DE761004C - Elektrischer Schiffsantrieb - Google Patents

Elektrischer Schiffsantrieb

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DE761004C
DE761004C DES140259D DES0140259D DE761004C DE 761004 C DE761004 C DE 761004C DE S140259 D DES140259 D DE S140259D DE S0140259 D DES0140259 D DE S0140259D DE 761004 C DE761004 C DE 761004C
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DE
Germany
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DES140259D
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English (en)
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Erich Dr-Ing Rolf
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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Siemens Schuckertwerke AG
Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/02Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc
    • H02M5/32Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases without intermediate conversion into dc by dynamic converters
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/21Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels
    • B63H2021/216Control means for engine or transmission, specially adapted for use on marine vessels using electric control means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

  • Elektrischer Schiffsantrieb In, neuerer Zeit wird auf Schiffen an Stelle der unmittelbaren mechanischen Kupplung der Propeller mait der Kraftmaschine die elektrische Übertragung verwendet. Diese hat den Vorteil, daß man in der Aufstellung der Kraftmaschine größere Freiheit besitzt und daß die Leistung eines Propellers auf mehrere Kraftmaschinen, unterteilt werden kann, was eine Verbesserung des Wirkungsgrades bei langsamer Fährt zur Folge hat. Dagegen gestaltet sich die Aufgabe der Drehzahlregelung der Propeller bei elektrischen Schiffsantrieben nicht so einfach, wie es, bei anderen elektrischen Antrieberi sonst der Fall ist. An sich ergibt sich eine sehr gute RegePbarkeit, wenn die Propellermotoren als Gleichstrommotoren ausgebildet sind. Hier bereitet jedoch der danm notwendige Kommutator Schwierigkeiten, da er erstens ziemlich viel Platz erfordert und-vor allem stark durch die in den Schiffsräumen herrschende Feuchtigkeit gefährdet ist. Außerdem ist man bei der Verwendung von Gleichstrommotoren in der Höhe der Maschinenspannung mit Rücksicht auf die Kommutierung beschränkt. Die gleichen Nachteile gelten auch für eine andere bekannte Antriebsart, bei der zwar der Generator und der Propellermotor Wechselstrommaschinen sind, die Übertragung jedoch mit Gleichstrom erfolgt. Zu diesem Zweck sind zusätzliche Wechselstrom- bzw. Gleichstrom-Wechselstrom-Umformer vorgesehen, die naturgemäß ebenfalls wieder Kommutatoren aufweisen müssen. Man ist deshalb von der Gleichstromübertragung auf die Drelistromübertragung übergegangen, wobei man den Propellermotor als Asynchron- oder Synchronmotor ausbildet und die Kraftmaschine entsprechend mit Drehstromgeneratoren kuppelt. Damit sind zwar die Schwierigkeiten, die der Kommutator hievet, überwunden, auch kann man ohne Schwierigkeiten wesentlich höhere Übertragungsspannungen verwenden. Es ergibt sich jedoch eine starke Beschränkung in der 'Möglichkeit der Drehzahlregelung, die man zwar in groben Stufen durch Polumschaltung der Motoren beherrschen kann, im übrigen aber doch durch Drehzahlregelung der Kraftmaschine vornehmen maß. Eine Herabregelung der Kraftmaschinendrehzahl ist aber, insbesondere wenn es sich um Turbinen handelt-, immer mit einer Verschlechterung des Wirkungsgrades verbunden. Ganz abgesehen davon ergeben sich für die Generatoren und Motoren wegen der Auslegung für verminderte Frequenz schwerere und teurere Sonderausführungen. Auch das Umsteuern auf die umgelehrte Drehrichtung stellt bei Drehstrom noch besondere Anforderungen an die elektrischen Maschinen.
