DE1944663B2

DE1944663B2 - emergency generator

Info

Publication number: DE1944663B2
Application number: DE19691944663
Authority: DE
Inventors: Peter Smith
Original assignee: Dynamics Corp of America
Current assignee: Dynamics Corp of America
Priority date: 1969-09-03
Filing date: 1969-09-03
Publication date: 1970-10-29
Also published as: DE1944663A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Notstromaggregat, bestehend aus einem von einem netzbetriebenen Elektromotor angetriebenen Generator, einer bei Netzausfall daran ankuppelbaren Hilfsbrennkraftmaschine und einem bei normalem Betrieb mit einer wesentlich höheren Drehzahl als der Generator angetriebenen und bei Netzausfall zur Überbrückung der Anlaufzeit der Hilfsmaschine den Generator über eine Kupplung antreibenden Schwungrad, wobei die Kupplung so gesteuert wird, daß die Generatordrehzahl konstant bleibt. The invention relates to an emergency power unit, consisting of a A generator powered by a mains-powered electric motor, one in the event of a power failure it can be coupled to an auxiliary internal combustion engine and one in normal operation with one Much higher speed than the generator-driven and in the event of a power failure the generator via a clutch to bridge the start-up time of the auxiliary machine driving flywheel, the clutch is controlled so that the generator speed remains constant.

Notstromaggregate bestehen normalerweise aus einem Motor-Generatorsatz, dessen Motor vom Netz betrieben wird und dessen Generator in der Regel zur Stromversorgung dient. Außerdem ist eine Hilfsmaschine an den Generator ankuppelbar, z.B. ein Dieselmotor oder ein sonstiger Verbrennungsmotor. Emergency power generators usually consist of a motor generator set, whose motor is operated from the mains and whose generator is usually used for power supply serves. In addition, an auxiliary machine can be coupled to the generator, e.g. a diesel engine or another internal combustion engine.

Steuerungsvorrichtungen sorgen für das Anfahren der Hilfsmaschine bei Netzausfall.Control devices ensure that the auxiliary machine starts up in the event of a power failure.

Eines der Probleme, die beim Betrieb mit solchen einfachen Notstromaggregaten auftreten, besteht darin, daß bei Netzausfall die Spannung bis zum Anfahren der Hilfsmaschine völlig zusammenbricht. One of the problems encountered when operating with such simple emergency generators occur, consists in the fact that in the event of a power failure, the voltage is retained until the Auxiliary machine completely collapses.

Verschiedene Verfahren wurden angewendet, um diesen Spannungsausfall zu verhindern. Am bekanntesten ist die Verwendung eines großen Schwungrades, das vom Generator angetrieben wird und beim normalen Betrieb Energie speichert. Bei Netzausf all läuft das Schwungrad weiter und treibt den Generator an, bis die Hilfsmaschine angefahren ist und ihre Betriebsdrehzahl erreicht hat. In einem anderen bekannten Falle werden eine hydraulische Kraftübertragung und ein Druckspeicher verwendet. Hierbei treibt eine hydraulische Pumpe den Generator während der zu überbrückenden Zeitspanne an.Various procedures have been applied to this voltage failure to prevent. Best known is the use of a large flywheel, the powered by the generator and stores energy during normal operation. at If there is a power failure, the flywheel continues to run and drives the generator until the auxiliary machine has started and has reached its operating speed. In another well-known Trap, a hydraulic power transmission and a pressure accumulator are used. A hydraulic pump drives the generator during the period to be bridged Period of time.

Die Erfindung besteht darin, daß die Kupplung als stufenlos regelbares hydraulisches Getriebe ausgebildet ist, wobei dessen Pumpenteil konstanten Hub hat und mit dem Generator gekuppelt ist, während der Hub des mit dem Schwungrad gekuppelten Motorteiles des Getriebes verstellbar ist und bei Drehzahlschwankungen des Generators diesen auf seine Solldrehzahl steuert. The invention consists in that the clutch as a continuously variable hydraulic transmission is formed, wherein the pump part has a constant stroke and is coupled to the generator during the stroke of the coupled to the flywheel Motor part of the transmission is adjustable and in the case of fluctuations in the speed of the generator controls this to its target speed.

Die Erfindung kombiniert die Vorzüge des hydraulischen Systems mit denen des Schwungradsystems. The invention combines the advantages of the hydraulic system with those of the flywheel system.

