DE1964822B2

DE1964822B2 - Interruption free current supply system - for electric load consumer has stand-by storage battery used during mains failure

Info

Publication number: DE1964822B2
Application number: DE19691964822
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 1000 Berlin Reichelt
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1969-12-16
Filing date: 1969-12-16
Publication date: 1976-04-08
Also published as: DE1964822A1

Abstract

The current supply system uses an externally or separately driven inverter, the drive source being a synchronous motor, which also supplies the VAR (wattless) power required by the inverter for commutation switching purposes, as well as the VAR for the load (consumer), which is connected to the a.c. terminals of the inverter as well as being connected to the synchronous motor, the invention provides interruption-free current supply to the electric load (consumer). In the event of mains failure, the power required for the load or for the synchronous motor, is supplied from a storage battery source.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung eines über einen Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis an ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchers. Es gibt Verbraucher elektrischer Energie, bei denen bereits durch kurzzeitige Unterbrechung der Stromversorgung großer wirtschaftlicher Schaden entsteht. Um eine derartige Stromunterbrechung zu vermeiden, ist es bekannt, Synchron-Maschinenumformersätze mit großer Schwungmasse zu verwenden. Mit derartigen Umformersätzen können Spannungseinbrüche im Netz kurzzeitig überbrückt werden. Diese Umformersätze sind jedoch nicht mehr geeignet, wenn langer andauernde StromunterThe invention relates to an arrangement for the uninterruptible power supply of a a converter with a DC link connected to a single or multi-phase AC network electrical consumer. There are consumers of electrical energy that are already through short-term Interruption of the power supply causes great economic damage. To such a To avoid power interruption, it is known to use synchronous machine converter sets to be used with a large centrifugal mass. With such converter sets, voltage drops in the network can be bridged for a short time will. However, these converter sets are no longer suitable if the power goes down for a long time

brechungen auftreten.refractions occur.

Eine andere Möglichkeit der unterbrechungslosen Versorgung von Verbrauchern ist durch eine der VDI-Zeitschrift 10 (1964) Nr. 12, S. 472 bis 474 zu entnehmende Anordnung bekannt. Sie besteht aus einer mit dem Verbraucher über eine Sofortbereitschaftsschiene direkt verbundenen synchronen Umkehrmaschine mit Speicherschwungrad, die über eine Magnetkupplung mit einem Dieselmotor verbunden ist. Bei netzseitiger Versorgung arbeitet die Umkehrmaschine als Synchronmotor und hält die Schwungmasse in Umlauf. Bei Netzausfall treibt die Schwungmasse die nun als Synchrongenerator arbeitende Umkehrmaschine an und reißt gleichzeitig den Dieselmotor hoch, der dann den Antrieb der Umkehrmaschine übernimmt.Another possibility of uninterrupted supply to consumers is through one of the VDI magazine 10 (1964) No. 12, pp. 472 to 474 known arrangement. It consists of one with synchronous reversing machine directly connected to the consumer via an immediate standby rail Storage flywheel that is connected to a diesel engine via a magnetic coupling. With network-side Supply, the reversing machine works as a synchronous motor and keeps the flywheel in circulation. at A power failure drives the flywheel and the reversing machine, which is now working as a synchronous generator at the same time jerks up the diesel engine, which then takes over the drive of the reversing machine.

Werden höhere Anforderungen an die Frequenzstabilität der Versorgungsspannung gestellt, verwendet man als Energiespeicher häufig Akkumulatoren-Batterien, die im allgemeinen über Gleichrichter aus dem Wechselspannungsnetz aufgeladen werden.If higher demands are placed on the frequency stability of the supply voltage, they are used one as energy storage often accumulator batteries, which in general via rectifiers from the AC voltage network are charged.

Aus der DT-PS 11 01 578 ist eine derartige Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung von Wechselstromverbrauchern mit einem Wechselrichter bekannt, der aus einer über einen Gleichrichter geladenen Batterie gespeist wird. Der Flüssigkeitswechselrichter wird von einem an der Verbraucherspannung liegenden Synchronmotor angetrieben, der bei Netzausfall von einem ebenfalls aus der Batterie gespeisten Maschinenumformer versorgt wird.Such an arrangement is from DT-PS 11 01 578 for the uninterruptible power supply of AC consumers with an inverter known, which is fed from a battery charged via a rectifier. The liquid inverter is driven by a synchronous motor connected to the consumer voltage, which in the event of a power failure is supplied by a machine converter, which is also fed from the battery.