  • Diese Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung überwunden. Die Erfindung benutzt zwar wieder Gleichstrom als Übertragungsmittel, Zwobei jedoch in an sich h°kannter Weise sowohl der mit der Kraftmaschine gekuppelte Generator als auch der Propellermotor als Synchronmaschine ausgebildet werden. Erfindungsgemäß werden diese starr mit mit Schaltdrosseln ausgerüsteten Kontaktumformern gekuppelt, über welche die Synchronmaschinen an den Gleichstromübertragungskreis angeschlossen sind. Dabei wird die Kraftmaschine mit annähernd konstanter Drehzahl betrieben, und I die Regelung des Propellermotors erfolgt durch Änderung der Aussteuerung eines oder beider Kontaktumformer oder auch durch Änderung seiner Erregung. Der K=ontaktumformer mit Schaltdrosseln ist heute so weit entwickelt, daß er auch größte Leistung j gen bei verhältnismäßig hohen Spannungen sowohl als Gleichrichter als auch als Wechselrichter einwandfrei zu beherrschen vermag, i wobei der Raumbedarf nur einen Bruchteil i des Raumbedarfes anderer Gleichrichterarten beträgt. Durch die starre Kupplung der KontaktumformermitdenSVnchronmaschiiien j i wird ein unbedingt synchrones Arbeiten der Kontakte mit den Wicklungsspannungen selbst bei stärkten Belastungsstößen gewährleistet, so daß auch in dieser Hinsicht keinerlei Schwierigkeiten auftreten können. Der Wirkungsgrad des Kontaktumformers ist außerordentlich hoch, da der Spannungsabfall an den Kontakten praktisch gleich 1u11 ist und die Schaltdrosseln bei Wahl geeigneter Eisensorten für die Kerne nur verhältnismäßig geringe Verluste aufweisen. Die Wirtschaftlichkeit der Umformung wird daher durch die Einführung des Gleichstromzwischenkreises nicht nachteilig beeinflußt. Die 'Maschinen können für verhältnismäßig hohe Spannungen gewickelt werden, wobei bis etwa io kV in dein Gleiclistromübertragungskreis kein besonderer Transformator erforderlich ist. Sofern es zweckmäßiger ist, können jedoch auch zur Anpassung der M=aschinenspannung an die Gleichspannung und zur Umformung der Phasenzahl zwischen die 'Maschinenwicklung und den Kontcktumformer ein oder mehrere Umspanner ;geschaltet werden.
  • In Fig. i ist eine Ausführungsform der Schaltung des Schiffsantriebes gemäß der Erfindung schematisch wiedergegeben. i ist eire Dampfturbine, die den Synchrongenerator 2 und den Kontaktumformer 3 antreibt. Elektrisch ist der Kontaktumformer mit der Wecliselstromwicklung der Maschine 2 über den Transformator 5 verbunden, wobei mit den Schaltkontakten, die nicht näher dargestellt sind, noch die Schaltdrosseln .4 in Reihe liegen. Parallel zu den Kontakten «-erden in bekannter Weise noch Neben"vege, beispielsweise Kondensatoren und Ohmsche Widerstände vorgesehen, die ebenfalls der Einfachheit halber in der schematischen Zeichnung weggelassen sind. Der Kontaktumformer 3 speist dann seinerseits die Gleichstromübertragungsleitung 6, an die auf der anderen Seite über den zweiten Kontaktumformer 7, der ebenfalls mit Schaltdrosseln 8 ausgerüstet ist, und den Umspanner 9 die Drehstromwicklung des Propellermotors io angeschlossen ist. Der Propellermotor io ist ebenfalls finit dem Antrieb für die Kontakte des Umformers 7 starr gekuppelt. Gleichzeitig dient der Propellermotor io für den als Wechselrichter arbeitenden Kontaktumformer 7 als takthaltende und die Wendespannung liefernde Spannungsquelle. Der Strom für die Erregerwicklung i i des Propellermotors io wird zweckmäßig einem besonderen Gleichstromhilfsnetz 1 2 entnommen, wobei der Widerstand 13 zur Regelung seiner Größe dient.
