DE679153C - Elektrischer Schifsantrieb - Google Patents

Description

Für den Antrieb von Schiffsschrauben bietet die elektrische Kraftübertragung mancherlei Vorteile. Bei großen Anlagen kommt dabei namentlich- Drehstrom zur Anwendung. Die Generatoren zur Erzeugung des Dreh'stromes werden von Turbinen oder Ölmotoren angetrieben. Bei Verwendung nur eines Synohfonmotors auf der Schraubenwelle muß die Drehzahlregelung der Sehraubenantrieibsmotoren durch Drehzahlregelung an diesen Antriebsmaschinen bewirkt werden, weil bei -Drehstrom eine Regelung des Motors durch Leonardschal'tung, wie sie bei Gleichstrom bekannt ist, nicht möglich ist. Die niederen Schraubendrehzahlen, wie sie für die Fahrtstufen der geringeren Sehiffsgeschwindigkeiten, etwa beim Einlaufen eines Schiffes in einen Hafen oder bei Fahrt im Nebel, erforderlich sind, bieten insofern Schwierigkeiten, als die Turbine bzw. der Ölmotor mit einer unwirtschaftlichen Drehzahl und mit geringer Belastung laufen muß. Besonders für den Ölmotor hat die weite Herabregelung der Drehzahl Nachteile, weil dann die Verbrennung schlecht wird und der Ölmotor leicht verrußt.

Aus diesem Grunde sind verschiedene Systeme von Kraftübertragungen mit Drehstrom entwickelt worden, bei denen eine Fahrtstuf enschaltung der Schraubenantriebsmotoren ohne weitgehende Regelung der Primärmaschinen möglich ist. Dabei werden Synchronmotoren als Schraubenantriebsmotoren bevorzugt, weil diese einen besseren Wirkungsgrad als die Asynchronmotoren haben und durch eine geeignete Einstellung der Erregung ohne Phasenverschiebung arbeiten können. Infolgedessen ist auch die Anwendung von Asynchronmotoren mit Polumschaltung für niedere Drehzahlen nicht zweckmäßig und deshalb wenig ausgeführt.

Man hat vielfach an Stelle eines einzigen Schraubenmotors auf der gleichen Welle zwei Motoren angeordnet. Bei einer bekannten Anordnung dient als Marschmotor ein von einem oder mehreren Synchrongeneratoren gespeister Asynchronmotor, der bei voller Fahrt gemeinsam mit einem von einem oder mehreren Asynchrongeneratoren gespeisten Synchronmotor die Welle antreibt. Abgesehen davon, daß bei dieser Anordnung wiederum die obenerwähnten Nachteile der Asynchronmotoren auftreten, sind bei ihr mehrere verschiedenartige Generatoren erforderlich. Um die beiden Motoren der gleichen Welle von einem gemeinsamen Generator speisen zu können, hat man auch schon die Verwendung von zwei gleichartigen Motoren angegeben, von denen mindestens der eine eine polumschaltbar Wicklung besitzt. Bei der bekannten Anordnung ergeben sich durch die Polumschaltung lediglich zwei günstigste Generatordrehzahlen, außerdem bedingt die Polschaltung gerade bei Verwendung von Synchronmotoren einen erheblichen Aufwand an Schaltgeräten, da auch die Läuferwicklungen umgeschaltet werden müssen.
Die Verwendung mehrerer Asynchronmoto-

ren und ihre Kaskadenschaltung bringen für die Bemessung der Anlage keine Vorteile, wenn auch hierdurch eine Drehzahlregelung, etwa in Verbindung mit der Polumschaltung.,; erreicht werden kann. ;._;^

Das Zusammenarbeiten eines Synchronst, motors als Hauptmotor mit einem asynchron nen Zusatzmotor in Kaskadenschaltung, wie es ebenfalls vorgeschlagen ist, läßt nur ein ίο größeres Übersetzungsverhältnis zwischen der Generatorantriebsmaschine und der Schiffsschraube erreichen. Ein Parallelarbeiten beider Motoren zur Erzielung der höchsten 'Fahrtstufe kann mit dieser Anordnung aber nicht herbeigeführt werden; die Hintereinanderschaltung von Synchronmotor und Asynchronmotor schafft also keine Fahrtstufenschaltung.

Weiterhin hat man zur Erreichung des be- * absichtigten Zweckes für die Motoren auch doppelt speisbare Asynchronmotoren mit Speisung durch Generatoren veränderlicher Periodenzahl vorgeschlagen. Durch Betrieb des Motors als einfach gespeister Asynchronmotor lassen sich hierbei zwei Fahrtstufen mit günstigster Generatordrehzahl erreichen. Da jedoch die Ständer- und Läuferwicklung dieser Motoren von getrennten Generatoren gespeist werden, erfordern sie eine kompli-, 30 zierte Primärkraftanlage mit unterschiedlicher Drehzahlregelung der Kraftmaschine.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Drehstromkraftübertragung mit Fahrtstufenschaltung zum Antrieb von Schiff sschrauben zu schaffen, bei der infolge einer besonderen neuen Ausbildung der Motorenanlage die Primärmaschinen in allen Fahrtstufen mit günstigen Drehzahlen laufen, bei denen ein sehr hoher Wirkungsgrad erreicht wird.