In anderen Fällen wird die Gleichspannung über statische, selbstgeführte Wechselrichter oder über Gleichstrom-Synchron-Maschinensätze wieder in Wechselspannung umgewandelt. Um auch länger anhaltende Netzausfälle überbrücken zu können, müßten diese Akkumulatoren-Batterien sehr umfangreich sein. Um umfangreiche Akkumulatoren-Batterien zu vermeiden, ist es zweckmäßig, ein aus Dieselmotor und Synchrongenerator bestehendes Aggregat vorzusehen und die Batterie nur so groß zu bemessen, daß die Zeit überbrückt werden kann, bis das Dieselaggregat auf die Nenndrehzahl hochgelaufen ist. In einer vorbenutzten Anordnung wird die Netzwechselspannung über einen Gleichrichter gleichgerichtet und über einen sogenannten Pulsstromrichter einem Gleichstrommotor zugeführt. Parallel zum Gleichrichter liegt eine Pufferbatterie. Der Gleichstrommotor treibt einen Synchrongenerator an, dessen Wechselstromausgänge mit dem Verbraucher verbunden sind. Die Frequenz der Verbraucherspannung wird über die Aussteuerung des Pulsstromrichters geregelt. Bei kurzzeitigen Netzausfällen kann der Gleichstrommotor aus der Pufferbatterie weiterhin versorgt werden. Für länger anhaltende Netzausfälle ist ein zweiter Synchrongenerator vorgesehen, der von einem Dieselmotor angetrieben wird und bei Netzausfall mit den Wechselstromklemmen des Gleichrichters verbunden wird.In other cases, the DC voltage is supplied via static, self-commutated inverters or via DC synchronous machine sets converted back into alternating voltage. In order to be able to bridge longer lasting power failures, these accumulators would have to be batteries be very extensive. In order to avoid extensive accumulator batteries it is advisable to provide a unit consisting of a diesel engine and a synchronous generator and the The battery should only be dimensioned so large that the time can be bridged until the diesel generator sets on the Rated speed has run up. In a previously used arrangement, the AC mains voltage is via a Rectifier rectified and fed to a DC motor via a so-called pulse converter. A backup battery is located parallel to the rectifier. The DC motor drives a synchronous generator whose AC outputs are connected to the consumer. The frequency of the consumer voltage is controlled via the modulation of the pulse converter. In the event of brief power failures the DC motor can continue to be supplied from the backup battery. For longer lasting A second synchronous generator powered by a diesel engine is provided for power failures and is connected to the AC terminals of the rectifier in the event of a power failure.

Die Erfindung geht somit aus von einer Anordnung zur unterbrechungslosen Stromversorgung eines über einen Umrichter mit Gleichstrom-Zwischenkreis an ein ein- oder mehrphasiges Wechselstromnetz angeschlossenen elektrischen Verbrauchers mit einer an den Gleichstrom-Zwischenkreis angeschlossenen Akkumulatoren-Batterie. The invention is thus based on an arrangement for an uninterruptible power supply a converter with a direct current intermediate circuit connected to a single or multi-phase alternating current network electrical consumer with an accumulator battery connected to the direct current intermediate circuit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung dieser Art bei gleichzeitig verringertem Aufwand hinsichtlich der elektrischen Werte zu verbesThe invention is based on the object of providing an arrangement of this type with reduced expenditure at the same time verbes regarding the electrical values

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durchAccording to the invention, this object is achieved by

die Verwendung eines fremdgeführten Wechselrichters und einer Synchronmaschine, die den Wechselrichter führt und sowohl die für den Wechselrichter zum Kommutieren benötigte Blindleistung als auch die Blindleistung des elektrischen Verbrauchers liefert, der sowohl 5 mit den Wechselstromanschlüs^en des Wechselricht2rs als auch mit denen der Synchronmaschine verbunden ist.the use of an externally guided inverter and a synchronous machine that guides the inverter and that commutates both for the inverter supplies the required reactive power as well as the reactive power of the electrical consumer, which both 5 connected to the AC connections of the inverter as well as to those of the synchronous machine is.

