DE1763640B2

DE1763640B2 - Gleichstromantrieb fuer wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE1763640B2
Application number: DE19681763640
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 8520 Erlangen Rietmüller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-07-05
Filing date: 1968-07-05
Publication date: 1976-07-08
Also published as: DE1763640A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, mit zwei Sammelschienen zur Verbindung von Gleichspannungsquellen mit Gleichstrom-Antriebsmotoren und bei dem zur Drehzahlsteuerung die Gleichspannungsquellen und/oder die Gleichstrom-Antriebsmotoren von Serien- auf Parallelschaltung und umgekehrt umschaltbar sind, und mit einem in einer der Sammelschienen angeordneten Thyristor mit Löscheinrichtung.

Ein derartiger Antrieb ist durch die DT-AS 12 03 634 bekannt. Der Thyristor dient zur Steuerung der kleinsten durch Serien-Parallelschaltung erzielbaren Teil-Gleichspannung im Ankerstromkreis der Gleichstrommotoren. Durch einen parallel zum Thyristor angeordneten mechanischen Schalter wird dafür gesorgt, daß der Thyristor überbrückt werden kann und dann an Spannung gelegt wird, wenn die Gleichspannungsquellen parallel geschaltet sind.

Üblicherweise sind zur Serien-Parallelschaltung die Gleichstromquellen und Motoranker entsprechend der gewünschten Fahrstufen mit mechanischen Schaltern ausgerüstet, die in den die Motoren bzw. Gleichstromquellen verbindenden Leitungspolen und in einer oder mehreren Diagonalverbindungen liegen (Zeitschrift »Elektrische Bahnen«, Heft 3, 33. Jahrgang, 1962, S. 55 bis 58). Mit Hilfe von Halbleiterdioden in den Diagonalveröindungen kann die Zahl der mechanischen Schalter herabgesetzt werdea Dabei dienen die Halbleiterdioden zur Serienschaltung der an sich parallel geschalteten Antriebsmotoren und Gleichspannungsquellen.

Die mechanischen 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 begrenz te Lebensdauer der Selbstschalter.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bei der Serien-Par allelschaltung entstehenden Schaltgeräusche mit mög liehst einfachen Mitteln zu verringern und die Lebensdauer der Umschalteinrichtung zu erhöhen.

Die Lösung besteht darin, daß zum Umschalten Thyristoren und Halbleiterdioden verwendet sind und der in der Sammelschiene angeordnete Thyristor jeweils dann durch die ihm zugeordnete Löscheinrichtung gelöscht ist, wenn eine Umschaltung von Serienschaltung auf Parallelschaltung vorgenommen wird.

Auf diese Weise ist ein völlig geräuschloses Umschalten der Gleichspannungsquellen und Antriebsmotoren möglich. Da für das Löschen der Thyristoren beim Übergang von Serien- auf Parallelschaltung nicht jeder Thyristor mit einer Löscheinrichtung versehen werden muß. sondern nur ein gemeinsamer Thyristor mit Löscheinrichtung erforderlich ist, kommt man mit nur wenigen elektrischen Bauelementen in einfacher Schaltung aus. Die zur Serien-Parallelschaltung eingesetzten Thyristoren brauchen also nur beim Einschalten der gewünschten Fahrstufen 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 Gleichspannungsquellen (Batterien) 8 bis 10 verbunden, jede Gleichspannungsquelle ist durch Selbstschalter oder Schmelzsicherungen 11 gesichert. Durch Umschalten der Gleichspannungsquellen und der Anker des Propellermotors können folgende Fahrstufen erzielt werden:

Fahrtstufe I untere Geschwindigkeitsstufe (Gleichspannungsquelle parallel, Anker in Reihe),

Fahrtstufe II (Gleichspannungsquelle parallel, Anker parallel),

Fahrtstufe HI (Gleichspannungsquelle in Reihe, Anker in Reihe),

Fahrtstufe IV obere Geschwindigkeitsstufe (Gleichspannungsquelle in Reihe, Anker parallel).

In den einzelnen Fahrtstufen erfolgt die Drehzahl-

verstellung durch Feldänderung am Propellermotor.

Zum Umschalten der Gleichspannungsquellen 8 bis 10 und des Gleichstromantriebsmotors 1 sind Thyristoren 12 bis 14 und Halbleiterdioden 15, 16 verwendet, und der in der Sammelschiene angeordnete Thyristor 17 ist jeweils dann durch die ihm Tugeordnete Löscheinrichtung gelöscht, wenn eine Umschaltung von Serienschaltung auf Parallelschaltung vorgenommen wird Vorzugsweise sind mindestens zwei Glerchspar.aungsquellen 8,9 parallel zwischen die Sammelschienen 6, 7 geschaltet, von denen die erste (8) mit ihrer negativen Klemme über eine Halbleiterdiode 15 mit der negativen (7) und die zweite mit ihrer positiven Klemme über eine weitere Halbleiterdiode 15 mit der positiven Sammelschiene 6 verbunden sind und daß die positive Klemme der zweiten (9) über einen Thyristor 12 mit der negativen Klemme der ersten Gleichspannungsquelle 8 zur Reihenschaltung zusammenschaltbar ist Ferner sind zwei Gleichstrom-Antriebsmotoren oder Anker bei einer Doppelankermaschine 2, 2' parallel zwischen die Sammelschienen 6, 7 geschaltet, von denen der erste (2) mit seiner positiven Ankerklemme über einen Thyristor 14 mit der positiven Sammelschiene 6 und der zweite (2') mit seiner negativen Ankerklemme über einen weiteren Thyristor 14 mit der negativen Sammelschiene 7 verbunden ist, und daß die negative Ankerklemme des zweiten (2') mit der positiven Ankerklemme des ersten (2) Gleichstrom-Antriebsmotors durch eine Halbleiterdiode 16 überbrückt ist

