DE870725C - Anordnung zum Abbremsen der Drehzahl oder Umsteuern der Drehrichtung von Synchronmotoren - Google Patents

Anordnung zum Abbremsen der Drehzahl oder Umsteuern der Drehrichtung von Synchronmotoren

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DE870725C
DE870725C DES4774D DES0004774D DE870725C DE 870725 C DE870725 C DE 870725C DE S4774 D DES4774 D DE S4774D DE S0004774 D DES0004774 D DE S0004774D DE 870725 C DE870725 C DE 870725C
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DE
Germany
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winding
switched
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braking
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DES4774D
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English (en)
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Hans Dipl-Ing Trassl
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Siemens AG
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Siemens 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
    • H02P3/00Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac 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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Description

  • Anordnung zum Abbremsen der Drehzahl oder Umsteuern der Drehrichtung von Synchronmotoren Beim elektrischen Antrieb von Schiffen werden als Antriebsmotor für die Schiffsschraube Synchronmotoren gewählt. Die einzelnen Synchronmotoren können dabei gesondert von Synchrongeneratoren gespeist werden. Man sieht aber außerdem auch zwischen dien Generatoren und den Motoren eine Sammelschiene vor, um die Speisung :der einzelnen Motoren auch von anderen Generatoren vornehmen zu können. Bei derartigen Schiffsantrieben, insbesondere beim elektrischen Antrieb der Schiffsschrauben von Kriegsschiffen, spielt nun das Abbremsen und insbesondere das Umsteuern der Drehrichtung der Synchronmotoren eine große Rolle. Es kommt darauf an, den mit der Schiffsschraube gekuppelten Synchronmotor rasch abzubremsen oder zu reversieren, trotzdem das Schiff zunächst seine Geschwindigkeit beibehält und dementsprechend über die Schiffsschraube den Synchronmotor in der bisherigen Drehrichtung antreibt. Zu die em Zweck ist es bereits bekannt, den Synchronmotor beim Abbremsen oder Reversieren nach dem Abtrennen von dem speisenden Netz mit seiner Wechselstromwicklung auf Bremswiderstände zu schalten, so daß der Motor, der nunmehr von der Schiffsschraube angetrieben wird, als Generator weiterläuft, wodurch eine starke Verminderung der Drehzahl erreicht wird. Diese Bremswirkung läßt jedoch bei kleinen Drehzahlen stark nach. Man schaltet daher insbesondere für das Reversieren nunmehr den Motor wiederuni auf das speisende Netz, jedoch mit umgekehrter Drehrichtung. Ungefähr gleichzeitig wird das Erregerfeld des Synchronmotors abgeschaltet. Der Motor läuft nunmehr infolge seiner Dämpfexwicklung im Läufer als Asynchronmotor, wobei seine Drehzahl infolge des gegenläufigen Drehfeldes zunächst auf Null herabsinkt und dann in umgekehrter Richtung sich beschleunigt. Wenn der Motor wieder annähernd seine synchrone Drehzahl erreicht hat, wird das Erregerfeld wieder eine geschaltet und der Motor synchronisiert. Diese Anordnung hat jedoch noch verschiedene Nachteile. Zunächst muß die gesamte Energie, die beim Reversieren der Drehzahl die Schiffsschraube an den Synchronmotor abgibt, im :diesem, und zwar hauptsächlich in der Dampferwicklung, vernichtet werden. Dies, führt aber zu einer starken Erwärmung insbesondere der Käfigwicklung des Synchronmotors. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß beim Umschalten des Synchronmotors vom Generatorbetrieb über die Bremswiderstände auf den asynchronen Motorbetrieb der Motor eine gewisse Zeit überhaupt kein Bremsmoment auf die Schiffsschraube ausübt. Dadas Schiff noch eine beträchtliche Geschwindigkeit besitzt; so wird es daher in dieser Zwischenzeit über die Schiffsschraube den Synchronmotor neuerdings in der alten Drehrichtung beschleunigen, wodurch der gesamte Umsteuervorgang erheblich verzögert wird. Auch das anfängliche Drehmoment des auf asynchronen Betrieb mit gegenläufigem Drehfeld umgeschalteten Motors ist dann geringer.
