DE1120001B

DE1120001B - Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung in Wechselstromanlagen

Info

Publication number: DE1120001B
Application number: DES37087A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hermann Harz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1954-01-09
Filing date: 1954-01-09
Publication date: 1961-12-21

Description

Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung in Wechselstromanlagen Es gibt eine Anzahl von Stromverbrauchern, bei denen keine, auch nicht die geringste Stromunterbrechung auftreten darf. Solche Stromverbraucher sind z. B. Einrichtungen zur Nachrichtenübermittlung, wie Verstärkerämter, Fernseh-Zwischenstationen usw., ferner Krankenhäuser, Theater und ähnliche Stätten, in denen eine kurzzeitige Unterbrechung der Stromversorgung verhängnisvolle Folgen haben kann.
An Stelle von Akkumulatoren mit ihren hohen Errichtungs- und Betriebskosten, ihrem großen Platzbedarf und ihrer anspruchsvollen Wartung verwendet man neuerdings in zunehmendem Maße Schwungradspeicher, die als Sofort-Netzersatz wirken, bis ein Dieselnotstromsatz angelaufen ist und die weitere Stromversorgung bis zur Wiederkehr des Netzes übernimmt. Für Schwungradspeicher gibt es grundsätzlich zwei Lösungen. Bei der einen läuft dauernd eine mit dem Schwungrad gekuppelte Synchron- oder Asynchronmaschine (diese vorzugsweise mit Kondensatorerregung) parallel zum Netz leer mit und arbeitet nur bei Netzausfall als Generator. Diese Anordnung weist einen guten Wirkungsgrad auf, erfordert aber etwas mehr Schalt- und Regelzubehör, um die Spannung stets konstant zu halten. Bei der anderen Lösung wird der Stromverbraucher über einen mit dem Schwungrad gekuppelten Motorgenerator gespeist und bleibt daher von den Vorgängen im speisenden Netz völlig unberührt. Wegen der zweimaligen, dauernd stattfindenden Umformung der Energie arbeitet diese Anordnung aber mit wesentlich schlechterem Wirkungsgrad, und außerdem muß der den Verbraucher speisende Generator ebenfalls eine Vorrichtung haben, um auch bei der Entladung des Schwungradspeichers, d. h. bei abnehmender Drehzahl des Generators, die Spannung noch konstant zu halten.
Es ist bekannt, einen derartigen Motorgenerator, der mit Schwungmassen ausgerüstet ist und dessen Antriebsmotor auch eine Asynchronmaschine sein kann, bei einem Kurzschluß oder starkem Spannungsrückgang im Netz selbsttätig vom Netz abzuschalten und nach Aufhören des Kurzschlusses oder Spannungsabfalls selbsttätig wieder an das Netz anzuschließen. Dadurch wird ein Einspeisen in das kurzgeschlossene Netz vermieden.
Die Erfindung beruht demgegenüber auf der Erkenntnis, daß ein solches Abschalten bei der Ausbildung des Antriebsmotors als Asynchronmotor nicht erforderlich ist, da bei Ausfall des speisenden Netzes der Asynchronmotor nicht als Generator arbeiten kann. Erfindungsgemäß verbleibt bei einer Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung von Wechselstromanlagen, die aus dem Wechselstromnetz über einen mit einem Schwungradspeicher versehenen Motorgenerator gespeist werden, dessen Antriebsmotor als Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer ausgebildet ist, der asynchrone Antriebsmotor auch bei Notbetrieb am Netz. Hierdurch wird eine beachtliche Verbesserung der Wirkungsweise einer Notstromanlage erreicht, da die Speisung durch das Netz unmittelbar nach Netzwiederkehr wieder aufgenommen wird und die Übernahme der Energieversorgung durch das speisende Netz völlig stoßfrei vor sich geht. Außerdem entfallen zusätzliche Schaltvorrichtungen.
Ferner ist es zweckmäßig, die Erregung des Generators des Motorgenerators sowohl vom Strom als auch von der Spannung des Generators abhängig zu machen und auf der Wechselstromseite des zur Erregung vorgesehenen Gleichrichters bzw. am Gleichrichtertransformator frequenzabhängige Impedanzen einzuschalten, die den dem Gleichrichter zugeführten, der Erregung dienenden Wechselstrom bei sinkender Generatordrehmhl verstärken.
