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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.