstrom steuernden Hebels Kontakte angebracht sind, über welche an die Steuergitter der den Motoranker speisenden Gefäße eine Sperrspannung gelegt wird. q..
  4. Anordnung nach Anspruch i und folgenden für Gleichstromkollektorpropellermotoren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des die Entladungsstrecken durchfließenden Stromes eine Schaltwalze verwendet wird und daß von den Kontakten dieser Schaltwalze unmittelbar oder über Zwischenrelais die Gitterspannung der Entladungsstrecken geschaltet wird.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i oder a für ventilgesteuerte Motoren, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere ventilgesteuerte Motoren, . die von zwei oder mehreren Gruppen von Entladungsstrecken gespeist werden, auf ein und dieselbe Propellerwelle arbeiten.
  6. 6. Anordnung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Arbeitswicklungsphasen durch eine Sperrspannung an den Steuergittern der ihnen zugeordneten Entladungsstrekken völlig ausgeschaltet werden, wobei diese Phasen in den einzelnen auf derselben Propellerwelle sitzenden Motoren derart ausgewählt sind, daß die Drehstromgeneratoren ganz oder nahezu symmetrisch belastet bleiben.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Schalteinrichtungen vorgesehen sind, mittels derer bei der maximalen Schiffsgeschwindigkeit die Propellermotoren parallel geschaltet arbeiten und von allen Gruppen von Entladungsstrecken gespeist werden, mittels derer bei verminderter Schiffsgeschwindigkeit die Ankerwicklungen der Motoren in Reihe geschaltet werden und von nur einer der Gruppen gespeist werden können.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane für die an den Gittern der Entladungsstrecken liegenden Spannungen derart verstellbar eingerichtet sind, daß beim Reversieren der Propeller und Manövrieren des Schiffes die lebendige Kraft der Propellermotoren und Propeller durch Rücklieferung von elektrischer Energie an die Generatoren gebremst werden kann.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Antriebsmaschinen und die Generatoren Kupplungen eingefügt sind, derart, daß bei einer kleineren als der Höchstgeschwindigkeit des Schiffes einzelne Generatoren abgekuppelt werden und als Blindstrommaschinen laufen können. io.
  10. Anordnung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenzuführungen und die Kathodenzuführung der kardanisch. aufgehängten Entladungsstrecken unter Vermeidung flexibler Verbindungsleitungen aus einzelnen in sich starren Leitungsteilen bestehen, welche in den Drehachsen der beiden Kardanringe Gelenke besitzen. i i.
  11. Anordnung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise mit den Propellerwellen Asynchron- oder Synchronmotoren gekuppelt sind, die nur bei der höchsten Schiffsgeschwindigkeit an die Drehstromgeneratoren angeschlossen werden.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Gruppen von Entladungsstrecken, die Ausschaltung einzelner Gruppen und die von neuem beginnende Aussteuerung der verbleibenden Gruppen durch Verdrehung eines einzigen Handrades o. dgl. bewirkt wird, und zwar dadurch, daß die :den einzelnen Gruppen von Entladungsstrecken zugeordneten Drehtransformatoren mit der Welle des Handrades lösbar gekuppelt sind.
  13. 13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Welle des Handrades im gegebenen Augenblick abgekuppelten Drehregler durch einen Elektromagneten zurück- oder weiterverdreht werden. 1q..
  14. Anordnung nach Anspruch 1a oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkupplung der Drehtransformatoren sowie die Einleitung der Verdrehung durch einen von der Welle des Handrades geschlossenen Kontakt eingeschaltet wird.
  15. 15. Anordnung zur Steuerung der einzelnen Gruppen von Entladungsstrecken nach Anspruch i und folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekannter Kontroller :die Gittersteuerspannungen, die von den Anzapfungen einer Brücke aus einer Transformatorwicklung, einem Ohmschen und einem induktiven Widerstand abgegriffen werden, den einzelnen Entladungsstrecken oder Gruppen von Entladungsstrecken zuführt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE951506C (de) * 1943-04-22 1956-10-31 Bbc Brown Boveri & Cie Thermoelektrischer Fahrzeugantrieb
DE958408C (de) * 1944-11-23 1957-02-21 Siemens Ag Regelantrieb fuer die Hilfsmaschinen eines Dampfkraftwerkes

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