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Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer bestimmten relativen Drehwinkellage
von Schiffspropellern mittels elektrischer, Synchronisiermaschinen Bei verschiedenen
Antrieben ist es erforderlich, daß zwei getrennt angetriebene Wellen bei genau :gleicher
Drehzahl meiner bestimmten relativen Drehwinkellage laufen. Derartige Forderungen
werden z. B. beim Antrieb von Schiffspropellern gestellt, bei dem Erschütterungen
des Schiffes dadurch - ver= mieden werden können, daß zwei oder mehrere zusammenarbeitende
Propeller in einer bestimmten relativen Drehwinkellage laufen. Abgesehen vom elektrischen
Antrieb der Propeller durch Synchronmotoren kann der Gleichlauf in einer bestimmten
relativen Drehwinkell'age von den Kraftmaschinen selbst nicht ahne weiteres verwirklicht
werden; es müssen vielmehr besondere Syncb.ronisiermaschinen angeordnet werden,
die bei Winkelabweichungen eine Ausgleichleistung zwischen dem Wellen übertragen.
Dafür eignen sich Synchronmaschinen mit Gleichstromerregung.
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Bei Synchronmaschinen verursacht der Ausgleichstrom bei reiner Wirkleistung,
wie sie bei Ausgleichmaschinen praktisch auftritt, eine Schwächung des magnetischen
Feldes in den Maschinen. Bei der üblichen Verwendung von Synchronmaschinen als Generator
oder als Motor sind nun Regeleinrichtungen bekannt, die durch meist feinstufige
Regelung der Erregung das magnetische Feld der Belastung entsprechend einstellen.
Diese Einrichtungen arbeiten jedoch verhältnismäßig langsam. Demgegenüber ist bei
Synchronmaschinen für Gleichlaufzwecke eine verhältnismäßig starke plötzliche Steigerung
der Erregung erwünscht, weil sie in der meist kurzen Zeit des Auseimandexlaufens
-der Wellen um einen räumlich sehr kleinen Winkel erfolgen muß.
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Bekannt sind Antriebsausrüstungen mit Gleichlaufeinrichtungen, bei
welchen die Synchronisiermaschi;nen dadurch entlastet werden, daß der Leistungsunterschied
der Antriebe begrenzt wird. S.o kaum z. B. eine in Abhängigkeit von der Höhe der
Ausgleichleistung der Symchronisiermaschinen gesteuerte mechanische Bremseinrichtung
so betätigt werden, daß ein bestimmter Belastungsausgleich der Antriebe erfolgt.
-Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer bestimmten
relativen Drehwinkellage von Schiffspropellern mittels elektrischer Synchronisiermaschinf,
deren Erregung bei Annäherung an die Kippleistung in Abhängigkeit vom Ausgleichstrom
selbsttätig verstärkt wird. Erfindungsgemäß wird die Erregung der Synchronisiermaschinen,
beispielsweise durch ein im Ausgleichstromkreis der Synchronisiermaschinen liegendes
strom- oder leistungsabhängiges Relais, sprunghaft in einer einzigen Stufe gesteuert,
wodurch eine durch den Ausgleichstrom hervorgerufene Feldschwächung augenblicklich
verhindert wird. Durch diese
Einrichtung ist es möglich, mit verhältnismäßig
kleinen Synchronmaschinen, die leicht und billig werden, den Gleichlauf der Wellen
in einer bestimmten relativen Drehwinkellage aufrechtzuerhalten. Außerdem werden
die durchschnittlichen Verluste, die die Wirtschaftlichkeit des ganzen Antriebes
beeinflussen, gering gehalten.
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Die Stoßerregung wird von einem im Ausgleichkreis der Synchronmaschinen
liegenden strom- oder leistungsabhängigen Relais gesteuert. Die einstufige Änderung
genügt vollkommen, um den gewünschten Zweck zu-,erfüll-en, .nämlich um die Schwächung
des magnetischen Feldes bei Belastung zu verhindern. Die magnetische Trägheit der
Maschinen unterstützt diese Regelung in darr Sinne, daß bei Zunahme der Ausgleichleistung
die Feldschwächung verzögert wird, während anderseits ein Ansteigen der Feldstärke
gehemmt wird. Dadurch wird tatsächlich das magnetische Feld zur Erzeugung des erforderlichen
Ausgleichmomentes aufrechterhalten, wodurch die Gefahr des Außertrittfallens praktisch
ausgeschaltet wird.
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Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele von Einrichtungen
zur Aufrechterhaltung einer bestimmten relativen Drehwinkellage nach der Erfindung.
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Fis. i zeigt z. B. eine Einrichtung, bestehend aus zwei mit eigenen
Erregermaschinenc und d versehenen Synchronmaschinena und b, die über den Schalter
e miteinander verbunden sind. Ein vorhandenes Gleichstromnetz/ speist über das Hilfsrelais
g das Relais h, das seinerseits das Schütz k steuert, das den im Erregerstromkreis
liegenden Widerstand i kurzschließt. Die Spule des Hilfsrelaisg liegt im Hauptstrorrdcreis
der Synchronisiermaschinen, da der darin fließende Strom ein Maß für die gegenseitigen.