Durch diese Ausbildung kommt man mit einer mögliehst geringen Anzahl von Halbleiterelementen aus. Ferner wird der Vorteil erreicht daß auf der Seite der Gleichspannungsquelle bei der Parallelanordnung der Gleichstromquellen höchstens zwei ungesteuerte Halbleiterdioden in Serie geschaltet sind. Diese Halbleiterdioden brauchen jeweils nur für den Strom einer Gleichspannungsquelle ausgelegt zu sein, dabei können in dem unteren Fahrbereich die Thyristoren und Halbleiterdioden ohne Fremdbelüftung betrieben werden. Bei höheren Fahrtstrufen und den dabei auftretenden höheren Strömen liegen die hydrodynamischen Fahrtgeräusche des Wasserfahrzeugs bereits über den Lüftergeräuschen für die Halbleiterelemente.

Die Steuerspannungen zum Zünden der Thyristoren werden einer Steuereinrichtung 21 entnommen, die über eine Regeleinrichtung 22 mit einem Drehzahlsollwertgeber 23 verbunden ist In der Löschschaltung für den Thyristor 17 ist ein Löschthyristor 19 mit Kondensator 18 und Widerstand 20 angeordnet

Zum Hochfahren des Propeiiermotors 1 auf die untere Geschwincligkeitsstufe I wird der Thyristor 17 gezündet Die Anker 2. 2* des Motors 1 werden dadurch in Serie über die Ankervorwiderstände 24 mit den parallel geschalteten Gleichspamiungsquellen 8 bis 10 verbunden. Nach einigen Sekunden werden die Thyristoren 25 gezündet, so daß die Ankervorwiderstände überbrückt werden.

Soll von der Fahrtstufe 1 auf die Fahrtstufe Il übergegangen werden, so muß der Thyristor 17 gelöscht werden. Hierzu wird der Thyristor 19 gezündet wodurch der Kollektor K des Thyristors 17 an die negative Spannung des Kondensators 18 gelegt wird, so daß der Thyristor 17 sperrt Hierbei entlädt sich der Kondensator und beginnt sich in entgegengesetzter Richtung aufzuladen. Mit zunehmender Aufladung erlischt der Thyristor 19. Damit werden auch die Thyristoren 25 stromlos und sperren. Nun werden die Thyristoren 17 und 14 gezündet und mit Verzögerung die Thyristoren 25 (Überbrücken der Ankervorwiderstände 24).

Beim Übergang auf die Fahrtstufe IH wird wiederum der Thyristor 17 gelöscht und die Thyristoren 14 und 25 sperren. Hierauf werden die Thyristoren 12, 13 und 17 gezündet und anschließend die Anlaßwiderstände 24 durch Zünden der Thyristoren 25 überbrückt.

Zur Erzielung einer der Fahrtstufe IV entsprechenden Geschwindigkeit wird wiederum der Thyristor 17 gelöscht, so daß die Thyristoren 12, 13 und 25 in den Sperrzustand übergehen. Anschließend werden die Thyristoren 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 Löschthyristor 19 kann eine derart ausgebildete Vorrichtung zugeordnet sein, daß sein Zündzeitpunkt gegenüber dem Zündzeitpunkt des Hauptthyristors 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 Thyristoren und für den Gleichstromsteller 26, der die Erregerwicklungen 3 des Gleichstrommotors 1 speist, mit einer Programmsteuereinrichtung zur zeitlich richtigen Vorgabe der Steuerwerte auszurüsten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

L Gleichstromantrieb für Wasserfahrzeuge, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, mit zwei 5 Sammelschienen zur Verbindung von Gleichspannungsquellen mit Gleichstrom-Antriebsmotoren tpd bei dem zur Drehzahlsteuerung die Gleichspannungsquellen und/oder die Gleichstrom-Antriebsmotoren von Senen- auf Parallelschaltung und umgekehrt umschaltbar sind, und mit einem in einer der Sammelschienen angeordneten Thyristor mit Löscheinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umschalten Thyristoren (12 bis 14) und Halbleiterdioden (15, 16) verwendet sind und der in der Sammelschiene angeordnete Thyristor (17) jeweils dann durch die ihm zugeordnete Löscheinrichtung gelöscht ist, wenn eine Umschaltung von Serienschaltung auf Parallelschaltung vorgenommen wird.
2. Gleichstromantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gleichspannungsquellen (8, 9) parallel zwischen die Sammelschienen (6, 7) geschaltet sind, von denen die erste (8) mit ihrer negativen Klemme über eine Halbleiterdiode (15) mit der negativen (7) und die zweite mit ihrer positiven Klemme über eine wettere Halbleiterdiode (15) mit der positiven Sammelschiene (6) verbunden sind und daß die positive Klemme der zweiten (9) über einen Thyristor (12) mit der negativen Klemme der ersten Gleichspannungsquelle (8) zur Reihenschaltung zusammenschahbar sind.
3. Gleichstromantrieb nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gleichstrom-Antriebsmotoren (2, 2') parallel zwisehen die Sammelschienen (6,7) geschaltet sind, von denen der erste (2) mit seiner positiven Ankerklemme über eine Thyristor (14) mit der positiven Sammelschiene (6) und der zweite (2') mit seiner negativen Ankerklemme über einen weiteren Thyristor (14) mit der negativen Sammelschiene (7) verbunden sind und daß die negative Ankerklemme des zweiten (2') mit der positiven Ankerklemme des ersten (2) Gleichstrom-Antriebsmotors durch eine Halbleiterdiode (16) überbrückt sind.