Elektrischer Schiffsschraubenantrieb. Der Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Schiffschraubenantrieb, be stehend aus mindestens einem polumschalt baren Mehrphasen-Induktionsmotor pro Schraubenwelle. Gemäss der Erfindung ist der Ständer des Motors für drei Polzahlen eingerichtet und besitzt der als Kurzschluss anker ausgebildete Läufer für die beiden kleineren Polzahlen niedrigen und' für die grösste Polzahl hohen ohmschen Wider stand.
Die beiden kleineren Polzahlen entspre chen den beiden Hauptgeschwindigkeiten des Schiffes, nämlich der Höchstgeschwin digkeit und der sogenannten Marschge schwindigkeit. Soll zum Beispiel ein Turbo generator den Strom für den elektrischen Schiffschraubenantrieb liefern und in bei den Fällen mit einer normalen; dem gün stigsten Wirkungsgrad einer Dampfturbine entsprechenden Drehzahl arbeiten, oder soll aus irgendeinem andern Grunde die Strom frequenz dieselbe bleiben, so wählt man die beiden Polzahlen im umgekehrten Verhält nisse der beiden Hauptgeschwindigkeiten des Schiffes, d. h. da die Marschgeschwin- igkeit 2/3 bis 3/4 der Höchstgeschwindigkeit beträgt, wählt man die Polzahlen im Ver hältnisse 3:2 oder 4:3. Die dritte Polzahl dient hauptsächlich zum Reversieren und Manövrieren, auch zur Fahrt mit ganz ge ringen Geschwindigkeiten.
Zwischenge schwindigkeiten zwischen den Hauptstufen können zum Beispiel durch Regeln der Drehzahl der Turbine erzielt werden.
Beim Ingangsetzen des Schiffes aus der Ruhe kann man den elektrischen Schiff schraubenantrieb zusammen mit dem Ge nerator anlassen; er arbeitet. hierbei mit klei ner Schlupffrequenz, und. es ist. daher kein Anlasswiderstand im Rotor erforderlich, um das Beschleunigungsmoment zu erzielen. Vor Ingangsetzung kann man mittelst des Polumschalters die der beabsichtigten Fahrt geschwindigkeit entsprechende Polzahl ein stellen; die Rotorwicklung hat für, die bei den Hauptgeschwindigkeitsstufen den nie deren ohmschen Widerstand, den der hohe Wirkungsgrad bei voller Fahrt verlangt.
Schwieriger sind die Anforderungen beim schnellen Anhalten und beim Rever- sieren, wobei die Schiffschrauben in mög- lichst kurzer Zeit durch Gegenstrombrem sung ihrer Motoren zum Stillstande, bezw. in Gegendrehung gebracht werden sollen, um Glas in voller Fahrt befindliche Schiff zu bremsen.
Zur Gegenstrombremsung wird der Dreh sinn des Statordrehfeldes durch Vertau schung der Reihenfolge der Statorphasen umgekehrt, so dass der Motor nun gegen das Drehfeld läuft. Um bei der hohen Schlupf frequenz die zur Erzielung eines hohen Bremsmomentes günstige Phase des Rotor stromes gegenüber dem Felde zu erhalten, ist. ein grösserer Rotorwiderstand erforder lich. Die im Rotorwiderstande verzehrte elektrische Leistung ist bei der Gegenstrom bremsung um einen Betrag grösser als als die mechanische Bremsleistung, der sich zu dieser verhält wie die Dreh zahl des Drehfeldes im Motor zur Dreh zahl des Rotors. Die gesamte erzeugte Wärme kann also bei gegebener Brems leistung verkleinert werden durch Verkleine rung der Drehzahl des Drehfeldes, was durch Umschaltung auf die dritte grösste Pol zahl des Motors erzielt wird.
Bei der Um schaltung in Gegenstrombremsung wird daher sowohl der Drehsinn der Drehfeldes umgekehrt, als auch zur grössten Polzahl übergegangen, und bei dieser Polzahl hat die Kurzschlusswicklung des Rotors infolge ihrer besonderen Ausbildung einen hohen ohmschen Widerstand. Diese dritte Polzahl kann zum Beispiel doppelt so gross gewählt werden wie die für die Höchstgeschwindig keit, so dass man drei Polzahlen zum Bei spiel im Verhältnisse 2 : 3 : 4 oder 3: 4 : 6 erhält.