  • Die Drehzahl des Propellermotors kann durch Maßnahmen in dem Ankerkreis oder durch Uderung der Erregung in beliebigen Grenzen geregelt werden, so daß die Kraftmaschine bei allen Fahrtgeschwindigkeiten mit konstanter Drehzahl laufen kann. Der als Synchronmotor ausgebildete Propellermotor verhält sich durch die Kupplung mit dem Kontaktumformer ähnlich wie ein Gleichstromnebenschlußmotor. Eine Erhöhung seiner Erregung hat eine Drehzahlsenkung zur Folge. Das gleiche erreicht man durch eine Herabsetzung der zugeführten Gleichspannung, was nun wieder auf verschiedene Weise erfolgen kann. Es kann entweder die Erregung des mit der Kraftmaschine gekuppelten Generators geändert werden, man kann aber auch die Aussteuerung entweder des Kontaktumformers auf der Erzeugerseite oder des mit dem Motor gekuppelten Kontaktumformers ändern. Insgesamt ergibt sich also bei ausgezeichneter Regelbarkeit eine beachtliche Heraufsetzung des mittleren Wirkungsgrades, mit dem der Antrieb arbeitet.
  • Die Maschinen werden zweckmäßig mit möglichst hoher Phasenzahl gewickelt, es können aber auch mehrere in der Phase versetzte dreiphasige Wicklungen vorgesehen werden, von denen.jede mit einem besonderen ihr zugeordneten Umformersystem verbunden ist. Die Umformerkontakte werden zweckmäßig in Graetzscher Schaltung angeordnet, zumal dann herausgeführte Wicklungsnullpunkte überflüssig sind. Man kann dann die Maschinenwicklungen in sich geschlossen ausführen und braucht sie nur entsprechend der Phasenzahl mit Anzapfungen zu versehen.
  • Der Antrieb, gemäß der Erfindung läßt auch auf einfache Weise eine Bremsung des Propellermotors, zu, wie siebeispielsweise bei beabsichtigter Fahrtrichtungsumkehr erforderlich wird. Man braucht zu diesem Zweck nur den mit dem Propellermotor gekuppelten Kontaktumformer anstatt als Wechselrichter als Gleichrichter und: entsprechend den Kontaktumformer auf der Erzeugerseite als Wechselrichter auszusteuern und erreicht dadurch, daß die an dem Propellermotor frei werdende Überschußenergie von den Schwungmassen des: Erzeugersatzes aufgenommen wird. Zusätzlich kann an den Gleichstromkreis, noch ein Verbraucher angeschlossen werden, der die frei werdende Energie vernichtet. Auch die Reversierung selbst gestaltet sich sehr einfach. Man kann zunächst so vorgehen, daß man den Gleichstromkreis umschaltet. Man kann aber auch die Einschaltzeitpunkte des. Kontaktumformers auf der Erzeugerseite so legen, daß er auf den Halb-,vellen der anderen Polarität arbeitet und sich dementsprechend die Polarität des Gleichstromübertragungskreises umkehrt. Dies kann im Anschlu3 an eine Bremsung völlig stetig vor sich gehen. Besonders, vorteilhaft ist es, wenn die Kontaktumformer oder mindestens einer von ihnen als, Doppelumformer ausgebildet sind. Ein solcher Doppelumformer besteht aus, zwei Kontaktgruppen, die Wechsel- und gleichstromseitig parallel geschaltet sind und von denen ständig die eine als Gleichrichter und die andere als Wechselrichter ausgesteuert sind. Grundsätzlich stellt diese Anordnung eine Kreisschaltung von zwei Kontaktapparaten an ein und derselben Wechsels.tromwicklung dar. Sie ist in Fig.2 als. Beispiel dargestellt. 15 und 15' sind die beiden Kontaktgruppen, die über die Schaltdrosseln 16 bzw. 16' an eine gemeinsame Drehstromwicklung 14 angeschlos,sen sind, und zwar so, daß jede Gruppe eine dreiphasige Graetz-Schaltung bildet. Anstatt jedem einzelnen Kontakt eine besondere Schaltdrossel vorzuschalten, kann man die Schaltdrosseln auch in, die Verbindungsleitungen zwischen den Kontaktpaaren und den Enden der Wicklung 14 legen. Man benötigt .dann für- jede Kontaktgruppe nur drei Schaltdrosis.eln. Gleichstromseitig sind die Kontaktgruppen unter Zuhilfenahme einer Saugdrossel 17, die auch durch zwei Glättungsdrosseln ersetzt werden. kann, parallel geschaltet.