Ausgehend von den bekannten Schiffsantrieben mit einem Drehstromsynchronhauptmotor und einem zusätzlichen Drehstrommotor als Marse'hmotor auf gemeinsamer, bei voller Fahrt von beiden Motoren angetriebener Welle wird erfindungsgemäß als Zusatzmotor ein -doppelt speisbarer Asynchronmotor verwendet, der die doppelte Polzahl wie der Synchronmotor besitzt und an den oder die gleichen Generatoren wie der Synchronmotor angeschlossen ist. Da der doppelt speisbare Motor in an sich bekannter Weise auch als einfach gespeister Motor mit halber Drehzahl oder in der für einfach gespeiste Asynchronmotoren bekannten Weise in Kaskadenschaltung mit dem Synchronmotor betrieben werden kann, ergeben sich bei gleicher günstigster Generatordrehzahl sodann bereits drei \'erschiedene Grundgeschwindigkeiten der -Weile, ohne daß polumschaltbar« Wicklungen oder verschiedenartige Generatoren für die Speisung der beiden Motoren· vorgesehen werden müssen.

Gleichzeitig bietet die Anordnung die Vor- " ,.'teile, daß die Primärkraftanlage einfach ■ bleibt, daß die Einstellung der verschiedenen i._f Fahrtstuf en leicht und sicher geschieht und "■daß das Manövrieren und Umsteuern sicher und mit gutem Drehmoment erfolgt.

Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß der als Hauptmotor anzusprechende Synchronmotor erheblich kleiner ausgelegt werden kann als bisher, wodurch sich die äußeren Abmessungen, namentlich der Durchmesser, nicht unwesentlich verkleinern. Andererseits fällt der doppelt speisbare Asynchronmotor verhältnismäßig klein aus, weil durch die Doppelspeisung das Drehmoment sich annähernd auf das Doppelte erhöht, also ein solcher Motor gegenüber einem einfach gespeisten Motor mit gleichem Drehmoment entsprechend kleiner in den Abmessungen ist.

Auf diese Weise ergeben sich für den Einbau an Bord günstigere Verhältnisse. Besonders gilt dies für den Fall 'des Einbaues im Hinterschiff, wo der Platz an und für sich sehr knapp ist. Aber auch für die anderen Fahrtstufen erweist sich der Schraubenantrieb gemäß der Erfindung als vorteilhaft. So kann erfindungsgemäß der doppelt speisbare Asynchronmotor den Antrieb der Schraube bei der Fahrtstufe »Kleine Fahrt« allein übernehmen. Dabei wird der Synchronmotor abgeschaltet, während der Asynchronmotor, jetzt mit kurzgeschlossener Ständer- wicklung, mit halber Drehzahl arbeitet.

Bei der Fahrtstufe »Langsame Fahrt« werden der Asynchronmotor und der Synchronmotor in Kaskade geschaltet, wobei der Synchronmotor an die Sekundärseite des ständer- 1°° oder läuferseitig vom Generator gespeisten Asynchronmotors angeschlossen wird.

Der -Erfindungsgedanke ist beispielsweise in den in der Zeichnung wiedergegebenen schematischen Schaltanordnungen verkörpert. Die Abbildungen zeigen die Schraubenantriebssehaltungen, und zwar:

Abb. ι für »Volle Fahrt«, Abb. 2 für »Halbe Fahrt«, Abb. 3 für »Kleine Fahrt« und Abb. 4 für »Langsame Fahrt«;

Abb. 5 zeigt die Antriebsanlage in der Einstellung für die Stoppstufe;

Abb. 6 ist ein Schaulinienblatt mit Zahlentafel, das die in Betracht kommenden Verhältnisse erläutert.

An Fahrtstufen sind, wie das Schaulinienblatt zeigt, vorhanden:

»Volle Fahrt« für die Fährt mit voller Maschinenleistung;

»Halbe Fahrt« für eine Fahrt mit erheblich herabgesetzter Maschinenleistung;

»Kleine Fahrt« für eine Schiffsgeschwindigkeit im Betrage von etwa der halben Vollfahrtgeschwindigkeit, wie sie besonders für die Fahrt im Nebel von Bedeutung ist;
»Langsame Fährt« für ganz geringe Geschwindigkeiten, wie sie· beim Einlaufen in Häfen und beim Fahren in schwierigen Gewässern unentbehrlich sind.