Die Umschaltung in drei Polzahlen kann mittelst drei Statorwicklungen hergestellt werden; sie kann auch mittelst zwei Stator wicklungen hergestellt werden, wovon die eine für eine Polzahl dient, während die zweite für die beiden andern Polzahlen umschaltbar ist: oder es kann eine für drei Polzahlen umschaltbare Wicklung verwen det werden, um totes Kupfer zu sparen und die Ausnutzung der Maschine zu verbessern. Mehrphasige Wicklungen für drei Polzah len, die bei allen Polzahlen gut ausgenutzt sind, erhalten jedoch im allgemeinen eine grosse Anzahl Wicklungsenden und Schalt stellen; man kann diese Zahl wesentlich herabsetzen, wenn man jeder Polzahl eine entsprechende Phasenzahl zuordnet, d.h. mit senzahl des Generators ändert.. Dies ist beim Schiffsantrieb ohne weiteres möglich. weil der Generator ausschliesslich demselben Strom liefert.
Die Erhöhung der Zahl der Wicklungsenden am Generator wird reich lich durch die Verminderung derselben am Motor aufgewogen. Polumschalter der Mo toren und Phasenumschalter der Genera toren kann man gemeinsam steuern.
Die Zuordnung von Phasenzahl und Pol. zahl geschieht zum Beispiel derart, dass das Produkt aus Polzahl und Phasenzahl kon stant ist.. Für Polzahlen im Verhältnisse 3 : 4 : 6 erhält man zum Beispiel die Phasen zahlen -'_3, 3, oder 8, 6, 4 usf. Die bei Er höhung der Phasenzahl erforderliche Ver grösserung der Anzahl Verbindungsleitungen ist in der Regel nur scheinbar, denn bei den grossen Stromstärken, die bei der Höchst geschwindigkeit auftreten, ist eine Unter teilung der Leitungen und Schalterkontakte ohnehin angezeigt.. Da ausserdem mit. hö- lerer Phasenzahl die Ausnutzung der Ma schinen besser wird, gewinnt man den Vor teil erhöhter Ausnutzung gerade bei der kleinsten Polzahl, cl. h. bei den höchsten Leistungen.
Die Ausbildung der Rotorkurzschluss wicklung, die bei den kleinen Polzahlen einen kleinen, bei der grössten Polzahl einen holhen ohmschen Widerstand hat., kann zurm Beispiel gemäss dem Patente Nr 80285 durch Übereinanderlagerung einer vielpha- sigen Kurzschlusswicklung von niederem Widerstand. und einer liäfigwicklung von holieni Widerstand erfolgen, wobei die Stäbe in den Nuten gemeinsam sein können.
Dabei hat. die erste, Wicklung eine Spuleri- weite gleich zum Beispiel der doppelten Pol teilung bei der grössten Polzahl, so d ass sie bei dieser nicht wirkt, sondern lediglich die zweite. Bei den kleineren Polzahlen ist der Schritt der ersten Wicklung zum Beispiel geich der Polteilung, bezw. etwas verlän gert oder verkürzt.; sie ist dann voll wirk sam und führt den grössten Teil des Stro- rmes, während die zweite wegen ihres hohen Widerstandes sich nur in geringem Masse an dem Strome beteiligt.
Die Zeichnung zeigt das Schaltschema für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Darin ist A der Generator, dessen Pha senzahl von 2 auf 3 und 4 geändert werden kann. Der Motor besitzt einen Stator B von umschaltbarer Polzahl und einen Kurz schlussrotor C und kann über den Schalt- rapparat D an den Generator A angeschlos sen werden. Zur Erzielung der kleinsten Geschwindigkeit wird die zwölfpolige Wicklung XII mittelst des Umschalters m des Schaltapparates D an die zweiphasige Generatorwicklung II angeschlossen; durch Umlegen des Umschalters m kann der Mo tor B C für die Rückwärtsfahrt des Schiffes reversiert werden.