  • Die Wirkungsweise beruht darauf, d'aß die Kennlinien der Kontaktumformer sich sowohl für Gleichrichterbetrieb, wie auch für Wechselrichterbetrieb mit starker Anfangskrümmung ausführen lassen, wie in Fig.3 gezeigt ist. Bei Leerlauf ist der Gleichrichterstrom entgegengesetzt gleich dem, Wechs.elrichterstrom; es, fließt also gleichstromseitig ein; Ausgleichs.trom Igk, der jedoch bei zweckmäßiger Ausgestaltung der Kennlinie nur gering ist. Ist die Gegenspannung kleiner als die Leerlaufspannung, so überwiegt der schnell anwachsende Gleichrichterstrom den geringen, noch weiter abnehmenden Wechselrichterstrom, so daß praktisch fast ausschließlich eine Gleichrichtung zustande kommt. Ist die Gegenspannung dagegen höher als die Leerlaufspannung, so findet umgekehrt praktisch nur Wechselrichtung statt. Es ergeben sich mit dieser Doppelumform,erschaltung also ähnliche Verhältnisse wie bei der Kreuzschaltung von Ventilstromrichtern, d.. h. es ist jederzeit ein unverzögerter Ubergang vom Motorbetrieb zum Bremsbetrieb möglich, und es. läßt sich dabei stetig die Gleichspannung bis auf Null herunter und dann mit umgekehrtem Vorzeichen wieder heraufregeln. Insgesamt ergeben sich dann also alle Regelmöglichkeiten, wie sie die Speisung des Antriebsmotors aus einemLeonard-Umformer bieten würde. Die vorgeschlagene Anordnung mit Synchronmaschinen und Doppelkontaktumformern bietet also alle Vorteile des BC-triebes mit Gleichstrommaschinen, ohne die Nachteile dieser Maschinen zu haben.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Elektrischer Schiffsantrieb mit Gleichstrom als Übertragungsmittel, bei dem sowohl der mit der Kraftmaschine gekuppelte Generator als auch der Propellermotor Synchronmaschinen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschinen über starr - mit ihnen gekuppelte Kontaktumformer mit Schaltdrosseln und Nebenwegen an den Gleichstromübertragungskreis angeschlossen sind, wobei die Kraftmaschine mit annähernd konstanter Drehzahl betrieben wird und die Regelung des Propellermotors durch Änderung der Aussteuerung eines oder beider Kontaktumformer oder durch Änderung seiner Erregung erfolgt.
  2. 2. Schiffsantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Synchronmaschine und zugehörigem Kontaktumformer Umspanner geschaltet sind.
  3. 3. Schiffsantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenzahl der Synchronmaschinenwicklungen größer als drei ist.
  4. 4. Schiffsantrieb nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Synchronmaschinen in sich geschlossene, der Phasenzahl entsprechend angezapfte Wicklungen besitzen.
  5. 5. Schiffsantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktumformer zum Zwecke der Bremsung auch für die umgekehrte Energierichtung aussteuerbar sind, wobei die Bremsleistung von den Schwungmassen des Erzeugersatzes oder von an den Gleichstromübertragungskreis angeschlossenen besonderen Verbrauchern aufgenommen wird.
  6. 6. Schiffsantrieb nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der beiden Kontaktumformer als Doppelumformer, bestehend aus zwei gleich- und wechselstromseitig parallel geschalteten Umformereinheiten ausgebildet ist, von denen ständig die eine als Gleichrichter, die andere als Wechselrichter ausgesteuert wird. ZurAbgrenzung desErfindungsgegenstands vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgendeDruckschriften inBetracht gezogen: worden: Deutsche Patentschrift Nr.4o4516; französische Patentschrift Nr.830743.
DES140259D 1940-02-27 1940-02-27 Elektrischer Schiffsantrieb Expired DE761004C (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE404516C (de) * 1924-10-20 Siemens Schuckertwerke G M B H Anordnung zum Antrieb von Schiffsschrauben durch Asynchronwechselstrommotoren
FR830743A (fr) * 1936-01-04 1938-08-08 Siemens Ag Dispositif de commutation pour courants alternatifs

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE404516C (de) * 1924-10-20 Siemens Schuckertwerke G M B H Anordnung zum Antrieb von Schiffsschrauben durch Asynchronwechselstrommotoren
FR830743A (fr) * 1936-01-04 1938-08-08 Siemens Ag Dispositif de commutation pour courants alternatifs

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