DE977874C - Elektrischer Gleichstromantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Gleichstromantrieb für Schiffe, bei dem ein oder mehrere mechanisch miteinander gekuppelte Antriebsmotoren oder ein Mehrankermotor von einer oder mehreren Stromquellen mit wenigstens nahezu konstanter Spannung gemeinsam gespeist werden, wobei eine Drehzahl-Stufenschaltung durch wahlweise Reihen- oder Parallelschaltung der Stromquellen und/oder der Motoranker erfolgt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb aufzubauen, der eine Motorantriebsdrehzahl unterhalb der durch die Parallelschaltung der Stromquellen und Serienschaltung der Antriebsmotoren bei maximalem Erregerstrom bestimmten Motordrehzahl (Normaldrehzahl) bei gutem Wirkungsgrad und einfachem, d. h. übersichtlichem und weitgehend wartungsfreiem Aufbau zuläßt.

Für Antriebe mit sehr kleinen Drehzahlen wurde bereits vorgeschlagen, einen zusätzlichen Antriebsmotor geringer Drehzahl einzusetzen, der nach dem Abkuppeln der eigentlichen Antriebsmotoren über einen Riemenantrieb od. dgl. auf die Antriebswelle arbeitet. Insbesondere bei Fahrzeugantrieben, z. B. U-Booten, bei denen auf große Geräuscharmut Wert gelegt wird, ergab diese Lösung insgesamt einen sowohl in mechanischer als auch elektrischer Hinsicht komplizierten Gesamtaufbau. Es mußten neben den mechanischen Kupplungen auch erhebliche elektrische Schaltmittel und geräuschdämp-■fende Montagemittel für den langsam laufenden Motor eingesetzt werden.

Um die Anwendung von Getrieben, Kupplungen, Untersetzungen und zusätzlichen, wegen der geringen Drehzahl zwangsweise großen Maschinen für die kleinen Drehzahlstufen zu vermeiden, werden

109 651/4

beim Antrieb gemäß der Erfindung die Motoren auf einen hinsichtlich der Ausgangsspannung Steuer- oder regelbaren Motor-Generator-Satz (Umformer) geschaltet, der in den Normaldrehzahlbereichen die Erregerwicklungen der Antriebsmotoren speist.

Während sich bei der erstgenannten Ausführungsform auch bei kleinsten Drehzahlen eine gute Regelmöglichkeit der Drehzahlen durch Verändern ίο des Generatorfeldes des Umformersatzes ergibt, ermöglicht die letztgenannte Aufbauform eine zwar hinsichtlich der Drehzahl nicht bzw. nur in den durch die Feldänderungen bestimmten Grenzen regelbare, aber dafür außerordentlich geräuscharme Betriebsweise bei erträglichen Verlusten.

Da die für den Umformer benötigten Erregerleistungen relativ klein sind, können die'Erregerspannungen und damit auch die Ausgangsspannungen des Umformers in einfacher Weise gesteuert ao oder geregelt werden.

An Hand der Zeichnung seien Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt zwei Gleichstrommotoren 1 und 2, die auf eine gemeinsame Welle 3 zum Antrieb einer Schiffsschraube 4 arbeiten. Die Motoren 1 und 2 werden aus Sammelschienen 5 und 6 gespeist, die ihrerseits an eine Serien- oder Parallelschaltung von Stromquellen, z. B. Batterien, angeschlossen sind. Bei der Schaltung der Batterien ist es vorteilhaft, drei gleichartige Batteriesätze zu verwenden, da sich hier in Verbindung mit der Serien-Parallelschaltung der Motoren 1, 2 ohne Benutzung von verlustreichen Widerständen bereits vier Fahrtstufen ergeben. Die Erregerwicklungen 7 der Motoren 1, 2 werden im normalen Fahrbetrieb, d.h. in einem ,Drehzahlbereich, dessen unterste Grenze durch die Parallelschaltung der Stromquellen und Serienschaltung der Motoren gegeben ist, durch einen an den Sammelschienen liegenden Umformersatz 8 eingespeist, der aus einem Motor 9 und einem Generator 10 besteht. Die Erregerspannung für die Motoren 1 und 2 kann durch Steuerung der Erregung des Generators 10 unter Einsatz eines an sich bekannten Regelsatzes 11 geändert werden. Der Regelsatz 11 besteht im einfachsten Fall aus einem fernsteuerbaren Widerstandssteiler. Mit einer derartigen Schaltung ergibt sich bei sehr hohem Wirkungsgrad eine praktisch stufenlos veränderbare Drehzahl über den gesamten Fahrbereich. Soll auf eine sehr geringe Antriebsdrehzahl übergegangen werden, so wird vorzugsweise selbsttätig durch geeignete Schaltmittel die ini wesentlichen aus Fig. ι ersichtliche Schaltung aufgebaut. Der Umformersatz 8 wird von den Erregerwicklungen 7 abgetrennt und unmittelbar auf die Anker der Motoren ι und 2 geschaltet. Die Anker liegen hierbei, je nach Auslegung der Anlage, in Reihen- oder Parallelschaltung. Die Speisung der Erregerwicklungen 7 erfolgt bei diesem Betrieb über einen mit der Welle des Motors 8 gekuppelten Zusatzgenerator 12, dessen Erregerwicklung 13 im Hauptstromkreis des Umformer-Generators 10 liegt. Durch diese laststromabhängige Steuerung der Erregung des Zusatzgenerators und damit auch der Motoren wird eine gute Stabilität des Antriebes sichergestellt, denn der Antrieb besitzt damit ein Reihenschlußverhalten. Bei geeigneter Auslegung, d. h., wenn die Summe der Erreger- und Eisenverluste etwa gleich den Kupferverlusten im Ankerkreis ist, ergibt sich der bestmögliche Wirkungsgrad.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Schaltung ergibt bei kleinsten Drehzahlen noch einen gerade bei Speisung aus Batterien erträglichen Wirkungsgrad. Da jede Art von mechanischen Getrieben und Kupplungen fehlt, arbeitet ein derartiger Antrieb sehr geräuscharm, so daß mit diesem Antrieb auch sogenannte Schleichfahrten gefahren werden können. Der Umformersatz wird zweckmäßig für derartige Antriebe unter Einsatz an sich bekannter Mittel schallisoliert aufgestellt. Gegenüber den bekannten Ausführungsformen mit sogenannten Schleichfahrtmaschinen ergibt sich bei der beschriebenen Ausführungsform vor allem der Vorteil, daß man mit kleineren Maschinenteilen auskommt und auf Getriebe und Kupplungen ganz verzichten kann. Insbesondere der Umformer ist, da er hochtourig laufen kann, wesentlich kleiner und billiger als die bekannten sogenannten Schleichmaschinen, die entsprechend ihrer kleinen Drehzahl und den Geräuschbedingungen groß ausgeführt werden müssen, um das notwendige Drehmoment aufzubringen. Damit ergibt sich selbstverständlich auch der Vorteil des geringeren Gewichtes. Da im Regelsatz 11 nur relativ geringe Leistungen umgesetzt werden, ist es möglich, in einfacher Weise den gesamten Antrieb zu steuern bzw. zu regeln. Darüber hinaus können für die Herstellung der verschiedenen Schaltkombinationen einheitliche, leicht austauschbare Bauteile Verwendung finden.