Die zwölfpolige Stator wicklung induziert, nicht die in sich ge schlossenen Rotorspulen p von kleinem ohmschen Widerstand, deren Spulenweite dem doppelten Polabstande gleich ist., son dern nur. die Käfigankerwicklung mit den Kurzschlussringen q und den Widerstands- verbinclungen r. Die nächste Geschwindig keit wird durch Anschluss der achtpoligen. Statorwicklung VIII an die dreiphasige Ge neratorwicklung III mittelst des Schalter teils n bewirkt, und die Höchstgeschwindig keit. wird erzielt, indem man die sechspolige Statorwicklung VI über den Schalterteil o von der vierphasigen Generatorwicklung IV speist. In den beiden letzteren Schaltungen wird die niederohmige Wicklung p des Ro tors C induziert.
Das Schema zeigt sowohl die Wicklungen 11, III, IV des Generators A, als auch die Wicklungen VI, VIII, XII des Motors B ge trennt; diese Wicklungen können, wie er wähnt, in bekannter Weise ganz oder teil weise. vereinigt werden, indem zum Beispiel die gezeichneten Stirnverbindungen durch entsprechend gebaute und angeschlossene Endschalter ineinander überführbar ge macht werden.
Das Schema für die Rotorwicklung ist der Patentschrift Nr. 80285 entnommen. Die Zahl der Motoren für jede Schrau benwelle kann bei diesemn System je nach den praktischen Anforderungen beliebig ge wählt werden; bei kleineren Leistungen kann man sich auf einen Motor beschrän ken; er ist dann freilich bei verminderter Fahrtgeschwindigkeit nur schwach belastet, weil die Leistung der Schiffschraube mit der Geschwindigkeit sehr schnell abnimmt-.
Bei. grösseren Leistungen wird man da her schon mit Rücksicht, auf die Reserve zwei gleiche Motoren für jede Welle vor sehen, die für je die Hälfte der Höchst leistung bemessen sind. so dass bei vermin- de-rt:er Geschwindigkeit mit einem Motor gefahren werden kann, der dann wieder voll belastet ist, während der zweite leer mitläuft.. Beim Gegenstrombremsen kann dann je nach Grösse der erforderlichen Bremskraft mit einem Motor oder mit bei den Motoren zusammen gearbeitet werden. Unter dieser Voraussetzung bietet das Sy stem nach vorliegender Erfindung gegen über sonst bekannt gewordenen Schiffs antrieben mit- polumschaltbaren Induktions motoren mit- Kurzschlussankern bedeutende Vorzüge.
Es wurde zum Beispiel vorgeschlagen, die drei Geschwingdigkeitsstufen mittelst zwei Motoren für jede Welle derart zu er zielen, dass jeder Motor zwei Polzahlen hat. wobei die für die Höchstgeschwindigkeit bestimmte, bei der die Motoren parallel ar beiten müssen; beiden gemeinsam sind, w iil)i,eiici die für die Marsch-,eschwindig- keit und die für das Reversieren nur bei je einem vorhanden ist, wobei auch nur einer den für das Reversieren erforderlichen höheren Läuferw=iderstand: hat;
bei diesem System wird beim Parallelarbeiten der Mo toren bei der höchsten Leistung die Be lastung sich ungleichmässig auf die Motoren verteilen, weil der mit dem kleinen Läufer stand das grössere Drehmoment abgibt. Da gegen ist bei dem System gemäss der Erfin dung die gleichmässige Verteilung der Be lastung durch gleiche Ausführung der Mo toren einer Welle gewährleistet.
Ferner können beim Bremsen beide Motoren paral lel arbeiten; es wird somit nicht nur die grösstmögliche Bremskraft ausnutzbar, son- clern es werden auch durch Verteilung der beim Abbremsen in Wärme umgesetzten Energie auf beide Maschinen bei ,gleicher Bremskraft wesentlich geringere Tempera turen erreichbar oder bei gleichen zulässigen Temperaturen ist weniger wärmeaufneh mende Masse erforderlich. Endlich bietet (las neue System gegenüber dem bekannten wesentlich mehr Reserve bei Beschädigung eines Motors; es kann dann mit. dem zweiten Motor sowohl gebremst, als auch mit. der mittlern Geschwindigkeit gefahren werden, während im gleichen Falle bei dem bekann ten System entweder nur das eine oder das andere möglich ist.