Im Hinblick auf die bekannten Anordnungen mit statischen selbstgeführten Wechselrichtern ergibt sich der Vorteil, daß die Kommutierungseinrichtungen für den seibstgeführten Wechselrichter entfallen und daß die Kurvenform der Verbraucher-Wechselspannung verbessert wird. Im Hinblick auf die bekannten Anordnungen mit Maschinen-Umformersätzen ergibt sich der Vorteil, daß der Gleichstrommotor entfällt. Im Hinblick auf die bekannte vorbenutzte Anordnung ergibt sich insbesondere der Vorteil, daß der Gleichstrommotor und der zweite Synchongenerator entfallen.With regard to the known arrangements with static self-commutated inverters, the results The advantage that the commutation devices for the self-commutated inverter are omitted and that the Curve shape of the consumer AC voltage is improved. With regard to the known arrangements with machine converter sets there is the advantage that the direct current motor is not required. With regard to the known, previously used arrangement has the particular advantage that the direct current motor and the second synchronous generator are omitted.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nächstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.An embodiment of the invention is described next explained in more detail with reference to the drawing.

An ein nicht näher bezeichnetes dreiphasiges Wechselstromnetz ist ein im vorliegenden Beispiel ungesteuerter Gleichrichter 1 angeschlossen, dessen Ausgangsklemme eine als Puffer wirkende Akkumulatoren-Batterie 2 parallelgeschaltet ist. Über eine Glättungsdrossel 3 sind die Gleichstromklemmen des Gleichrichters 1 mit den Gleichstromklemmen eines Wechselrichters 4 verbunden. Dieser besteht im vorliegenden Falle aus sechs in Form einer Brücke angeordneten Thyristoren. Die Wechselstromanschlüsse des Wechselrichters 4 sind einerseits mit den Anschlüssen des elektrischen Verbrauchers 6 und andererseits mit den Wechselstromanschlüssen einer Synchronmaschine 5 verbunden. Um in der Verbraucherspannung Kornmutierungseinbrüche zu vermeiden, kann zwischen dem Wechselrichter 4 einerseits und der Synchronmaschine 5 sowie dem Verbraucher 6 andererseits ein Siebglied 7 eingeschaltet werden, das vorzugsweise aus Induktivitäten besteht. An die Synchronmaschine 5 ist eine Tachometermaschine 13 gekoppelt, deren Ausgangsspannung als Istwert zusammen mit einem vorgegebenen Sollwert einem Regler 8 zugeführt wird. Entsprechend der Reglerausgangsspannung wird mittels einer nicht näher dargestellten Zündimpulsschaltung durch Zündimpulsverstellung am Wechselrichter 4 die Frequenz der Wechselrichterausgangsspannung die Drehzahl der Synchronmaschine 5 auf den vorgegebenen Wert geregelt. Die Spannung der Synchronmaschine 5 kann mit Hilfe des auf die Erregerwicklung wirkenden Spannungsreglers 9 geregelt werden. Die Erregerle'Stung der Maschine kann von der Maschine selbst über eine nicht weiter dargestellte Stromrichterschaltung geliefert werden. Zwischen Wechselstromnetz und Synchronmaschine 5 ist ferner ein Schalter 10 vorgesehen, so daß die Synchronmaschine 5 durch asynchronen Hochlauf am Netz auf ihre Nenndrehzahl gebracht werden kann. Dieser Schalter 10 wird nur für den asynchronen Hochlauf der Synchronmaschine 5 geschlossen. In der übrigen Zeit bleibt er geöffnet. Die Synchronmaschine 5 ist im übrigen noch mit einer Kupplung S2 versehen, mit deren Hilfe die mit Nenndrehzahl laufende Synchronmaschine 5 bei Netzausfall an einen Verbrennungsmotor 11, insbesondere einen Dieselmotor, ankuppelbar ist Bei geeigneter Ausbildung der Kupplung Ί2 ist es möglich, den Motor 11 von der lautenden Synchronmaschine 5 anwerfen zu lassen. Andererseits ist es auch möglich, die Synchronmaschine beim Anlauf vom Motor 11 auf ihre Nenndreh?..·' I hochfahren zu lassen. Voraussetzung dafür ist, daß t^; r Motor über eine eigene Startvorrichtung verfügt.A rectifier 1, uncontrolled in the present example, is connected to an unspecified three-phase alternating current network, the output terminal of which is connected in parallel to an accumulator battery 2 which acts as a buffer. The direct current terminals of the rectifier 1 are connected to the direct current terminals of an inverter 4 via a smoothing choke 3. In the present case, this consists of six thyristors arranged in the form of a bridge. The alternating current connections of the inverter 4 are connected on the one hand to the connections of the electrical load 6 and on the other hand to the alternating current connections of a synchronous machine 5. In order to avoid corn mutation drops in the consumer voltage, a filter element 7, which preferably consists of inductances, can be switched on between the inverter 4 on the one hand and the synchronous machine 5 and the consumer 6 on the other hand. A tachometer machine 13 is coupled to the synchronous machine 5, the output voltage of which is fed to a controller 8 as an actual value together with a predetermined setpoint value. Corresponding to the controller output voltage, the frequency of the inverter output voltage and the speed of the synchronous machine 5 is regulated to the predetermined value by means of an ignition pulse circuit (not shown) by adjusting the ignition pulse on the inverter 4. The voltage of the synchronous machine 5 can be regulated with the aid of the voltage regulator 9 acting on the field winding. The excitation power of the machine can be supplied by the machine itself via a converter circuit (not shown). A switch 10 is also provided between the alternating current network and the synchronous machine 5, so that the synchronous machine 5 can be brought to its nominal speed by asynchronous run-up on the network. This switch 10 is closed only for the asynchronous run-up of the synchronous machine 5. The rest of the time it remains open. The synchronous machine 5 is also provided with a clutch S2, with the help of which the synchronous machine 5, which runs at nominal speed, can be coupled to an internal combustion engine 11, in particular a diesel engine, in the event of a power failure to start the named synchronous machine 5. On the other hand, it is also possible to have the synchronous machine run up to its nominal speed when the motor 11 starts up. The prerequisite for this is that t ^; The engine has its own starting device.

