DE1763640A1

DE1763640A1 - Gleichstromantrieb fuer Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE1763640A1
Application number: DE19681763640
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Rietmueller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-07-05
Filing date: 1968-07-05
Publication date: 1971-11-25
Also published as: DE1763640B2

Description

Gleiehstromantriebfür Wasserfahrzeuge Die Erfindung bezieht sich auf einen .Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere Unterwasserfahrzeuge, bei der zur Drehzahlsteuerung Gleichspannungsquellen und/oder Gleichstromantriebsmotoren von Serienschaltung auf Parallelschaltung und umgekehrt umgeschaltet werden. Bei derartigen Antrieben ist es bekannt, zur Steuerung der kleinsten durch Serien-Parallelschaltung erzielbaren Teil-Gleichspannung im Ankerstromkreis eines Gleichstrommotors einen steuerbaren Halbleiter vorzusehen. Durch einen parallel zum Halbleiter angeordneter Schalter wird dafür gesorgt, daß der Halbleiter überbrückt werden kann und dann an: Spannung gelegt wird, wenn die Gleichspannungsquellen parallel geschaltet sind. Üblicherweise sind zur Reihenparallelschaltung die Gleichstromquellen und Motoranker entsprechend der gewünschten Fahrtstufen mit mechanischen Schaltern ausgerüstet. Diese Schalter werden durch Nockenschaltwerke über ein Handrad vor Ort betätigt. Zum Schutz der Anlage dienen: von Hand bedienbare Selbstschalter, wobei jeweils einer. Stromspule ein Selbstschalter zugeordnet ist. Um gegenüber den Nockenschaltwerken eine Platzeinsparung und eine Fernsteuerung der Schalter zu ermöglichen, ist man in neuerer Zeit dazu übergegangen, durch Druckluft betriebene Selbstschalter einzusetzen, wobei diese Selbstschalter gleichzeitig den Schutz der Anlage übernehmen. Dabei stören besonders die Schaltgeräusche und die begrenzte Lebensdauer der Selbstschalter. Aufgabe der Erfindung ist es, die bei der Serien-Parallelschaltung entstehenden Schaltgeräusche mit möglichst einfachen Mitteln zu verringern und die Lebensdauer -der Umschalteinrichtung zu erhöhen. Die Lösung besteht darin, daß zum Umschalten der Gleichspannungsquellen und Gleichstromantriebsmotoren Halbleiterthyratrone und Halbleitergleichrichter verwendet sind und zum Löschen der Halbleiterthyratrone nur in einem für die Gleichspannungsquellen und Gleichstromantriebsmotoren gemeinsamen Strompfad.ein Hälbleiterthyratron mit Löscheinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein völlig geräuschloses Umschalten der Gleichspannungsquellen und Antriebsmotoren möglich. Da für das Löschen der Thyratrone beim Übergang von Reihen- auf Parallelschaltung der Gleichstrommotor und die Gleichstromquellen nicht jedes Thyratr®n mit einer Löscheinrichtung versehen werden muB, sondern nur ein gemeinsames Thyratron mit Löscheinrichtung erforderlich ist, kommt man mit nur wenigen elektrischen Bauelementen in einfacher Schaltung aus. Die zur Serien-Parallelschaltung eingesetzten Thyratrone brauchen also nur beim Einschaltender gewünschten Fahrtstufen gezündet zu@werden. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur zeigt eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlsteuerung eines als Doppelankermaschine ausgebildeten Propellermotors 1, dessen Anker 2 auf einer mit einer Schraube 5 versehenen Welle 4 angeordnet sind. Mit 3 sind Erregerwicklungen des Propellermotors bezeichnet. Die Anker 2 sind über die Sammelschienen 6, 7 mit Batterien S bis 10 verbunden. Jede Batterie ist durch Selbstschalter oder Schmelzsicherungen 11 , gesichert. Durch Umschalten der Batterien und der Anker des Propellermotors können folgende Fahrtstufen erzielt werden: Fahrtstufe I; untere Geschwindigkeitsstufe. (Batterie parallel, Anker in Reihe), Fahrtstufe II (Batterie parallel, Anker parallel), Fahrtstufe III (Batterie in Reihe, Anker in Reihe), Fahrtstufe IV; obere Geschwindigkeitsstufe (Batterie in Reihe, Anker parallel). In den einzelnen Fahrtstufen erfolgt die Drehzahlverstellung durch Feldänderung am Propellermotor. Beim erfindungsgemäßen Gleichstromantrieb sind zum Umschalten der Gleichspannungsquellen 8 bis 10 und des Gleichstromantriebsmotors 1 Halbleiterthyratrone 12 bis 14 und Halbleitergleichrichter 15, 16.verwendet, wobei zum löschen der Halb-Ieiterthyratrone 12 bis 14 nur in einem für die Gleichspannungsquellen und