Winkelabweichungen der Propellerwellen ist. Das Relais h ist mit einer Zeitverzögerungseinrichtung
versehen, die das Ausschalten dieses Relais verzögert und so Pendelungen in der
Steuerung vorbeugt.
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Die Einrichtung arbeitet wie folgt: - So lange die gegenseitigen Winkelabweichungen
der mit den Propellerwellen gekuppelten Synchronmaschinen a und
b bei geschlossenem Schalter e klein bleiben, genügt die in der Verbindungsleitung
fließende Stromstärke nicht, um das Hilfsrelais g zum Ansprechen zu bringen. Das
Relais /a und das Schütz k bleiben offen, so daß der Widerstand i das Feld der Synchronmaschinen
auf einem kleinen Wert hält. Tritt aber, z. B. infolge der Überlastung einer Welle,
eine Vergrößerung der Winkelabweichung über das zulässige Maß auf, so steigt die
Stromstärke in der Verbindungsleitung, worauf die Relaisg, h und das Schütz k nacheinander
ansprechen. Durch das Kurzschließen des Widerstandes j erfährt die Erregung der
Synchronisiermaschinen a, b eine sprunghafte Erhöhung, die ein starkes Ausgleichdrehmoment
hervorruft. Mit dem Verschwinden der Wellenüberlastung sinkt die Stromstärke in
der Verbindungsleitung, so daß das Hilfsrelais g sich öffnet. Ist die Auslösung
des Relais lt durch die Zeitvexzögerungseinrichtung freigegeben, so schalten das
Relais lt und das Schütz k aus, und die schwache Felderregung ist wieder hergestellt.
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Die Einrichtung muß aber nur dann zur Wirkung kommen, wenn die Propellerwellen
eine ganz bestimmte relative Drehwinkellage einnehmen. Dies bedingt die Verwendung
einerseits einer Hilfssynchronisiervorrichtung (:nach einer bekannten -Schaltung)
für. das Einschalten der Maschinen und anderseits einer Ausschaltvorrichtung, die
bei zufälligem Außertrittfallen anspricht. In letzterem Fall würden nämlich im Stromkreis
der Synchronmaschinen nicht nur starke periodische Stromschwankungen auftreten,
sondern auch ein Synchronisieren der Wellen in einer unerwünschten relativen Drehwinkellage
möglich gemacht. Um diese Möglichkeit zu beseitigen, wird zweckmäßig die Einrichtung
noch mit einer Ausschaltvorrichtung versehen, die die elektrische Kupplung zwischen
den Maschinen beim Außertrittfallen löst.
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Die Forderung, daß der Verbindungsschalter e zwischen den Ausgleichmasghinen
a
und b unbedingt geöffnet werden muß, wenn die Maschinen außer Tritt fallen,
kann bei der Einrichtung gemäß Fig. i, wie Fig. a zeigt, durch ein Spannungsrelais
nt erfüllt werden. Wenn die Maschinen a und b nicht mehr synchron
laufen, sind nämlich die Frequenzen der von den Maschinen erzeugten Spannungen nicht
mehr gleich, und der Effektivwert der resultierenden Spannung ändert sich entsprechend
einer Schwebungsfrequenz. Bei einem sehr kleinen Wert der resultierenden Spannung
öffnet das Spannungsrelaism den Verbindungsschalter e, und -die vom Netz f gespeiste
Synchronisiervorrichtung o ist gleichzeitig auch ausgeschaltet.
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Durch Drücken des Druckknopfes n kann die Hilfssynchronisiervorrichtung
o wieder eingeschaltet und der Verbindungsschalter e entsprechend der gewünschtem
relativen Drehwinkellage neu eingelegt werden. Die Hilfssyn# chronisiervorrichtungo
wird dann erst den Einschaltstromkreis schließen, wenn die zwei Wellen in Phase
sind und ungefähr gleiche Drehzahlen besitzen. Dann kann der Druckknopf rt losgelassen
werden, da die von der Synchronisiermaschine a erzeugte Spannung genügt, um das
Relais m geschlossen zu halten.
Anstatt die Feldwicklungen in Reihe
zu schalten, könnte man- sie ebensogut parallel schalten. Auch der Relaisstromkreis
kann von einer der Erregeimaschinen anstatt - von einem. Netz gespeist werden. Falls
Dreiphasenstrom anstatt Gleichstrom zur Verfügung steht, so - könnte man Asynchron-Synchronisiermaschinen
anstatt Synchronmaschinen verwenden. Dann würde die Dreiphasenerregung sprunghaft
geändert, und zwar mittels eines Autotransformators oder der. sprunghaften Erregung
eines Dreiphasenhilfsgenerators.
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Zur Vermeidung der Reihenschaltung der Relais g, h, h, die
eine bestimmte Zeitverzögerung verursacht, kann das Stromrelais g unmittelbar den
Widerstand i kurzschließen. Das Öffnen des Kurzschlusses wird wie zuvor mit Zeitverzögerung
erfolgen.