  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Abbremsen der Drehzahl oder zum Umsteuern der Drehrichtung von Synchronmotoren, insbesondere für den Antrieb von Schiffsschrauben, .die die geschilderten Nachteile nicht aufweist bzw: in dieser Richtung wesentliche Fortschritte mit sich bringt. Erfindungsgemäß besitzt der - Synchronmotor zwei verschiedene Polzahlen aufweisende bind sich gegenseitig nicht beeinflussende Wechselstromwicklungen und zwei diesen Wechselstromwicklungen in der Polzahl entsprechende Gleichstromerregeranordnungen. Ferner ist bei der Verminderung der Ausgangsdrehzahl die eine Wechselstromwieklung unter Einschaltung ihrer Gleichstromerregung kurzgeschlossen oder auf Bremswaiderstände geschaltet, während gleichzeitig die zweite Wechselstromwicklung unter Ausschaltung ihrer Gleichstromerregung mit gegenläufigem Drehfeld an das Wechselstromnetz angeschlossen ist und so über eine im Gleichstromteil untergebrachte Dämpfer-Wicklung ein asynchrones bremsendes Drehmoment ausübt. Die beiden Vorgänge der Abbremsung der Schiffsschraube einerseits durch das generatorische Arbeitendes Synchronmotors auf die Bremswiderstände, andererseits durch das Arbeiten als Asynchronmotor mit gegenläufigem Drehfeld finden bei der Erfindung also nicht hintereinander und mit einer Umschaltung statt, sondern sie gehen (mindestens zu einem großen Teil) gleichzeitig vor sich. Dadurch. -wird aber die insgesamte Abbremszeit und damit die im Motor unter Wärmeentwicklung vernichtete Abbremsener gie stark verkürzt, die Erwärmung des Motors also vermindert. Noch wesentlicher ist aber; daß die geschilderte Umschaltzeit; in der oder Motor überhaupt kein Drehmoment entwickelt und daher von der Schiffsschraube wieder beschleunigt wird, wegfällt. Dadurch wird also der Umsteuervorgang ebenfalls beschleunigt. Ein weiterer Vorteil besteht im folgenden: Durch die geschilderte gleichzeitige generatorische und motorische Abbremsung der Drehzahl können die von den speisenden Generatoren des Schiffes zu liefernden Umsteuerströme wesentlich verkleinert werden. Das hat aber zur Folge; daß die für diese Generatoren erforderliche Stoßerregung wesentlich kleiner ausfällt, da die Generatorspannung beim Umsteuern insbesondere infolge der Verkleinerung der vom Generator zu liefernden Blindströme mit einer geringeren Erregung gehalten werden kann. Diese Verminderung der vom Generator zu liefernden Ströme und der Generatorstoß,erregung hat aber eine wesentliche Verkleinerung des Generatörgewichtes zur Folge.
