Schiffsschraubenantrieb durch Synchronmotor und Synchrongenerator
Die Erfindung bezieht sich auf einen Schiffsschraubenantrieb durch Synchronmotor
und Synchrongenerator. Sie besteht darin, daß entweder der Motor oder der Generator
oder beide zusammen über Stromtransformator und Gleichrichtervorrichtung lastabhängig
erregt werden. Durch diese Bauart wird der Vorteil erzielt, daß man bei der Umsteuerung
der Schiffsschraube von »Vorwärts« auf »Zurück« dem Motor ein Höchstmaß an Wirkleistung
zuführen kann, so daß er möglichst rasch die neue Drehzahl annimmt.Propeller drive by synchronous motor and synchronous generator
The invention relates to a synchronous motor propeller drive
and synchronous generator. It consists in either the motor or the generator
or both together via current transformer and rectifier device depending on the load
get excited. This design has the advantage that when reversing
the propeller from "forwards" to "backwards" the engine a maximum of real power
can feed, so that it assumes the new speed as quickly as possible.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand des Ausführungsbeispieles der
Zeichnung Fig. I und 2 näher erläutert. 16 bedeutet einen Synchrongenerator, der
durch den Dieselmotor 17 angetrieben wird, der den als Synchronmotor ausgebildeten
Schiffsschraubenmotor 23 speist. 18 ist die Erregermaschine des Synchrongenerators.
Diese wird von den Sammelschienen RST über den Quecksilberdampfgleichrichter I9
und über die vorgeschalteten Stromtransformatoren 2o, 21 und 22 erregt. Mit dem
Stromtransformator 22 ist dabei die gleichstromvorerregte Drosselspule 24 in Reihe
geschaltet. Die Anordnung ist derart, daß die Leistung der Drosselspule 24 ein Vielfaches
der über den Gleichrichtertransformator 2r an die Erregerwicklung der Erregermaschine
18 abgegebenen Leistung ist, so daß der Strom der Drosselspule 24 in Parallelschaltung
mit dem Strom des Stromtransformators 2o den Erregerstrom an der Erregermaschine
vorschreibt. Um die Erregungsgeschwindigkeit bei Laständerungen zu erhöhen,
erhält
die Erregermaschine I8 zweckmäßig noch eine Gegenerregung; so daß die Erregermaschine
einerseits eine Fremderregung besitzt, die von dem Gleichrichter I9 gespeist wird,
andererseits eine dem Erregerstrom der Synchronmaschine verhältnisgleiche und der
Fremderregung entgegenwirkende Erregung. Zur Verminderung der Größe dieser beiden
Erregerwicklungen kann man noch eine nicht dargestellte Nebenschlußerregung vorsehen,
wobei für den Sollwert des Belastungsstromes der Erregermaschine I8 die Fremderregung
und die dem Erregerstrom der Synchronmaschine I6 verhältnisgleiche Erregung sich
aufheben.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiment of the drawing FIGS. 16 denotes a synchronous generator which is driven by the diesel engine 17 which feeds the propeller motor 23 designed as a synchronous motor. 18 is the exciter of the synchronous generator. This is excited by the busbars RST via the mercury vapor rectifier I9 and the upstream current transformers 2o, 21 and 22. The direct current pre-excited choke coil 24 is connected in series with the current transformer 22. The arrangement is such that the power of the choke coil 24 is a multiple of the power delivered via the rectifier transformer 2r to the excitation winding of the excitation machine 18, so that the current of the choke coil 24 in parallel with the current of the current transformer 2o prescribes the excitation current at the excitation machine. In order to increase the speed of excitation when the load changes, the excitation machine I8 expediently receives a counter-excitation; so that the excitation machine has, on the one hand, an external excitation which is fed by the rectifier I9, and, on the other hand, an excitation which is proportional to the excitation current of the synchronous machine and counteracts the external excitation. To reduce the size of these two excitation windings, a shunt excitation (not shown) can be provided, with the external excitation and the excitation equal to the excitation current of the synchronous machine I6 canceling each other out for the setpoint of the load current of the excitation machine I8.
Die Drosselspule 24 besitzt eine Gleichstromvormagnetisierung, die
über den Trockengleichrichter 25 derart mit Gleichstrom versorgt wird, daß die dadurch
bewirkten Änderungen des Erregerstromes an dem Synchrongenerator I6 die Leistung
des Synchrongenerators bzw. die Leistung des Synchronmotors 23 insbesondere bei
der Umsteuerung im günstigsten Sinne beeinflussen. Zu diesem Zweck wird die Gleichstromvormagnetisierungswicklung
der Drosselspule 24 in folgender Weise gesteuert: I und 2 sind zwei Spannungswandler,
die an die Sammelschienen RST so- angeschlossen sind, daß die Summe ihrer Sekundärspannungen
Größe und Phase von R, T (Fig. 2) hat. Die Drosselspule 3 (ohne Luftspalt) macht
die Mitte dieser Spannung für die im folgenden beschriebene Brückenschaltung zugänglich.