Gleichstromantriebsmotoren gemeinsamen Strompfad ein Halbleiterthyratron 17 mit Löscheinrichtung angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine Reihenschaltung aus einer Gleichspannungsqüelle 8 und einem Halbleiterthyratron 12 sowie aus einer Gler.hspannungsquelle 9 und einem Halbleiterthyratron 13 in Reihe mit einer weiteren Gleichspannungsquelle 10 geschaltet. Ferner sind die Verbindungspunkte A der Gleichspannungsquellen 8 bis 10 mit den Halbleiterthyratronen 12, 13 über je einen urigesteuerten Gleichrichter 15 abwechselnd mit einer der beiden Sammelschienen 6 bzw. 7 verbunden. Darüber hinaus sind an die Sammelschienen 6, 7 die Diagonalpunkte B mindestens einer Brücke angeschlossen, die in ihren Teilen abwechselnd ein Halbleiterthyratron 14 und einen Anker 2 des Propellermotors 1 enthält, wobei die anderen Diagonalpunkte'C zur Reihenschaltung der Motoranker 2 durch urigesteuerte Halbleitergleichrichter 16 überbrückt sind. Durch diese Ausbildung kommt man mit einer möglichst geringen Anzahl von Halbleiterelementen aus. Ferner wird der Vorteil erreicht, daß auf der Batterieseite bei der Parallelanordnung der Gleichstromquellen höchstens zwei urigesteuerte Gleichrichter in Reihe geschaltet sind. Diese Gleichrichter brauchen jeweils nur für den Strom einer Batterie ausgelegt zu sein,. dabei können in dem unteren Fahrbereich die Thyratrone und Gleichrichter ohne Fremdbelüftung betrieben werden. Bei höheren Fahrtstufen und den dabei auftretenden höheren Strömen liegen die hydrodynamischen Fahrtgeräusche des Wasserfahrzeuges bereits über den Lüftergeräuschen für die Halbleiterelemente. Die Steuerspannungen zum Zünden der Thyratrone werden einer Steuereinrichtung 21 entnommen, die über eine Regeleinrichtung 22-mit einem Drehzahlsollwertgeber 23 verbunden ist. In der Löschschaltung für das.Thyratron 17 ist ein Löschthyratron 19 mit Kondensator 18 und Widerstand 20 angeordnet.. Zum Hochfahren des Propellermotors 1 auf die untere-Geschwindigkeitsstufe I wird das Thyratron 17 gezündet. Die Anker 2 des Motors 1 werden dadurch in Serie über die Ankervorwiderstände 24 mit den parallel geschalteten Batterien 8 bis 10 verbunden. Nach einigen@Sekunden werden die Thyratrone 25 gezündet, so daß die Ankervorwiderstände überbrückt werden. Soll von der Fahrtstufe I auf die Fahrtstufe II übergegangen werden, so muß das Halbleiterthyratrori@17 gelöscht werden. Hierzu wird das Halbleiterthyratron 19 gezündet, wodurch der-Kollektor K des Halbleiterthyratrons 17 an die negative Spannung des Kondensators 18 gelegt'wird, so'daß das Thyratron 17 sperrt. Hierbei entlädt sich der Kondensator und beginnt sich in entgegengesetzter Richtung aufzuladen. Mit zunehmender Aufladung erlischt das Halbleiterthyratron 19. Damit werden auch die Halbleiterthyratrone 25 stromlos und sperren. Nun werden die Halbleiterthyratrone 17 und 14 gezündet und mit Verzögerung die Halbleiterthyratrone 25 (Überbrücken der Ankervorwiderstände 24). Beim Übergang auf die Fahrtstufe III wird wiederum das Halbleiterthyratron 17 gelöscht und die Halbleiterthyratrone 14 und 25 sperren. Hierauf werden die Halbleiterthyratrone 12, 13 und 17 gezündet und anschließend die Anlaßwiderstände 24 durch Zünden der Halbleiterthyratrone 25 überbrückt. Zur Erzielung einer der Fahrtstufe IV entsprechenden Gewindigkeit wird wiederum das Halbleiterthyratron 17 gelöscht, so daß die.Thyratrone 12, 13 und 25 in den Sperrzustand übergehen. Anschließend werden die Thyratrone 12, 13, 14 und 17 gezündet und die Ankervorwiderstände 24 in der bereits beschriebenen Weise ' kurzgeschlossen. -Das Abwärtsschalten der Fahrtstufen erfolgt In entsprechender Weise.
Dem löschthyratron 19 kann eine derart ausgebildete Vorrichtung zugeordnet sein, daß sein Zündzeitpunkt gegenüber dem Zündzeitpunkt des Hauptthyratrons 17 verändert werden kann. .
In den einzelnen Fahrtstufen erfolgt die Drehzahlverstellung durch Feldänderungen des Propellermotors 1, und zwar über den Gleichstromsteller 26. Um eine Drehzahländerung auf einfache Weise durch Verstellen des Drehzahlsollwertgebers 23 vornehmen zu können, ist es vorteilhaft, die Steuereinrichtung 21 für die Thyratrone und für den Gleichstromsteller 26, der die Erregerwicklungen 3 des Gleichstrommotors'1 speist, mit einer Programmsteuereinrichtung zur zeitlich richtigen Vorgabe der Steuerwerte auszurüsten..-