Kann auf die Regelbarkeit der Antriebe in dem unter der Normaldrehzahl liegenden Drehzahlbereich verzichtet werden, so kann für besonders geräuscharme Fahrtstufen ein Schaltungsaufbau gewählt werden, wie er aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die Motoren 1, 2 werden über die Sammelschienen 5, 6 in Serienschaltung gespeist. In dieser Serienschaltung sind die Erregerwicklungen 7 als Vorwiderstände eingeschleift. Sofern nötig, kann durch einen weiteren Widerstand 14 eine gewisse Anpassung an die gewünschte .Fahrtstufe erzielt werden. Bei entsprechender Wahl dieser Fahrtstufe und geeigneter Auslegung der Maschinen ergibt sich der Vorteil, daß keinerlei Hilfsmaschinen benötigt werden, so daß mit nahezu absoluter Geräuschfreiheit gefahren werden kann. Da bei einer derartigen Schaltung die Verluste in den Motoren 1 und 2 außerordentlich gering sind, wird man in der Praxis auch ohne Hilfsantriebe, wie Gebläse für die Kühlung der Motoren, auskommen und damit auch geringe, durch Hilfsmaschinen verursachte Geräusche ausschließen.

Sehr günstige Betriebsverhältnisse und Aufbauformen ergeben sich durch den Einsatz bereits vor- .· geschlagener Schützensteuerungen, durch die über einen Programmschalter die Parallel- und Serien- «5 schaltung von Stromquellen und Antriebsmotoren

erfolgt. Durch die Schützensteuerung wird die Ankerspannung und damit ein bestimmter Fahrbereich vorgegeben. Die genaue Drehzahl wird dann durch einen z. B. mit dem Programmschalter gekuppelten Sollwertgeber, z. B. ein Potentiometer, vorgegeben und über einen Regelsatz, gegebenenfalls mit nachgeschalteter Verstärkermaschine in der gezeichneten Art über das Feld der Hauptmaschine gesteuert.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrischer Gleichstromantrieb für Schiffe, bei dem ein oder mehrere mechanisch miteinander gekuppelte Antriebsmotoren oder ein Mehrankermotor von einer oder mehreren Stromquellen mit wenigstens nahezu konstanter Spannung gemeinsam gespeist werden, wobei eine Drehzahl-Stufenschaltung durch wahlweise Reihenoder Parallelschaltung der Stromquellen und/ oder der Motoranker erfolgt, dadurch gekenn zeichnet, daß zur Erzielung einer Motordrehzahl unterhalb der durch die Parallelschaltung der Stromquellen, Serienschaltung der Antriebsmotoren und maximale Feldverstärkung bestimmten Motordrehzahl (Normaldrehzahl) die Motoren auf einen hinsichtlich der Ausgangsspannung Steuer- oder regelbaren Motor-Generator-Satz (Umformer) geschaltet werden, der in den Normaldrehzahlbereichen die Erregerwicklungen der Antriebsmotoren speist.

2. Antrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen vom Umformermotor getriebenen Zusatzgenerator, durch den bei geringer Drehzahl die Erregerwicklungen der Antriebsmotoren eingespeist werden.

3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Zusatzgenerators in Abhängigkeit der Umformergeneratorlast gesteuert wird.

4. Antrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Umformersatzes über einen an sich bekannten Regelsatz veränderlich ist.

5. Antrieb nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine selbsttätig arbeitende Steuereinrichtung, durch die bei Anwahl einer unter der kleinsten Normaldrehzahl liegenden Drehzahlstufe die Schaltung der Motoren in bezug auf die Einspeisung durch die Stromquellen aufgelöst und die Umschaltung auf den Umformer einschließlich der Erregerumschaltung vorgenommen wird.

6. Antrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anwahl der durch Reihen- bzw. Parallelschaltung von Stromquellen und Antriebsmotoren bestimmten Grunddrehzahl über einen Programmschalter nach Art einer Schützensteuerung erfolgt.

In Betracht gezogene Druckschriften
Deutsche Patentschriften Nr. 300745, 524021;
britische Patentschriften Nr. 291 056, 768390;
AEG-Mitt, 48 (1958), S. 517.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 651/4 12.71