  • Im folgenden ist die Erfindung an Hand einer schematischen Schaltskizze näher erläutert. Der Synchronmotor für den Antrieb einer Schiffsschraube besitzt im Ständer zwei Wechselstromwicklüngen i und 2. Diese beiden Wicklungen besitzen verschiedene Polzahlen und sind außerdem derart ausgeführt; däß sie sich bei Leerlauf und bei Belastung gegenseitig nicht beeinflussen. Dies kann man in an sich bekannter Weise erreichen, insbesondere .spielt dabei eine geeignete Sehnung der einzelnen Spulender Wechselstromwicklunge:n eine wesentliche Rolle. Die Polzahlender beiden Wicklungen wählt man zweckmäßdgderart, daß bei einer Polpaärzahl p für die eine Wicklung die andere die Polpaarzahl p ± i oder ä aufweist. Da p infolge des Schiffsschraubenantriebs verhältnismäßig hoch ist, sind die Polzahlen der beiden Wicklungen also nicht sehr voneinander verschieden. Man kann jedoch auch ein voneinander wesentlich abweichendes Polzahlverhältnis wählen. Diese Arbeitswicklung i wird über den Schalter 3 an das speisende Wechselstromnetz q. angeschlossen. Die - für das generatorische Abbremsen der Drehzahl bestimmte Bremswicklung 2 kann über den Sehalter 5 an die Bremswiderstände 6 angeschlossen werden. Da die Bremswicklung beim Betrieb der Arbeitswicklung i durch diese nicht beeinflußt wird, also keine Spannungen liefert, so kann die Bremswicklung dauernd. an die Widerstände 6 angeschlossen sein, ebenso könnte sie dauernd kurzgeschlossen sein. Man kann jedoch die Bremswicklung durch Öffnen des Schalters 5 normalerweise offen lassen. Der Läufer des Synchronmotors besitzt nun ebenfalls zwei Gleichstromerregerwicklun!gen 7 und 8, von denen (die eine, 7, in ihrer Polzahl der Arbeitswicklung i, die zweite, 8, in ihrer Pblzahl der Bremswicklung :2 entspricht. Die beiden Erregerwicklungen werden über die Schalter g und io von einer Gleichstromduelle i i, beispielsweise von einer Gleichstromerregermaschine, gespeist. In der Zeichnung sind zwei gesonderte Gleichstromerregerwicklungen 7 und 8 vorausgesetzt. Man kann jedoch diese banden Wicklungen in bekannter Weise zu einer vereinigen, wobei diese Wicklung bei einer Speisung von bestimmten Stelleai aus die eine Polzahl liefert, .bei einer Speisung von anderen Stellen aus die zweite Polzahl. Für die Unterbringung der beiden Gleichstromerreger Wicklungen auf den Läufer besitzt dieser ähnlich wie bei T'urbogeneratonen gleichmäßig verteilte Nuten (nicht ausgeprägte Pole). Man kann jedoch auch bei ausgeprägten Polen den Läufer mit zwei verschiedenen Polzahlen in an sich bekannter Weise erregen.
  • Der Umsteuervorgang vollzieht sich nun folgendermaßen: Zunächst wird :der .Synchronmotor durch Öffnen des Schalters 3 vom speisenden Wechselstromnetz 4. abgeschaltet. Dann wird die Bremswicklung 2 durch Schließen des Schalters 5 auf den Bremswiderstand 6 geschaltet. Hierauf wird die der Arbeitswicklung i zugeordnete Erregerwicklung 7 abgeschaltet und die der Bremswicklung 2 _ zugeordnete Erregerwicklung 8 durch Schließen des Schalters io eingeschaltet. Dadurch arbeitet der Motor generatorisch auf die Bremswiderstände. Nach der Einleitung dieses Vorganges kann bereits die Arbeitswicklung i durch Vertauschen zweier Zuleitungen mit gegenläufigem Drehfeld an das Wechselstronnnetz q. wieder angeschlossen werden. Der Synchronmotor arbeitet dann außerdem mit Hilfe einer im Läufer vorhandenen Dämpferwicklung als Asynchronmotor mit gegenläufigem Drehfeld und sucht ebenfalls die vorhandene Drehzahl zu vermindern. Wenn infolge dieser doppelten Bremswirkung die Drehzahl Null erreicht ist, so wird nunmehr das generatorische Arbeiten des Synchronmotors auf die Bremswiderstände durch Abschalten der zugehörigen Erregerwicklung 8 mit Hilfe des Schalters io stillgelegt.
  • Da die Arbeitsweise als Asynchronmotor weiter bestehenbleibt, beschleunigt sich nunmehr der Motor in entgegengesetzter Drehrichtung. Um bei der Synchronisierung mit den speisenden Generatoren eine Überlastung von Motor und Generator zu vermeiden, erniedrigt man die Drehzahl bzw. die Frequenz der Generatoren. Wenn der Motor dann die Nähe dieser erniedrigten synchronen Drehzahl erreicht hat, so wird die der Arbeitswicklung i zugeordnete Erregerwicklung 7 wiederum eingeschaltet, und der Motor geht dann in den Synchronismus über. Schließlich wird, falls erforderlich, die Frequenz. auf die normale Höhe gebracht.