Hinzu kommt noch die Stoppstufe. Hier

to geschieht das Abbremsen und Festhalten der Schraube, wie es für ein rasches und sicheres Manövrieren des Schiffes nötig ist und auch beim stilliegenden Schiff nützlich sein kann.

Wie diese Fahrtstufen mit der Schaltungs-

j5 anordnung gemäß der Erfindung verwirklicht werden, geht aus den Abb. ι bis 5 hervor.

Danach treibt die Turbine 1 den Generator 2 an. Dieser erzeugt den zum Betrieb der Motoren 3 und 4 erforderlichen Strom. Die Primäranlage mit der Turbine 1 und dem Generator 2 ist eine normale Ausführung ohne besondere Hilfseinrichtungen; sie kann auch zur Speisung der elektrischen Hilfsanlage für den Schiffs- und Maschinenbetrieb herangezogen werden.

Der Motor 3 ist als der Hauptmotor anzusprechen, während der Motor 4 als Marschbzw. Zusatzmotor bezeichnet werden kann. Wesentlich ist vor allem, daß bei der Fahrtstufe »Volle Fahrt« der Motor 4 den Motor 3 unterstützt, wie weiter unten dargelegt werden wird.

Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades wird der Hauptmotor in üblicher Weise als Synchronmotor ausgebildet. Als Marsch- oder Zusatzmotor dient erfindungsgemäß, dagegen ein doppelt speisbarer Asynchronmotor oder Induktionsmotor, dessen Polzahl gleich der doppelten des Synchronmotors gewählt ist.

Wegen dieser Verdoppelung der Polzahl wird dieser Motor bei Doppelspeisung, wenn die Speisung aus demselben Netz erfolgt, und bei gegenläufiger Schaltung der Drehfelder in Ständer und Läufer die gleiche Drehzahl haben wie der Synchronmotor 3 und wird mit diesem und dem Generator synchron laufen. Dieser Anwendungsfall der Schaltung, die Fahrtstufe »Volle Fahrt«, ist in Abb. 1 wiedergegeben. Man erkennt, daß die beiden Motoren parallel an das Netz 7 angeschlossen sind, und zwar der Motor 3 über den bei dieser Stufe geschlossenen Unterbrechungsschalter 5 nur mit dem Ständer, der Motor 4 hingegen sowohl mit dem Ständer über den Umschalter 6 als auch mit dem Läufer über den in Stellung I befindlichen Umschalter 8. Die Einstellung I des Umschalters 8 ist so getroffen, daß, wenn sich der Umschalter in dieser Stellung befindet, die Drehfelder des Motors 4 in Ständer und Läufer entgegengesetzt laufen. Der außerdem vorhandene UnterbrechungsschalterQ., durch den die Ständer beider Motoren vom Netz getrennt werden können, bleibt bei dieser Fahrtstufe geschlossen.

Bei der Fahrtstufe »Halbe Fahrt«, die in Abb. 2 dargestellt ist, wird der Antrieb der Schiffsschraube lediglich durch den Synchronmotor 3 bestritten, während der Asynchronmotor 4 abgeschaltet ist. Zu diesem Zwecke befinden sich die Umschalter 6 und 8 in der Nullstellung, während der Unterbrechungsschalter 5 nach wie vor geschlossen bleibt. Dasselbe gilt von dem ■ Unterbrechungsschalter 9.

Für die Fahrtstufe »Kleine Fahrt« (Nebelfahrt) ergibt sich, wie Abb. 3 erkennen läßt, wiederum ein anderes Schaltbild. Nach der Schaltungsanordnung dieser Fahrtstufe übernimmt der Asynchronmotor 4 an Stelle des jetzt abgeschalteten Synchronmotors 3 den Schraubenantrieb allein. Hier ist die Möglichkeit ausgenutzt, den doppelt speisbaren Asynchronmotor auch einfach gespeist laufen zu lassen, wobei er die halbe Drehzahl hat und annähernd das halbe Drehmoment abgibt. Der Motor 3 ist durch Öffnen des Unterbrechungsschalters 5 abgeschaltet. Während der Umschalter8 sich, ebenso wie bei der Vollfahrtstufe, in der Stellung I befindet, wodurch der Läufer Netzstrom erhält, ist der Umschalter 6 in die entgegengesetzte Stellung, Stellung II, gelegt, und dadurch dier Ständer des Asynchronmotors kurzgeschlossen. Der Unterbrechungsschalter 9 bleibt auch hier geschlossen. Es ist zu bemerken, daß, obwohl der Asynchronmotor jetzt nur noch mit etwa halber Drehzahl läuft, die Drehzahl des Generators und damit der Turbine sich nicht nennenswert ändert; daß sich somit das Über-Setzungsverhältnis zwischen den Drehzahlen der Turbine und denen der Schiffsschraube auf ι : 20 erhöht.