In der Brücke liegt der Stromwandler 4. Bei reiner Wirkleistung (cos p = I) überlagern
sich z. B. im linken Zweig der Strom der beiden Spannungswandler I und 2 mit dem
halben Strom des Stromwandlers 4 zur algebraischen Summe und im rechten Zweig zur
algebraischen Differenz. Bei reiner Blindleistung hingegen schließt der Strom der
beiden Spannungswandler I und 2 mit dem Strom des Stromwandlers 4 einen Phasenwinkel
von 9o° ein, und die vektoriellen Summenströme im linken und im rechten Zweig der
Brückenschaltung sind größengleich, der Phase nach jedoch verschieden. In jedem
Zweig ist je ein Gleichrichter 5 und 6 eingeschaltet, über die der gleichgerichtete
Strom je einer Spule 7 und 8 auf dem mittleren Schenkel einer gleichstromerregten
Drosselspule 9 zugeleitet wird. Die beiden -Spulen 7 und 8 wirken sich entgegen.
Bei reiner Blindleistung an den Sammelschienen RST ist der Strom im linken Zweig
der Brückenschaltung gleich dem Strom im rechten Zweig. Daher sind auch die gleichgerichteten
Ströme gleich und die Gesamtdurchflutung der Spulen 7 und 8 ist Null. Bei Wirklast
des Generators I6 überwiegt die Durchflutung der Spule 7., -Sie bestimmt daher die
Größe der Gesamtdurchflutung von 7 und 8, der die Durchflutung der Spule Io entgegenwirkt.
Außerdem besitzt die Drosselspule 9 noch eine weitere Spule I I, die der Rückkopplung
dient und vom gleichgerichteten Primärstrom der Drosselspule 9 in Reihenschaltung
mit der Gleichstromerregerwicklung der Drosselspule 24 durchflossen wird. Macht
man die Durchflutung der Spule I I. gerade so groß, daß sich der Primärstrom der
Drosselspule 9 auf der Kennlinie zwischen dem Primärstrom und der Gleichstromvormagnetisierung
bewegt, so befindet sich die Spule 9 im. kippligen Gleichgewicht. Der Primärstrom
der Drosselspule würde daher unbestimmte Werte annehmen. Dies wird durch die Durchflutung
der Spulen 7 und 8 einerseits und der Spule Io andererseits verhindert; denn wächst
der Primärstrom der Drosselspule 9 über den für die gewünschte Steuerwirkung erforderlichen
Wert hinaus, so wächst die Wirkleistung und damit die gemeinsame Durchflutung -der
Spulen 7 und 8 über den Wert derjenigen von Io hinaus und wirkt damit der Durchflutung
der Spule I I entgegen. Infolgedessen nimmt der Primärstrom der Drosselspule 9 ab
und damit auch die Leistung. Das Umgekehrte ist der Fall, wenn die Leistung unter
ihrem Sollwert- ist.The choke coil 24 has a direct current bias, the
is supplied with direct current via the dry rectifier 25 in such a way that the thereby
caused changes in the excitation current to the synchronous generator I6 the performance
of the synchronous generator or the power of the synchronous motor 23 in particular
influence the reversal in the most favorable sense. The DC bias winding is used for this purpose
the choke coil 24 is controlled in the following way: I and 2 are two voltage converters,
which are connected to the busbars RST in such a way that the sum of their secondary voltages
Has size and phase of R, T (Fig. 2). The choke coil 3 (without air gap) makes
the middle of this voltage is accessible for the bridge circuit described below.
The current transformer 4 is located in the bridge. With pure active power (cos p = I) superimpose
z. B. in the left branch of the current of the two voltage converters I and 2 with the
half the current of the current transformer 4 to the algebraic sum and in the right branch to
algebraic difference. With pure reactive power, on the other hand, the current closes
two voltage converters I and 2 with the current of the current converter 4 a phase angle
of 90 °, and the vectorial sum currents in the left and right branches of the
Bridge circuits are of the same size, but different in phase. In each
Branch is a rectifier 5 and 6 turned on, via which the rectified
Current each of a coil 7 and 8 on the middle leg of a DC excited
Choke coil 9 is fed. The two coils 7 and 8 counteract each other.
With pure reactive power on the RST busbars, the current is in the left branch
the bridge circuit is equal to the current in the right branch. Hence the rectified ones too
The currents are equal and the total flow through the coils 7 and 8 is zero. At real load
of the generator I6 outweighs the flow through the coil 7th, - It therefore determines the
Size of the total flow of 7 and 8, which counteracts the flow of the coil Io.
The choke coil 9 also has a further coil I I, which is used for feedback
is used and the rectified primary current of the inductor 9 in series
with the DC exciter winding of the choke coil 24 flows through it. Power
the flow through the coil I I. just so great that the primary current of the
Choke coil 9 on the characteristic curve between the primary current and the direct current bias
moves, the coil 9 is in. unsteady balance. The primary stream
the choke coil would therefore assume indefinite values. This is due to the flooding
the coils 7 and 8 on the one hand and the coil Io on the other hand prevented; because grows
the primary current of the choke coil 9 over that required for the desired control effect
Value, the active power and thus the common flooding of the
Coils 7 and 8 over the value of those of Io and thus acts the flow
the coil I I opposite. As a result, the primary current of the choke coil 9 decreases
and with it the performance. The reverse is true when the performance is below
their setpoint is.
