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Verfahren zum spannungslosen Schalten von elektrischen Schiffsantrieben
Es sind Schaltungen zur Drehzahlregelung von Mehrphasenmotoren bekannt, die mit
verschiedenen Polzahlen. betrieben werden und mit mehreren als Doppelgeneratoren
ausgebildeten Generatoren zusammenarbeiten. Um beim Betrieb mit einer Polzahl die
Anschlüsse für die anderen Polzahlen im wesentlichen spannungsfrei zu machen, werden
bei dem bekannten Antrieb Doppelgeneratoren mit zwei miteinander gekuppelten Läufern
und magnetisch voneinander getrennten, umpolbaren Erregerwicklungen sowie .n. geeigneter
Weise phasengleich angeordneten Ständerwicklungen verwendet. Alle Generatörwicklungen
sind in einer Brücken- oder Fachwerkschaltung verbunden, so daß beirr Umkehren der
Felderregung infolge der Richtungsänderung der induzierten .Spannung in bestimmten
Brückenzweigen die verschiedenen Knotenpunkte und Anzapfungen der Wicklungen Spannung
erhalten oder spannungsfrei werden und damit das eine oder' das andere Sammelschienensystemspannungslos
gemacht wird. Bei genauer Untersuchung dieser bekannten Schaltung ergibt sich nun,
daß während - dieser Umschaltperiode durch die nicht umgepolten Teilgeneratoren
der Synchronlauf der parallel arbeitenden Generatoren erhalten bleiben kann.. Da
aber bei jedem Schaltmanöver das bisher spannungsführende Sammelschienensystem spannungslos
und nunmehr das andere Sammelschienensystem unter Spannung gesetzt wird, ist bei
einer solchen Anlage das Anschließen anderer Verbraucher, z. B. der Hilfsantriebe,
an eines der Sammelschienensysteme nicht gut möglich.
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Um bei einem, elektrischen Schiffsantrieb mit mehreren Wechselstromgeneratoren
und einem oder mehreren Schraubenmotoren, die unter Aufrechterhalten des Synchronlaufes
zwischen den Generatoren spannungslos geschaltet werden sollen und wobei jeder Generator
aus zwei Teilgeneratoren besteht, deren miteinander gekuppelte Läufer
je eine von,der anderen magnetisch unabhängige Erregerwicklung besitzen,
auch andere Verbraucher von den Generatoren ohne wesentliche Störungen bei Schaltmanövern
speisen zu können, muß während der Schaltmanöver stets an mindestens reinem Sammelschienensystem
seine bestimmte, sich nicht ändernde Betriebsspannung zur Verfügung stehen. Diese
Forderung wird bei dem Verfahren nach der Erfindung dadurch erfüllt, daß die Erregerwicklung
nur eines Teilgenerators umgepolt wird und die phasengleich angeordneten, in reiner
Reihenschaltung liegenden Ständerwicklungen über während des Arbeitens der Motoren
ständig unter Spannung stehenden Hauptsammelschienen die Motoren speisen. Außerdem
sind
die während des Schaltens des oder der Motoren nicht umgepolten
Teilgeneratoren der parallel arbeitenden Generatoren während des Schaltens der Motoren
oder ständig parallel geschaltet. Das erfindungsgemäße Verfahren, weist gegenüber
der bekannten Schaltung den: weiteren Vorteil auf, daß das eine Sammelschienensystem
einschließlich der an diesem System liegenden Schalter lediglich für die halbe Spannung
des Doppelgenerators ausgelegt zu werden braucht.
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Die in Reihe geschalteten Ständerwicklungen jedes Doppelgenerators
bilden Wicklungssysteme, die, falls keine Leistung abgegeben werden "soll, einander
entgegenwirken und bei Leistungsabgabe sich unterstützen. Die Wicklungen können
in Stern oder Dreieck geschaltet sein.
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Der Doppelgenerator ist mit einer Kraftmaschine, beispielsweise einer
Dieselmaschine, gekuppelt, so daß beide Teilgeneratoren eine Einheit bilden. Anstatt
einen Doppelgenerator durch .eine einzige Kraftmaschine anzutreiben, kann für die
beiden Teilgeneratoren je eine Kraftmaschine vorgesehen werden. Die beiden Teilgeneratoren
sind voneinander magnetisch getrennt, jedoch mechanisch gekuppelt, so daß sie synchron
zueinander laufen und von beiden Kraftmaschinen angetrieben werden. Die Drehzahländerung
der Schraubenmotoren erfolgt durch entsprechende gemeinsame Betätigung der Regler
jeder Kraftmaschine.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen in mehreren Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
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Abb. i stellt die Wicklungsanordnung einer aus zwei Teilgeneratoren
i und 2 bestehenden Wechselstromgeneratoreinheit dar. Die einander entsprechend
und gleichmäßig angeordneten Ständerwicklungen der beiden Maschinen i und 2 liegen
in reiner Reihenschaltung, und die Erregerwicklungen J1, K1, L, K= jeder Maschine
können für sich allein entregt und in bezug auf die andere Maschine umgepolt werden.