Hierdurch wird bei geringem Aufwand größte Leistungsfähigkeit erzielt. Außerdem bleibt die Generatorfrequenz beim Wechsel von Netz auf Hilfsmaschine konstant.As a result, maximum performance is achieved with little effort. In addition, the generator frequency remains constant when switching from the mains to the auxiliary machine.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bekannten Notstromaggregates, F i g. 2 eine grafische Darstellung der Arbeitsweise des Notstromaggregates gemäß F i g. 1, F i g. 3 eine schematische Darstellung des Not-Strom aggregates gemäß der Erfindung, F i g. 4 eine grafische Darstellung der Arbeitsweise des Notstromaggregates gemäß F i g. 3. In the drawing, the invention is exemplified and schematic shown. It shows Fig. 1 a schematic representation of a known emergency power generator, F i g. FIG. 2 shows a graphic representation of the mode of operation of the emergency power generator according to FIG F i g. 1, Fig. 3 shows a schematic representation of the emergency power unit according to FIG of the invention, FIG. 4 a graphic representation of the mode of operation of the emergency generator according to FIG. 3.

Das Notstromaggregat gemäß Fig. 1 ist in der USA.-Patentschrift 3 196341 beschrieben. Es besteht im wesentlichen aus einer Kombination von Generator 11, Motor 13 und Hilfsmaschine 15. Ein übliche Kupplung 17 verbindet den Generator 11 und die Hilfsmaschine 15 über den Motor 13. Bei Ausfall des Netzes 12 wird die Hilfsmaschine 15 gestartet, damit sie den Generatorll weiterhin antreibt. Ein Schwungrad 21, das mit etwa doppelter Drehzahl des Motor-Generatorsatzes umläuft, wird von einem separaten Motor 23 angetrieben und ist an den Generator 11 mit einer elektrischen Kupplung 25 ankuppelbar. 19 bezeichnet einen vom Generator 11 gespeisten elektrischen Verbraucher. The emergency power generator according to FIG. 1 is in U.S. Patent 3 196341 described. It essentially consists of a combination of generator 11, engine 13 and auxiliary machine 15. A conventional coupling 17 connects the generator 11 and the auxiliary machine 15 via the motor 13. If the network 12 fails, the Auxiliary machine 15 started so that it continues to drive the Generatorll. A flywheel 21, which runs at about twice the speed of the The engine generator set is powered by a separate motor 23 is driven and is connected to the generator 11 with an electric Coupling 25 can be coupled. 19 denotes an electric powered by the generator 11 Consumer.

Unter normalen Betriebsbedingungen wird der Motor 13 zum Betrieb des Generators 11 vom Netz gespeist und dreht sich mit Nenndrehzahl von z. B. Under normal operating conditions, the engine 13 becomes operational of the generator 11 fed from the network and rotates at a nominal speed of z. B.

1800 UpM. Das Schwungrad 21 wird ebenfalls vom Netz betrieben und läuft z. B. mit 3600 UpM. Die elektrische Kupplung25 ist dabei ausgekuppelt. Bei Netzausfall wird der Generator zunächst langsamer.1800 rpm. The flywheel 21 is also operated from the network and runs z. B. at 3600 rpm. The electric clutch25 is disengaged. at If there is a power failure, the generator will initially slow down.

Die Drehzahländerung wird vom Drehzahlaufnehmer 27 aufgenommen, der die elektrische Kupplung 25 betätigt. Hierdurch wird das Schwungrad 21, das mit 3600 UpM läuft, allmählich an den Generator, der mit 1800 UpM läuft, angekuppelt.The speed change is recorded by the speed sensor 27, the the electric clutch 25 is actuated. This is the flywheel 21, which with 3600 RPM running, gradually coupled to the generator, which runs at 1800 RPM.

Unter diesen Betriebsbedingungen muß die elektrische Kupplung 25 zunächst einen Drehzahlunterschied von 1800 UpM überbrücken. Da Energie vom Schwungrad 21 bezogen wird, verringert sich dessen Drehzahl. Dementsprechend wird die Kupplung 25 stärker angezogen, um den Drehzahlunterschied zu verringern, wodurch der Generator 11 seine Drehzahl von 1800 UpM beibehalten kann. Under these operating conditions, the electrical coupling 25 initially bridge a speed difference of 1800 rpm. Because energy from the flywheel 21 is referred to, its speed is reduced. Accordingly, the clutch 25 tightened to reduce the speed difference, reducing the generator 11 can maintain its speed of 1800 rpm.

