DE972689C - Verfahren zum Umsteuern eines elektrisch angetriebenen Schiffes - Google Patents

Description

• Verfahren zum Umsteuern eines elektrisch angetriebenen Schiffes Die Ausrüstung eines mit elektrischen Maschinen angetriebenen Schiffes besteht heute meistens aus einem Kraftwerk, in dem synchrone Mehrphasengeneratoren von Dampfturbinen oder Dieselmotoren angetrieben werden, und aus einem oder mehreren Mehrphasensynchronmotoren, die während der normalen Vorwärtsfahrt als Synchronmaschinen, während des Umsteuerns als Asynchronmaschinen arbeiten. Die Dämpferwicklung, mit der diese Maschinen ausgestattet sind, dient hierbei zur Aufnahme der Sekundärströme. Sie darf beim Anlauf und Umsteuern nicht unzulässig warm werden und muß demgemäß ausreichend kräftig bemessen sein.
• Wenn in bekannter Weise beim Umsteuern bei einem solchen elektrischen Schiffsantrieb am Drehstrom-Propellermotor die Phasenfolge vertauscht und so eine Gegenstrombremsung eingeleitet wird, so ist eine starke Erwärmung der Dämpferwicklung, die durch eine entsprechend hohe Energieentnahme aus dem Generatorantrieb gedeckt wird, nicht zu vermeiden. Man vermeidet bei einer solchen bekannten Bremseinrichtung lediglich hohe Schaltleistungen, indem man alle Umschaltungen bei entregten Maschinen und gegebenenfalls verringerter Generatordrehzahl vornimmt. Außerdem erfordert eine Regelung auf einen möglichst kurzen Bremsweg des Schiffes eine Vielstufigkeit der Steuerorgane und läßt sich dadurch nur entsprechend aufwendig und störanfällig ausführen.
• Um die Dämpferwicklung nach Möglichkeit zu schonen, ist vorgeschlagen worden, den eigentlichen Bremsvorgang des Schiffes in der Weise zu gestalten, daß die Ständerwicklung des Synchronmotors mit einem Bremswiderstand verbunden wird; wenn nun das Magnetsystem der Maschine erregt wird, arbeitet sie als Generator auf diesen Widerstand. Die Leistung, die sie hierzu benötigt, muß sie der Propellerwelle entnehmen; mit anderen Worten, die Drehzahl der Welle wird hierdurch gegenüber der ihr durch das fahrende Schiff aufgedrückten Drehzahl herabgesetzt, und das Schiff wird gebremst.
• Die Erfindung gibt nun ein Verfahren an, mit dem die Umsteuerung in günstiger Weise, d. h. mit möglichst kleinem Auslauf des Schiffes, mit geringem technischem Aufwand durchgeführt werden kann. Sie besteht darin, daß bei Einleitung der Umsteuerung zunächst eine Widerstandsbremsung der Motoren durchgeführt wird, wobei der oder die Motoren ständerseitig elektrisch von den Generatoren getrennt werden; die Schaltänderung geschieht jeweils wie bei den bekannten Einrichtungen bei unerregten Maschinen; sobald dann die Schiffsgeschwindigkeit auf einen Bruchteil der normalen gesunken ist, wird der in seiner Drehzahl herabgeregelte Kraftwerksgenerator mit umgekehrter Phasenfolge an den oder die wiederum entregten Propellermotoren angeschlossen, so daß nun zunächst eine Gegenstrombremsung eintritt, bis der oder die Propellermotoren zum Stillstand kommen und dann unmittelbar ihre Drehrichtung umkehren. Während der Zeit der Abschaltung der Generatoren ist es zweckmäßig, den Drehzahlregler der Kraftwerksmaschine in an sich bekannter Weise auf diejenige niedrige Drehzahl bzw. Netzfrequenz einzustellen, bei der man den Wiederanlauf des Propellermotors vorzunehmen beabsichtigt, so daß die Drehzahl des Maschinensatzes abfällt. Der Generator kann hierbei erregt oder unerregt sein. Durch die Trennung von Kraftwerk und Propellermotor wird die Größe des Bremswiderstandes gegenüber dem ebenfalls möglichen Bremsverfahren mit angeschlossenem Generator beschränkt, da der Widerstand nur die Bremsleistung der Propellerwelle und nicht die der Kraftwerksmaschine aufzunehmen hat. Die kinetische Energie der letzteren wird besser ausgenutzt; sie dient dazu, die Drehzahl des Maschinensatzes, der ohne Dampfzufuhr arbeitet, langsam abfallen zu lassen und kann unter Umständen sogar noch beim Wiederanlauf der Propellerwelle verbraucht werden. Man erkennt hieraus, daß die erfindungsgemäße Kombination der an sich bekannten Widerstandsbremsung mit der an sich bekannten Gegenstrombremsung mit überraschend kleinem Aufwand und zweckmäßig wenig Bremsstufen einen optimal kurzen Bremsweg des Schiffes bei wesentlich geringerer Belastung der Antriebsorgane zu erzielen gestattet.