Um zu erreichen, daß auch bei schwankender Netzspannung die von der
Regeleinrichtung gesteuerte Leistung konstant bleibt, muß -man die Durchflutung
der Spule I I mit zurückgehender Netzspannung verstärken. Dies ist dadurch er-,
reicht, daß die Sollwertspule Io nicht von einer gleichbleibenden, sondern von einer
mit abnehmender Netzspannung zunehmenden Spannung gespeist wird. Diese gewünschte
Spannung wird von einer Reihenschaltung von zwei rückwirkungslosen Transformatoren,
einem ungesättigten I2 und einem gesättigten I3, geliefert. Die Amperewindungszahl
der Sekundärwicklungen ist klein gegenüber der der Primärwicklungen, so daß der
sekundäre Strombelag auf den primären nahezu keine Rückwirkung hat. Die -Sekundärwicklungen
sind so in Reihe geschaltet, daß sich ihre Spannungen entgegenwirken. Je nach der
Bemessung der beiden Transformatoren 12 und 13, auch durch Anzapfungen an ihren
Wicklungen, kann der Verlauf der von den beiden Transformatoren gemeinsam gelieferten
Sekundärspannung beliebig gestaltet werden. Diese Sekundärspannung wird über den
Gleichrichter 14 der Sollwertspule io zugeleitet und bewirkt dort eine Zunahme des
Netzwirkstromes. Man kann auf diese Weise auch die Änderung der Kennlinie der Drossel
9 bei zurückgehender Netzspannung ausgleichen, indem ebendie. Erregung der Sollwertspule
um den fehlenden Betrag ergänzt wird. Regelung der einzustellenden Leistung kann
durch den Widerstand 15 erfolgen.In order to ensure that even when the mains voltage fluctuates, the
Control device controlled power remains constant, you have to control the flow
of the coil I I increase with decreasing mains voltage. This is because
is enough that the setpoint coil Io is not from a constant, but from a
is supplied with increasing voltage with decreasing mains voltage. This desired
Voltage is generated by a series connection of two non-reactive transformers,
one unsaturated I2 and one saturated I3. The number of ampere turns
of the secondary windings is small compared to that of the primary windings, so that the
secondary current coating has almost no effect on the primary. The secondary windings
are connected in series in such a way that their voltages counteract each other. Depending on the
Dimensioning of the two transformers 12 and 13, also by taps on theirs
Windings, the course of the two transformers supplied together can be
Secondary voltage can be designed as desired. This secondary voltage is via the
Rectifier 14 fed to the setpoint coil io and there causes an increase in the
Mains active current. In this way you can also change the characteristic of the throttle
9 compensate for decreasing mains voltage by adding the. Excitation of the setpoint coil
the missing amount is added. Regulation of the service to be set can
take place through the resistor 15.
Da bei einer derartigen Übertragung zwischen Motor und Generator durch
die Erregung auch die Leistung beeinflußt werden kann, dient hier die Schaltung
dazu, auch bei Umsteuerung von Voraus auf Zurück dem Motor ein Höchstmaß an Wirkleistung
zuzuführen, um ihn möglichst rasch auf die neue Drehzahl zu bringen. Die Schaltung
bewirkt dann, wenn der Motor sich der neuen synchronen Drehzahl nähert und das asynchrone
Drehmoment zunimmt, daß die Wirkleistung nicht über das für den Dieselmotor zulässige
Maß ansteigt. Der Stromtransformator 2o wird hierbei so eingestellt, daß er nicht
die ganze Ankerrückwirkung
aufhebt; sondern nur einen Teil der Gesamterregerleistung
mitliefert. Das erleichtert die über die Grunderregung zu erfolgende Ausregelung
des Erregerstromes ganz wesentlich. In gleicher Weise, wie die Erregung des Generators,
kann man auch die des Motors, gegebenenfalls beide zusammen, beeinflussen. Da bei
der ganzen Regelung keinerlei bewegliche Teile, Kontakte u. dgl., benötigt werden,
bietet die Schaltung gerade für Schiffe besondere Vorteile.Because with such a transmission between motor and generator through
the excitation can also be influenced by the power, the circuit is used here
In addition, the motor has a maximum of real power even when switching from ahead to back
in order to bring it up to the new speed as quickly as possible. The circuit
causes when the motor approaches the new synchronous speed and the asynchronous
Torque increases so that the active power does not exceed what is permissible for the diesel engine
Degree increases. The current transformer 2o is set so that it does not
all the anchor feedback
cancels; but only part of the total excitation output
included. This facilitates the adjustment to be made via the basic excitation
of the excitation current is very important. In the same way as the excitation of the generator,
you can also influence that of the engine, possibly both together. Included
No moving parts, contacts, etc. are required for the entire system,
the circuit offers particular advantages, especially for ships.