Claims

Patentansprüche 1. Gleichstromantrieb füz Wasserfahrzeuge, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, bei der zur Drehzahlsteuerung Gleichspannungsquellen und/oder Gleichstromantriebsmotorenvon Serienschaltung auf Parallelschaltung und umgekehrt umgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten .der Gleichspannungsquellen (8 bis 10) und Gleichstromantriebsmotoren (1) Halbleiterthyratrone (12 bis 14) und Halbleitergleichrichter (15, 16) verwendet sind und zum löschen der Halbleiterthyratrone (12 bis 14) nur in einem für die Gleichspannungsquellen und Gleichstromantriebsmotoren gemeinsamen Strompfad ein Halbleiterthyratron (17) mit löscheinricht-ung angeordnet ist.
2. Gleichstromantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Reihenschaltung aus einer Gleichstromquelle (8 bzw. 9) und einem Hälbleiterthyratron (12 bzw. 13) in Reihe mit einer weiteren Gleichspannungsquelle (10) geschaltet ist und die Verbindungspunkte (..A,) der Gleichspannungsquellen mit den-Halbleiterthyratronen (12, 13) über je einen ungesteuerten Gleichrichter (15) abwechselnd mit einer Sammelschiene verbunden sind (6 bzw. 7) und daß an die Sammelschienen die Diagonalpunkte (B) mindestens einer Brücke angeschlossen sind, die in ihren Zweigen abwechselnd ein Halbleiterthyratron (14) und einen Anker (2) eines Gleichstrommotors enthält, wobei. die-anderen Diagonalpunkte (C) der Brücke zur Reihenschaltung der Motoranker durch einen ungesteuerten Halbleitergleichrichter (16) überbrückt sind.
3. Gleichstromantrieb nach Anspruch 1, bei dem die Motoren mit Ankervorwiderständen in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß den Ankervorwiderständen (24) jeweils ein Halbleiterthyratron (25) parallelgeschaltet ist.
4. Gleichstromantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Löschschaltung ein Löschthyratron (19) .angeordnet ist, dem eine derart ausgebildete Steuereinrichtung zugeordnet ist, daß sein Zündzeitpunkt gegenüber dem Zündzeitpunkt des Hauptthyratrons (17) verändert werden kann.
5. Gleichstromantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Programmsteuereinrichtung zur selbsttätigen Vorgabe von Steuerwerten für die Thyratrone und für die Erregung des Gleichstrommotors (1) vorgesehen ist.