  • Die Bremswicklung 2 kann., da sie nur kurzzeitig wirksam ist, sehr hoch ausgenutzt werden. Man kann beispielsweise an -dieser Bremswicklung eine effektive Stromstärke von mehr als io Amp.lmm2 -zulassen.
  • Die geschilderte Anordnung zum Abbremsen der Drehzahl oder zum Umsteuern der Drehrichtung von Synchronmotoren kann auch bei anderen Antrieben als beim Antrieb von Schiffsschrauben verwendet werden, sofern die Arbeitsbedingungen dies als zweckmäßig erscheinen lassen, beispielsweise kann man die neue Anordnung zum Abbremsen von Zentrifugen benutzen.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zum Abbremsen der Drehzahl oderUmsteuern .der Drehrichtung von Synchronmotoren, insbesondere für den Antrieb von Schiffsschrauben, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor zwei; verschiedene Polzahl aufweiisende und sich gegenseitig nicht beeinflussende Wechselstromwicklungen besitzt und zwei diesen Wechse-lstromwncklungen in der Polzahl entsprechende Gleichstromerregeranordnungen und daß. bei der Verminderung der Ausgangsdrehzahl die eine Wechselstromwicklung unter Einschaltung ihrer Gleichstromerregung kurzgeschlossen oder auf Bremswiderstände geschaltet ist, während gleichzeitig die zweite Wechselstromw icklung unter Ausschaltung ihrer Gleichstromerregung mit gegenläufigem Drehfeld ' an das Wechselstromnetz angeschlossen ist und so über eine im Gleichstromteil untergebrachte Dämpferwicklung ein asynchrones bremsendes Drehmoment ausübt.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor im Läufer mit zwei Gleichstromerregerwicklungen verschiedener Polzahl ausgerüstet ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß -der Synchronmotor im Läufer eine Gleichstromerregerwdcklung besitzt, die für zwei verschiedene Polzahlen erregt werden kann. q..
  4. Verfahren zum Umsteuern der Drehrichtung,des Synchronmotors. mittels der Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die am Netz biegende Arbeitswicklung des Motors abgeschaltet wind und daß hierauf der Gleichstromteil für die kurzgeschlossene oder auf Widerstände geschaltete Brems,#vicklung mit Gleichstrom erregt wird, während die Erregung der Arbeitswicklung ausgeschaltet wird, und daß hierauf die Arbeitswicklung mit gegenläufigem Drehfeld an das Wechselstromnetz angeschlossen wird, daß bei der annähernden Erreichung der Drehzahl Null die Erregung der Bremswicklung abgeschaltet wird und daß schließlich in der Nähe des Synchronismus mit denn Wechselstromnetz die Erregerwicklung der Arbeitswicklung wieder eingeschaltet wird.
  5. 5. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß die Polpaarzahlen der beiden Wechselstromwicklungen sich nur um den Betrag i oder 2 voneinander unterscheiden.
DES4774D 1944-10-01 1944-10-01 Anordnung zum Abbremsen der Drehzahl oder Umsteuern der Drehrichtung von Synchronmotoren Expired DE870725C (de)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1030717B (de) * 1955-06-18 1958-05-22 Emil Koch Dipl Ing Elektrischer Schiffsantrieb mit Drehstromsynchronmotoren unterschiedlicher Polzahl
DE102006044742A1 (de) * 2006-09-20 2008-04-03 Schniewindt Gmbh & Co. Kg Schiffsantrieb
WO2010118975A1 (de) 2009-04-14 2010-10-21 Siemens Aktiengesellschaft Antriebssystem für eine anlage mit einem wechselspannungsinselnetz

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