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Erhalten die Maschinen i und 2 gleiche, jedoch entgegengesetzte Erregung,
so ist die Phasenspannung an den Klemmen U, V und W gleich Null. Der Wert der Spannung
an den Klemmen Ui, V1 und W1 entspricht der Größe der Erregung jeder Maschine. Diese
Spann ,
ung kann bei einer- Spannung von Null Volt an den Klemmen U, V und
IV den Wert der halben möglichen Betriebsspannung an den Klemmen U, V und W erreichen.
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Ist bei mehreren parallel geschalteten Wechselstromgeneratoren diese
Bedingung erfüllt, so können die Drehrichtungsumkehrschalter S1 und S2 für den oder
die Motoren in der Anordnung nach Abb.2 spannungslos betätigt werden. Die Generatorsätze
laufen infolge der Parallelschaltung über die Leitungen R1, S1 und T1 trotzdem synchron.
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Von den Leitungen R1, S1 und T1 kann zweckmäßig für den Antrieb von
verschiedenen Hilfsmotoren elektrische Energie entnommen werden. Z. B. werden die
Wechselstroingeneratoren auch zum Anwerfen der Generatoreinheiten als Anwurfmotoren
verwendet und zu diesem Zweck von dem Netz R1, S1, T1 gespeist. Dies ist deshalb
möglich, weil die Hauptschraubenmotoren auf Grund des Aufbaues der Generatoren durch
die spannungslos betätigten Umkehrschalter S1 und S2 gesteuert und die Anwurfmotoren
von dem Netz R1, S1, T1 gespeist werden können.
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Die beschriebene Anordnung ermöglicht es, daß die bei der Anwendung
von Synchronmotoren an Stelle von Asynchronmotoren mit Schleifringläufer beim Einschalten
durch die mit Rücksicht auf die Hilfsantriebe konstante Generatorspannung sonst
auftretenden hohen Stromstöße vermieden werden.
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Sind die Wicklungen der Generatoren in Stern geschaltet, so werden
durch das Schließen des Schalters S3 die sog. Teilspannungen über den Scheinwiderstand
der Teilwicklungen an das Netz R1, S1, T1 gelegt. Sind jedoch die Wicklungen in
Dreieck geschaltet, so werden durch das Schließen des Schalters S3 die Teilspamiungen
über den Scheinwiderstand der gesamten Wicklung des Generators an das Netz gelegt.
Der beim Parallelschalten der Generatoren entstehende Stromstoß ist damit nur etwa
halb so groß wie bei einem Generator derselben Leistung, aber mit in Stern geschalteten
Wicklungen.
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Die Abb.3 stellt einen derartigen Doppelgenerator in Dreieckschaltung
dar, dessen Teilwicklungen voneinander getrennt angeordnet sind. Werden die Maschinen
i und 2 wert- und richtungsmäßig gleich erregt, so sind wie bei der Sternschaltung
die Spannungen des Netzes RST doppelt so groß wie die entsprechenden Spannungen
des Netzes R1, S1, T, Werden die Maschinen i und 2 wertmäßig, jedoch nicht richtungsmäßig
gleich erregt, so sind die Spannungen an den Kleminen U, V und W gleich Null.
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Die Abb. q. stellt einen Zweiphasenwechselstromgenerator dar und entspricht
der Abb. 3. Bei wert- und richtungsmäßig gleicher Erregung der Maschinen i und 2
sind die Phasenspannungen an UV und WV doppelt so groß wie die Phasenspannungen
an V,V und U,V. Bei wertmäßig, aber nicht richtungsmäßig gleicher Erregung sind
die Spannungen an UV und WV gleich Null.
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Die Abb.5 zeigt eine Schraubenantriebsanlage, in der die einen Doppelgeneratgr
bildenden auf derselben Weise sitzenden zwei
Wechselstromgeneratoren
von zwei nicht gezeichneten Kraftmaschinen angetrieben werderi. Der Schraubenmotor
wird von vier derartigen Generatoreinheiten gespeist. Die Generatoren können in
Stern oder in Dreieck, der Schraubenmotor in Stern oder Polygon geschaltet werden.
Das Netz RST -und R1, S1, T1 stellen Synchronisierungsleitungen dar. Sind die Erregerwicklungen
der Generatoren in Abb. 5 wie bei der mit I bezeichneten Generatorgruppe geschaltet,
so wird dem Schraubenmotor Leistung zugeführt, in der für die Generatorgruppe 2
gezeigten Erregungsschaltung wird jedoch keine Leistung übertragen.