Nach einer gewissen Zeit ist die Hilfsmaschine 15 angelaufen und kann an den Motor-Generatorsatz in üblicher Art angekuppelt werden. Der größte Vorteil ergibt sich aus dem mit höherer Drehzahl laufenden Schwungrad, das auf Grund seiner höheren Drehzahl kleiner gehalten werden kann, da die gespeicherte Energie eines Schwungrades proportional dem Quadrat der Drehzahl ist. After a certain time, the auxiliary machine 15 has started and can be coupled to the motor-generator set in the usual way. The biggest advantage results from the flywheel running at a higher speed, which due to its higher speed can be kept lower, since the stored energy of a Flywheel is proportional to the square of the speed.

Schwierigkeiten bereitet bei solchen Aggregaten die elektrische Kupplung, die von beträchtlicher Größe sein muß und deshalb auch nur mit einiger Verzögerung arbeiten kann. Wie in Fig.2 dargestellt, verursacht diese Verzögerung unmittelbar nach dem Netz ausfall einen scharfen Abfall der Frequenz. The electrical coupling causes difficulties in such units, which must be of considerable size and therefore only with some delay can work. As shown in Figure 2, this causes delay immediately after the power failure there is a sharp drop in frequency.

In der grafischen Darstellung ist der Zeitpunkt des Netzausfalles mit X bezeichnet, während die Ansprechverzögerung mit a bezeichnet ist. Um diese Schwierigkeiten zu umgehen, ist es auch bekannt, die Kupplung ständig in leichtem Eingriff zu halten.The time of the power failure is shown in the graph denoted by X, while the response delay is denoted by a. Around To avoid difficulties, it is also known to keep the clutch in easy position Hold engagement.

Dadurch wiederum wird Energie verbraucht und die Leistungsfähigkeit vermindert. Außerdem ist es notwendig, die elektrische Kupplung zu kühlen, da bei dem oben erwähnten großen Drehzahlunterschied in der Kupplung eine beträchtliche Wärmemenge frei wird, die abgeführt werden muß. Der Wirkungsgrad wird hierdurch stark verringert, wohingegen ein sehr allmählicher und weicher Übergang vom Netz auf die Hilfsmaschine gewährleistet wird.This in turn consumes energy and increases performance reduced. In addition, it is necessary to cool the electrical coupling, as with the above-mentioned large speed difference in the clutch a considerable Amount of heat is released that must be dissipated. The efficiency is thereby greatly reduced, whereas a very gradual and smooth transition from the network on the auxiliary machine is guaranteed.

Um die genannten Nachteile zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung, wie in F i g. 3 gezeigt ist, eine hydrostatische Kraftübertragung 28 benutzt, die an Stelle der elektrischen Kupplung 25 und des separaten Motors 23 gemäß Fig. 1 den Antrieb des Schwungrades und seine Ankupplung an den Generator bewirkt. In order to avoid the disadvantages mentioned, according to the invention, as in Fig. 3 uses a hydrostatic power transmission 28 which instead of the electrical coupling 25 and the separate motor 23 according to FIG. 1 causes the drive of the flywheel and its coupling to the generator.

Die Anordnung von Generator 11, Motor 13 und Hilfsmaschine 15 entspricht derjenigen gemäß F i g. 1. The arrangement of generator 11, motor 13 and auxiliary machine 15 corresponds that according to FIG. 1.

Das stufenlos regelbare Flüssigkeitsgetriebe 28 besteht im wesentlichen aus einer hydraulischen Pumpe 29 mit festem Hub und einem hydraulischen Motor 31 mit variablem Hub und einer Hubsteuerung33.The continuously variable fluid transmission 28 consists essentially a hydraulic pump 29 with a fixed stroke and a hydraulic motor 31 with variable stroke and a stroke control33.

Die hydraulische Pumpe 29 mit festem Hub ist an den Generator 11 gekoppelt, während der hydraulische Motor 31 mit variablem Hub an das Schwungrad 21 gekoppelt ist. Dic Hubsteuerung 33 erhält ein Signal vom Drehzahlaufnehmer 27 mit Hilfe einer Leitung 35.The fixed stroke hydraulic pump 29 is coupled to the generator 11, during the hydraulic Variable stroke motor 31 to the flywheel 21 is coupled. The lift control 33 receives a signal from the speed sensor 27 with the help of a line 35.

Wie auch in dem oben beschriebenen benannten Aggregat sollen hier Motor, Generator und Hilfsmaschine mit 1800 UpM laufen, während über das Flüssigkeitsgetriebe das Schwungrad mit 3600 UpRvl angetrieben wird. Diese Übersetzung wird durch geeignete Einstellung des hydraulischen Motors 31 auf einen bestimmten Hub erreicht. As in the named aggregate described above, here The engine, generator and auxiliary machine run at 1800 rpm while via the fluid transmission the flywheel is driven at 3600 rpm. This translation is made by appropriate Adjustment of the hydraulic motor 31 reached to a certain stroke.

Um die Arbeitsweise dãrzustellen, nehihen wir an, daß der Motor-Generatorsatz mit 1800 UpM läuft und die hydraulische Pumpe mit festem Hub pro Umdrehung einen Liter fördert. Das entspricht in einer Minute einer Förderleistung von 1800 Litern Hydraulikflüssigkeit. Wenn diese Hydraulikfiüssigkeit den hydraulischen Motor 31 mit variablem Hub beaufschlagt, der z. B. bei einer Umdrehung 0,5 Liter Hydraulilcflüssigkeit verbraucht, so läuft dieser Motor 31 und das angekuppelte Schwungrad mit einer Drehzahl von 3600 UpM. Dieses sind die Drehzahlen, die bei normalen Betriebsbedingungen eingehalten werden. To illustrate how it works, let's assume that the motor-generator set runs at 1800 rpm and the hydraulic pump with a fixed stroke per revolution one Liter promotes. This corresponds to a delivery rate of 1800 liters in one minute Hydraulic fluid. When this hydraulic fluid drives the hydraulic motor 31 acted upon with a variable stroke, the z. B. 0.5 liters of hydraulic fluid for one revolution consumed, this motor 31 and the coupled flywheel run at one speed from 3600 rpm. These are the speeds that are maintained under normal operating conditions will.

Bei Netzausfctil läuft das Schvungrad 21 weiter, und die Pumpe 31 wird nun Motor, während der Motor 29 als Pumpe arbeitet. Auf diese Weise setzt der Kraftfluß vom Schwungrad zum Generator schnell und weich ein, wobei nun das Schwungrad den Generator so antreibt, daß dieser seine Drehzahl von 1800 UpM beibehält. Da sich die Drehzahl des Schwungrades allmählich verringert. wird von der Hubverstellung 33 der nun als Pumpe arbeitende Motor 31 laufend verstellt. Die Verstellung findet so statt, daß die den Generator nun als Motor antreibende Pumpe 79 ständig mit 1S00 UpM läuft. Auf diese Weise wird die Drehzahl des Generators 11 konstant gehalten. In the event of a power failure, the flywheel 21 continues to run, and the pump 31 is now a motor, while the motor 29 works as a pump. In this way the Power flow from the flywheel to the generator quickly and smoothly, with the flywheel now drives the generator so that it maintains its speed of 1800 rpm. There the speed of the flywheel gradually decreases. is controlled by the stroke adjustment 33 the motor 31 now working as a pump is continuously adjusted. The adjustment takes place so instead that the pump 79 which drives the generator as a motor is constantly with 1S00 RPM runs. In this way, the speed of the generator 11 is kept constant.

Wenn die Drehzahl des Schwungrades auf 1800 UpM abgenommen hat, ist der Hub des als Pumpe arbeitenden Motors 31 identisch mit dem der als Motor arbeitenden Pumpe 29, und es arbeiten Schwungrad und Generator mit der gleichen Drehzahl von 1800 UpM. Wenn die Drehzahl des Schwungrades weiter abnimmt. z. B. auf 900 UpM, wird der Hubraum des als Pumpe arbeitenden Motors 31 so verstellt, daß er doppelt so groß ist wie der Hubraum der als Motor arbeitenden Pumpe 29. When the speed of the flywheel has decreased to 1800 rpm, is the stroke of the motor 31 working as a pump is identical to that of the motor working Pump 29, and flywheel and generator work at the same speed of 1800 rpm. When the speed of the flywheel continues to decrease. z. B. to 900 rpm, the displacement of the motor 31 working as a pump is adjusted so that it is double is as large as the displacement of the pump 29 working as a motor.