Für die Fahrtstufe »Langsame Fährt«, die häufig beim Manövrieren des Schiffes benutzt werden muß und für die die Verwendung des einfach gespeisten Asynchronmotors allein, wie in der vorgenannten Fahrtstufe, wegen des geringen Anfahrdrehmoments nicht immer geeignet ist, ist die Schaltung nach Abb. 4 gewählt, in der erfindungsgemäß der doppelt speisbare Asynchronmotor mit dem Synchronmotor in Kaskade geschaltet ist, indem der Synchronmotor an die Sekundärseite des (in diesem Falle) läuferseitig vom Generator gespeisten Asynchronmotors angeschlossen ist. Zu diesem Zweck ist der Unterbrechungsschalter 9 geöffnet, und außerdem ist der Umschalter 8 in die Stellung II übergeführt. Ferner sind die Schalter 5 und 6 geschlossen. Durch diese Kaskaden schaltung geht die Drehzahl der Motoren und damit der Schiffsschraube noch

erheblich weiter herab; bei unveränderter Drehzahl des Genera-tors vergrößert sich bei dieser Fahrtstufe das Übersetzungsverhältnis abermals, in diesem Falle auf etwa ι : 30. Zum AnfaJhren der Anlage und zum Übergang von der Stoppstufe in eine Fahrtstufe ist der Synchronmotor für asynchronen Anlauf ausgebildet. Ein besonderer Vorteil dieser Schaltung besteht darin, daß die Drehmomente der beiden Motoren beim Anfahren zusammenwirken und so ein gutes und sicheres Manövrieren ermöglichen.

In der Schaltungsanordnung der Stoppstufe, die in Abb. 5 wiedergegeben ist, wird wiederum nur der Asynchronmotor 4 ausgenutzt. Der Synchronmotor 3 ist durch öffnen des Schalters 5 abgeschaltet. Der Asynchronmotor wird doppelt gespeist. Zu diesem Zweck ist der Netzschalter 9 eingelegt, und auch der Umschalter 6 ist geschlossen. Ferner befindet sich der Umschalter 8 in Stellung II, so daß der doppelt gespeiste Asynchronmotor mit gleichsinnig laufenden Drehfeldern erregt wird. Dadurch wird in an sich bekannter Weise der Läufer festgehalten. In Fällen, wo die Primäranlage außer Betrieb ist, läßt sich die Haltewirkung auch durch Gleichstromerregung vom allgemeinen Schiffsnetz aus erzielen.

Wenn bei Mehrschraubenschiffen jede der Schraubenmotorenanlagen ihre eigene Primäranlage hat, läßt sich die Wirtschaftlichkeit der Gesamtanlage beim Fahren mit den mittleren und unteren Fahrtstufen noch dadurch nicht unerheblich verbessern, daß mehrere Motoren auf eine Primärmaschine geschaltet und die anderen Primäranlagen, stillgesetzt werden. Die in Betrieb befindliche Maschine bzw. befindlichen Maschinen werden dann wegen der soviel höheren Belastung besser ausgenutzt und arbeiten wirtschaftlicher.

Claims (6)

1. Patentansprüche: ι . Elektrischer Schiffsantrieb mit einem Drehstromsynchronhauptmotor und einem zusätzlichen Drehstrommotor als Marschmotor auf gemeinsamer, bei voller Fahrt von beiden Motoren angetriebener Welle, gekennzeichnet durch einen doppelt speisbaren Asynchronmotor als Zusatzmotor, der die doppelte Polzahl wie der Synchronmotor besitzt und an den oder die gleichen Generatoren wie der Synchronmotor angeschlossen ist.
2. 2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fahrtstufe »Volle Fahrt« der Synchronmotor und der unter gegenläufiger Schaltung der Drehfelder doppelt gespeiste Asynchronmotor die Welle antreiben.
3. 3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fahrtstufe »Halbe Fahrt« der Asynchronmotor abgeschaltet ist und der Synchronmotor allein die Welle antreibt.
4. 4. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fahrtstufe »Kleine Fahrt« der Synchronmotor abgeschaltet ist und der einfach gespeiste Asynchronmotor allein die Welle antreibt.
5. 5. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Fahrtstufe »Langsame Fahrt« der Synchronmotor und der Asynchronmotor die Welle gemeinsam antreiben, wobei der Synchronmotor an die Sekundärseite des ständer- oder läuferseitig vom Generator gespeisten Asynchronmotors angeschlossen ist.
6. 6. Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der-Stoppstufe der Asynchronmotor unter gleichsinniger Schaltung der Drehfelder in Ständer und Läufer doppelt gespeist wird.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen