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Elektrische Steuerung eines Gleichstrommotors, der von mehreren Stromquellen
annähernd konstanter Spannung gespeist wird Die Erfindung betrifft die elektrische
Steuerung eines Gleichstrommotors, der von mehreren Stromquellen annähernd konstanter
Spannung gespeist wird, insbesondere für einen elektrischen Schiffsantrieb mit mehreren,
von schnell laufenden Verbrennungskraftmaschinen verhältnismäßig kleiner Leistung
angetriebenen Generatoren.
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Gemäß der Erfindung wird die Erregung des Gleichstrommotors von einer
Stromquelle annähernd konstanter Spannung und einer Zusatzmaschine von veränderlicher
Spannung in Gegenschaltung geliefert, wobei die Zusatzmaschine in Abhängigkeit von
dem Betriebsstrom und der Zahl der für die Motorspeisung in Betrieb befindlichen
Stromquellen erregt wird. Die Erfindung ermöglicht die Regelung des Antriebsmotors
über einen großen Drehzahlbereich und die betriebssichere Speisung eines Gleichstrommotors
von nur einer Generatoreinheit auch dann, wenn der Motor eine derartig hohe Leistung
hat, daß er die gesamte Leistung aller vorhandenen Generatoreinheiten übernehmen
kann.
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Die Erfindung ermöglicht es ferner, daß der Antriebsmotor nach einer
Reihenschlußcharakteristik arbeitet, wie es beispielsweise für elektrische Schiff
sschraubenantriebe häufig zweckmäßig ist, um eine Überlastung und/oder ein Durchgehen
der Kraftmaschine zu verhindern, und daß die gewünschte Charakteristik mit genauer
Proportionalität aufrechterhalten wird, um die Leistungsabgabe
der
Krafterzeugeranlage zu jeder Zeit dem Bedarf anpassen zu können.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
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Der Schraubenmotor I ist mit einer Erregerwicklung 7 versehen, die
in Reihe mit dem Anker eines kleinen, als umsteuerbare Zusatzmaschine dienenden
Gleichstromgenerators 2 liegt. Die Zusatzmaschine 2 kann unmittelbar von dem Schraubenmotor
durch einen Riemen, eine Kette oder über ein Getriebe oder unabhängig von dem Motor
von einem anderen Elektromotor oder einer Kraftmaschine angetrieben werden. Die
beiden Feldwicklungen 8 und 9 der Zusatzmaschine wirken einander entgegen. Die Reihenschlußwicklung
8 liegt in dem Motorstromkreis oder auch parallel zu einem in diesem Stromkreis
liegenden Widerstand, wobei dann nur ein Teil des Motorstromes für die Erregung
dieser Wicklung verwendet wird. Die zweite Wicklung 9 der Zusatzmaschine 2 ist fremderregt
und zweckmäßig an die Sammelschienen des Konstantspannungsnetzes Io angeschlossen.
Die Erregerwicklung 9 ist derart geschaltet, daß die von ihr hervorgerufene Spannung
der Zusatzmaschine der Spannung des Netzes entgegenwirkt. Die Reihenschlußwicklung
8 wirkt derart, daß die von ihr hervorgerufene Spannung die gleiche Richtung hat
wie die Spannung des Netzes. Diese Anordnung verursacht bei einer Zunahme des Motorstromes
eine Zunahme der Erregung des Schraubenmotors I.
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Zur Regelung der Motordrehzahl dient ein Widerstand 4, der in Reihe
mit der Nebenschluß-Wicklung 9 der Zusatzmaschine liegt. Der Stromkreis dieser Wicklung
9 wird heim Beginn des Anlassens geschlossen, und zwar dadurch, daß an dem unteren
Ende des Widerstandes 3 Kontakte I I angeordnet werden.
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Außerdem ist ein Widerstand 5 vorgesehen, der aus drei Teilwiderständen
besteht und mit mechanisch gekuppelten Steuerschaltern versehen ist. Der Widerstand
5 liegt dabei in Reihe mit der Nebenschlußwicklung der Zusatzmaschine. Der Widerstand
5 ist derart ausgelegt, daß er die vorhandenen vier Generatoreinheiten schützt,
und in der Zeichnung in derjenigen Stellung dargestellt, in der der Schraubenmotor
von zwei Generatoren gespeist wird und die anderen beiden Generatorensätze außer
Betrieb sind. Die römischen Ziffern bezeichnen die Stellungen des Widerstandsreglers
5 entsprechend der Zahl der in Betrieb befindlichen Generatoren. Mit dem Widerstand
5 kann der Erregerstrom der Wicklung 9 der Zusatzmaschine geändert werden. Dieser
Widerstand ist so ausgelegt, daß in den Schaltstellungen I, II, III und IV Erregerströme
von annähernd 25, 50, 75 b.zw. 100% fließen. Außerdem ist ein Feldumsteuerschalter
6 vorgesehen. Zur Vereinfachung der Zeichnung sind Feldentladungswiderstände und
die entsprechenden Schaltkontakte nicht dargestellt, können jedoch in der erfindungsgemäßen
Anordnung vorgesehen werden.
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Bei einem Antrieb mit vier annähernd gleich großen Generatorsätzen,
die in Parallelschaltung einen Schraubenmotor speisen, wie vorstehend beschrieben,
kann der Vollaststrom je nach der Zahl der im Betrieb befindlichen Generatorsätze
vier verschiedene Werte annehmen. Diese Werte können mit 25, 50, 75 und I00% und
die diesen Werten entsprechenden Schraubendrehzahlen mit annähernd 63, 8o, 9I bzw.
Ioo% bezeichnet werden.
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Die beiden Erregerwicklungen der Zusatzmaschine 2 sind derart ausgelegt,
daß, wenn der Motorstrom den Wert 25, 50, 75 oder I00% hat und der Schaltarm des
Widerstandes 5 sich in der Stellung I, II, III bzw. IV befindet, ihre Durchflutungen
sich gegenseitig aufheben und die Ankerspannung der Zusatzmaschine gleich Null ist.
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Befindet sich beispielsweise der Regler 5 in der Stellung II und der
Feldregler 4 in der Höchstdrehzahlstellung, so wird die Motordrehzahl den Wert 8o
% bei einem Motorstrom von 5o% haben. Der Erregerstrom der Feldwicklung 9 der Zusatzmaschine
wird ebenfalls den Wert 5o% haben, wodurch die Spannung der Zusatzmaschine gleich
Null wird.
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Jede Zunahme des Motorstromes über diesen Wert bewirkt, daß die Durchflutung
der Reihenschlußwicklung 8 der Zusatzmaschine überwiegt. Da die Größe der Durchflutung
dieser Wicklung von der Abgabeleistung der letzteren Maschine abhängt, kann diese
Wicklung derart angeordnet werden, daß sie die Erregung des Schraubenmotors I auf
irgendeinen gewünschten Wert verstärkt und dadurch dem Motor die gewünschte Reihenschlußcharakteristik
zur Sicherung der Stromerzeugeranlage gegen Überlast verleiht.
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Diese Einrichtung dient nicht nur zum Schutz des Schraubenmotors bei
voller Belastung, sondern durch geeignete Auslegung auch bei Belastungen Von 25,
5o oder 75 %. Dadurch wird die in Betrieb befindliche Stromerzeugeranlage auch dann
wirksam geschützt, wenn weniger als sämtliche vorhandenen Generatoreinheiten in
Betrieb sind.
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Durch eine plötzliche Erhöhung der Motorerregung, beispielsweise wenn
die Drehzahl des Motors durch den Drehzahlregler 4 vor dem Abstoppen oder der Umsteuerung
des Schiffes schnell herabgesetzt werden soll, wird, wenn keine geeigneten Vorkehrungen
getroffen werden, eine Umkehr des Leistungsflusses in dem Motorstromkreis hervorgerufen.
Dies ist hauptsächlich auf die Trägheit der Schraube, des Motorankers und des Schiffes
selbst zurückzuführen, welche die Drehzahl des Schraubenmotors auf einem höheren
Wert halten wollen, als er normalerweise durch dieselbe Erregung des Schraubenmotors
erreicht werden kann. Dieses Zurückarbeiten des :Motors auf das Netz ist für verschiedene
Arten von Kraftmaschinen unzweckmäßig und kann ein Durchgehen derselben veranlassen.
Um das Zurückarbeiten des Motors auf das Netz zu vermeiden, erhält der Motor zweckmäßig
eine Kompound-Differentialwicklung. Tritt in der vorstehend beschriebenen Anordnung
ein Zurückarbeiten auf das Netz auf, so schützt die Zusatzmaschine 2 wirksam die
Stromerzeugeranlage und verteilt die zurückgelieferte Leistung genau auf die in
-Betrieb befindlichen Generatoreinheiten.
Die Zusatzmaschine kann
gegebenenfalls auch mit einer dritten Wicklung versehen sein, die an der Spannung
der Zusatzmaschine liegt. Eine derartige Wicklung würde die Steuerwirkung der Wicklungen
8 und 9 verstärken.
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Der Ausdruck Konstant-Spannungsgleichstromquelle ist hauptsächlich
aus dem Grunde gewählt worden, um diese Schaltung von der Leonardschaltung oder
anderen Schaltungen mit veränderlicher Ausgangsspannung, die für elektrische Schiffsantriebe
verwendet werden, zu unterscheiden. Die Spannung des in der erfindungsgemäßen Anlage
vorhandenen Netzes kann, wenn es für andere Zwecke erwünscht ist, genau konstant
gehalten werden oder wie üblich sich um Io oder sogar 2o% ändern, wenn Belastungsänderungen
auftreten und die Generatoren ohne besondere selbsttätige Spannungsregler arbeiten.
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Die Netzspannung kann von einer beliebigen Anzahl parallel geschalteter
Generatoren möglichst mit gleicher Charakteristik oder Akkumulatorenbatterien oder
einer Kombination beider, wenn die Batterie und der oder die Generatoren in Parallelschaltung
an den Sammelschienen liegen, geliefert werden. Der eine Hauptvorteil der vorstehend
beschriebenen Steuereinrichtung ist, daß praktisch die gesamte Regelung mit Hilfe
der von der Zusatzmaschine abgenommenen Ströme erfolgt und die Kosten der Steuereinrichtung
dadurch herabgesetzt werden.