• In der Zeichnung ist ein vereinfachtes Schaltbild dargestellt, an Hand dessen das neue Verfahren im einzelnen erläutert werden möge. Um zu bremsen, wird zunächst mittels des Schalters f die Erregerstromquelle e abgeschaltet, dann der Hauptschalter h zwischen Generator g und Propellermotor m geöffnet. Dadurch sinkt die Drehzahl des Propellers p auf die Schleppdrehzahl bei praktisch unverminderter Schiffsgeschwindigkeit. Zum Bremsen des Schiffes wird nunmehr mittels des Schalters s der Widerstand w an die Klemmen des Motors m angeschlossen und dieser durch Schließen des Schalters f erregt, wobei das Feld am Regler r eingestellt werden kann. Der Motor m arbeitet nun, angetrieben von dem als Turbine laufenden Propeller p, als Generator auf den Widerstand w, und diese zusätzliche Arbeitsleistung des fahrenden Schiffes verzögert seine Geschwindigkeit. Inzwischen wurde die Drehzahl des in erregtem oder wieder erregtem Zustand leer laufenden Generators g durch Einstellung des Treibmittelreglers der Turbine t auf den Wert herabgemindert, bei dem man den Motor m wieder anzuschließen beabsichtigt, und der Phasenumschalter u umgelegt. Ist der betreffende Bruchteil der Schiffsgeschwindigkeit erreicht, bei dem man umsteuern will und der zweckmäßig die Hälfte bis ein Drittel der normalen Schiffsgeschwindigkeit beträgt, so schaltet man mit dem Schalter f die Erregung e von Motor m und Generator g ab, öffnet den Widerstandsschalter s, schließt den Hauptschalter h und steigert zunächst nur die bei f wieder eingeschaltete Erregung des Generators mittels des Reglers v, während die Erregung des Motors m durch Zurückführen des Reglers r in die Nullstellung unerregt bleibt. Der Motor läuft dann mit Hilfe seiner Dämpferwicklung asynchron, zunächst gegen sein Drehfeld, kehrt dann aber infolge des geringeren hydraulischen Widerstandes seinen Drehsinn um, wobei das Schiff kräftig gebremst wird. Der Motor m läuft nun im Drehsinn der Rückwärtsfahrt und wird, sobald er in die Nähe des Synchronismus gekommen ist, erregt, so daß er nunmehr leicht in den Synchronismus gebracht werden kann. Läuft er synchron, so kann die Frequenz des Generators g mittels des Turbinenreglers wieder gesteigert und das Schiff in Rückwärtsfahrt beschleunigt werden.
• Die Bremswirkung des Synchronmotors m kann mit der Größe des Bremswiderstandes w und mit der Höhe der Erregung am Regler r eingestellt werden. Bei richtiger Anwendung dieser beiden Regelmittel kann sowohl der Höchstwert des Momentes der bremsenden Maschine als auch die Lage der Momentkurven in Abhängigkeit von der Propellerdrehzahl beliebig gewählt werden. Wenn man die Höhe des Momentes kennt, das der Propeller bei einer bestimmten Schiffsgeschwindigkeit und bei einer bestimmten Wellendrehzahl auf die Welle ausübt, kann man daher durch zweckmäßige Einstellung des Widerstandes und der Erregung erreichen, daß der Propeller schnell eine sehr kleine Drehzahl annimmt, bei der seine Bremskraft auf das fahrende Schiff erheblich ist.