Der gewünschte Anstieg des Erregerstromes mit sinkender Drehzahl kann durch die Bemessung des normalerweise zur Einleitung der Erregung vorhandenen, parallel zum Gleichrichterumspanner liegenden Kondensators erreicht werden. Er stellt einen Parallelwiderstand zu der auf Netzfrequenz bezogenen Erregerwicklung dar, deren Widerstand sich umgekehrt mit der Frequenz ändert. Bei gleichbleibendem Gesamtstrom für die Erregerwicklung und Kondensator muß daher mit fallender Frequenz der Strom in der Erregerwicklung zunehmen. Bei richtiger Wahl der Kondensatorgröße kann daher die Spannung auch bei sinkender Drehzahl konstant bleiben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist irr- der Fig. 1 dargestellt. Das Netz 1 für Einphasen- oder Mehrphasenstrom versorgt die Verbraucher 2 unterbrechungsfrei mit Strom. Dies geschieht durch den Generator 3, der in bekannter Weise über Gleichrichter 4 und Umspanner 5 und die Drosselspule 6 mit einem lastunabhängigen und einem lastabhängigen Strom erregt wird. Der Kondensator 7 -leitet bei einer bestimmten Drehzahl die Selbsterregung des Generators ein. Mit abnehmender Drehzahl des Generators 3 nimmt der Blindwiderstand des Kondensators 7 zu, so daß ein zunehmender Anteil des Gesamtstromes (= Generatorstrom und Drosselstrom) der Erregerwicklung des Generators zugeleitet wird. Der Generator 3 ist mit der Schwungmasse 8 gekuppelt, und der ganze Maschinensatz wird von dem Kurzschlußläuferasynchronmotor 9 angetrieben, der seinerseits von dem allgemeinen Versorgungsnetz 10 gespeist wird. Wenn das Netz 10 spannungslos wird, behält das Netz 1 seine Spannung und wird so lange aus dem Schwungrad 8 mit Energie versorgt, bis ein getrennt aufgestellter Notstromsatz, z. B. bestehend aus Dieselmotor und selbstregelndem Generator, angelaufen ist und den Motor 9 so lange speist, bis die Spannung des Netzes 10 wiederkehrt. Unter Wegfall des Generators der Dieselgruppe könnte der Dieselmotor durch eine geeignete Kupplung unmittelbar mit der Schwungradgruppe gekuppelt werden.
In Fig. 2 ist ein vereinfachtes Schaltbild der Erregerwicklung, angedeutet durch den Widerstand R, und des Parallelkondensators, angedeutet durch den Blindwiderstand Xe, dargestellt. Beide Widerstände sind auf gleiche Windungszahl am Gleichrichterumspanner bezogen. Der Summenstrom I aus dem Generatorstrom und dem Drosselstrom wird dieser Verzweigung zugeführt. Es gelten dann folgende Beziehungen: IR .R=-jIC.XC. (1) Ferner ist IC = I - IR (2) und Xe = Xcohl (3) mit r7 =Verhältnis der Frequenz f zu einer Bezugsfrequenz fo. Man erhält dann für wenn IFa den Erregerstrom bei einer bestimmten Belastung und der Bezugsfrequenz f, bedeutet. Für ein Verhältnis RlXCO = 2 ist das Verhältnis IR1IRo über dem Frequenzverhältnis il = f/ f, in Fig. 3 dargestellt. Man erkennt daraus, daß der Erregerstrom für den etwa in Frage kommenden Drehzahl- bzw. Frequenzbereich und die gewählten Verhältnisse ungefähr im umgekehrten Verhältnis zur Frequenz zunimmt, wie es ja auch für eine ungefähr gleichbleibende Generatorspannung notwendig ist.
Statt den Gesamterregerstrom durch Parallelschaltung des Generators und der Drosselspule zu gewinnen, kann man ihn auch in bekannter Weise durch Reihenschaltung der Generatorspannung mit einer dem Generatorstrom verhältnisgleichen Spannung erhalten. Diese erzeugt man durch einen Stromwandler mit genügend großem Luftspalt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung von Wechselstromanlagen, die aus dem Wechselstromnetz über einen mit einem Schwungradspeicher versehenen Motorgenerator gespeist werden, dessen Antriebsmotor als Asynchronmotor mit Kurzschlußläufer ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der asynchrone Antriebsmotor des Motorgenerators auch bei Notbetrieb am Netz verbleibt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung des Generators des Motorgenerators sowohl der Strom als auch die Spannung des Generators dienen und daß auf der Wechselstromseite des zur Erregung vorgesehenen Gleichrichters bzw. am Gleichrichtertransformator frequenzabhängige Impedanzen eingeschaltet sind, die den dem Gleichrichter zugeführten, der Erregung dienenden Wechselstrom bei sinkender Generatordrehzahl verstärken. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 446 285, 706 650, 721448, 738 153, 835 627, 913 919; österreichische Patentschrift Nr. 176 919.