Auch jetzt behält der Generator seine Drehzahl von 130û UpM noch bei. Dieses ist ein weiterer Vorteil gegenüber dem bekannten Aggregat gemäß F i g. 1, da die im Schwungrad gespeicherte Energie hier nur bis zu der unteren Grenze von 1800 Umdrehungen ausgenutzt werden kann, während bei dem System gemäß der vorliegenden Erfindung die Energie des Schwungrades auch bei niedrigeren prehzahlen als der des Generators noch ausgenutzt werden kann.Even now the generator still maintains its speed of 130û rpm. This is a further advantage over the known unit according to FIG. 1, because the energy stored in the flywheel is only up to the lower limit of 1800 revolutions can be used while in the system according to the present Invention the energy of the flywheel even at lower prehzahl than that of the Generator can still be used.

Das bedeutet, daß das Schwungrad kleiner und leichter gehalten werden kann als bisher. This means that the flywheel can be kept smaller and lighter can than before.

Da bei diesem System keine Anfangsverzögerung auftritt, ist seine Wirksamkeit sehr gut, obwohl die Hubverstellung der Pumpe verhältnismäßig einfach und sehr sicher aufgebaut ist. Since there is no initial lag with this system, its Effectiveness very good, although the stroke adjustment of the pump is relatively easy and is set up very securely.

Die Wirkungsweise des Aggregates gemäß Fig. l bedingt, wie in F i g. 2 dargestellt, eine plötzliche dynamisclte Anderurrg, -diw eine Gegenkopplun-g zur-Dämpfung sonst auftretender Schwingungen des Systems erfordert. Diese Dämpfung verringert aber die Verstärkung der Regelung und erhönt damit den möglichen Drehzahlfehler. The mode of operation of the unit according to FIG. 1 requires, as in F i G. 2, a sudden dynamic change, -diw a negative feedback for damping otherwise occurring system vibrations. This attenuation but reduces the gain of the control and thus increases the possible speed error.

Im Vergleich dazu bleibt die Generatordrehzahl bei dem Aggregat gemäß F i g. 3 im wesentlichen konstant, wie F i g. 4 zeigt. Der Grund dafür liegt in dem hydraulischen System gemäß F i g. 3, das unter allen Betriebsbedingungen für feste getriebliche Ver-'oindung sorgt. Auf diese Weise wird eine plötzliche dynamische Anderung vermieden. Da das Aggregat gemäß der vorliegenden Erfindung eine hohe ihm innewohnende Reakticnsträgheit besitzt, kann die Regelverstärkung groß gemacht werden, wodurch die möglichen Drehzahlfehler kleiner werden. In comparison, the generator speed remains in accordance with the unit F i g. 3 essentially constant, as in FIG. 4 shows. The reason for this lies in the hydraulic system according to FIG. 3 that works under all operating conditions for fixed gear connection. This way it becomes a sudden dynamic Change avoided. Since the unit according to the present invention has a high him inherent inertia, the control gain can be made large, whereby the possible speed errors are smaller.

Claims

Patent claims:

1. Emergency power generator, consisting of one powered by a mains Electric motor-driven generator, one that can be connected to it in the event of a power failure Auxiliary internal combustion engine and one in normal operation with a significantly higher one Speed than the generator-driven and in the event of a power failure to bypass the Start-up time of the auxiliary machine the generator via a clutch driving the flywheel, whereby the clutch is controlled in such a way that the generator speed remains constant, d a d u r c h g e -k e n n n z eh n eh n e t that the clutch as an infinitely variable hydraulic transmission (28) is formed. the pump part (29) thereof being constant Hub and is coupled to the generator (11), while the hub of the with the flywheel (21) coupled motor part (31) of the transmission is adjustable and with fluctuations in speed of the generator (11) controls this to its target speed.

2 emergency power generator according to claim 1, characterized in - that a stroke control for adjusting the displacement of the motor part (31) of the transmission (28) is controlled by a speed sensor (27).