• Um die Bedienung des Antriebes zu vereinfachen, ist es unter Umständen zweckmäßig, den Widerstand nicht fein zu regeln, sondern nur wenige Stufen oder überhaupt nur einen festen Widerstand, also eine ganz grobe Stufung, vorzusehen. Wenn der Widerstand einmal richtig eingestellt ist, besteht im allgemeinen keine Notwendigkeit, ihn während des Bremsvorganges zu ändern. Je mehr die Geschwindigkeit des Schiffes nachläßt, desto mehr sinkt selbsttätig die Wellendrehzahl. Es kann erwünscht sein, Vorsorge zu treffen, daß die Klemmen des Synchronmotors auch direkt kurzgeschlossen werden können, wie in der Zeichnung durch den Schalter k angedeutet.
• Die Leistung, mit der bei dem geschilderten Bremsverfahren die Fahrt des Schiffes durch das Wasser abgebremst wird, nimmt mit sinkender Schiffsgeschwindigkeit schnell ab. Da die Leistung der kinetischen Energie des bewegten Schiffes entnommen wird, die man dem Schiff entziehen will, so hat das die Folge, daß die Schiffsgeschwindigkeit sich während des Bremsens zunächst schnell, dann immer langsamer und langsamer vermindert. Da es aber darauf ankommt, das Schiff mit einem möglichst kurzen Auslaufweg zum Stehen zu bringen, würde es unzweckmäßig sein, zu lange die Widerstandsbremsschaltung beizubehalten. Daher wird man zweckmäßig die Umsteuerung des Propellermotors bereits dann vornehmen, wenn die Schiffsgeschwindigkeit etwa die Hälfte bis ein Drittel ihres Ausgangswertes erreicht hat, was mittels der Drehzahl des Propellermotors m oder mit seinem Strom meßtechnisch erfaßt werden kann.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Umsteuern eines elektrisch angetriebenen Schiffes, dessen mit Dämpferwicklungen versehene Propellermotoren und Kraftwerksgeneratoren als Synchronmaschinen ausgeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einleitung des Umsteuervorganges die Motoren und Generatoren zunächst entregt, die Ständerwicklungen elektrisch voneinander getrennt sowie die Ständer der Motoren auf einen während des Motorbetriebes von der Ständerwicklung abgeschalteten Widerstand geschaltet und die Polräder wenigstens der Motoren wieder so lange erregt werden, bis durch die Widerstandsbremsung die Schiffsgeschwindigkeit auf einen bestimmten Bruchteil (etwa die Hälfte bis ein Drittel) der normalen gesunken ist, woraufhin, unter nochmaliger Entregung von Motoren und Generatoren, der Widerstand im Motorständerkreis abgeschaltet, die Motoren mit umgekehrter Phasenfolge mit den Generatoren elektrisch verbunden und wenigstens die Generatoren wieder erregt werden, so daß die Motoren zunächst im Gegenstrom zum Stillstand kommen und dann in umgekehrter Drehrichtung hochlaufen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß während der Periode der Widerstandsbremsung der Propellermotoren die Drehzahl der Generatoren mit Hilfe des Antriebmaschinenreglers auf denjenigen Wert eingestellt wird, welcher für die Wiedersynchronisierung der Propellermotoren mit umgekehrtem Drehfeld in Aussicht genommen ist.
3. 3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremswiderstand grob abgestuft ist oder einen unveränderlichen festen Wert hat.
4. 4. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt des Überganges von. der Widerstandsbremsung auf die Drehfeldumkehr am Maschinenleitstand durch Angabe der Drehzahl oder der Stromaufnahme der Propellermotoren kenntlich gemacht wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 399 716, 452, 889, 589 763 deutsche Patentanmeldung A 72333 VIIIb/Zic (bekanntgemacht am 26.3. 1936); USA.-Patentschrift Nr. 1 100 721; Elektrotechnische Zeitschrift, 1935, S. 8o9; 8io; 1937, S. 1073 bis 1077 und i io6 bis 111 i ; Zeitschrift »Schiffbau«, 1935, S. 169 und 171; Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft, 1933 S. 117.