Die Funktionsweise der vorliegenden Anordnung ist folgende. Der Gleichrichter 1 wandelt die Wechselspannung um und speist sowohl die Akkumulatorenbatterie 2 als auch den Gleichstromzwischenkreis des aus dem Gleichrichter 1 und dem Wechselrichter 4 bestehenden Umrichters. Der Wechselrichter 4 ist als fremdgeführter Wechselrichter ausgebildet und besitzt keine eigenen Kommutierungseinrichtungen. Seine Wechselstromanschlüsse sind mit der Synchronmaschine 5 verbunden, die ihn führt und die zum Kommutieren des Wechselrichters benötigte Blindleistung liefert. Die Synchronmaschine 5 liefert auch die Blindleistung für den Verbraucher 6. Die Wirkleistung des elektrischen Verbrauchers 6 bzw. die von der Synchronmaschine 5 benötigte Wirkleistung wird über den Wechselrichter 4 und über den Gleichrichter 1 vom Wechselstromnetz geliefert. Die Frequenz des Wechselrichters bzw. die Drehzahl der Synchronmaschine wird durch den Drehzahlregler 8 bestimmt. Die Höhe der Verbraucherspannung bzw. der Wechselrichterspannung wird über die Erregung der Synchronmaschine 5 mit Hilfe der Regelanordnung 9 festgelegt. Bei Netzausfall wird die benötigte Wirkleistung des Verbrauchers 6 bzw. der Synchronmaschine 5 kurzzeitig aus der Akkumulatoren-Batterie 2 geliefert. Bei länger anhaltenden Netzstörungen wird der Verbrennungsmotor 11 angelassen bzw. in der oben erwähnten Weise an die umlaufende Synchronmaschine 5 angekuppelt und auf die Nenndrehzahl hochgefahren. Die Drehzahl dieses Motors wird über einen nicht dargestellten Drehzahlregelkreis auf die Nenndrehzahl, die der Nennfrequenz des Verbrauchers entspricht, geregelt. Bei länger anhaltenden Netzstörungen ist somit nur noch die Synchronmaschine 5 in Betrieb, die vom Verbrennungsmotor 11 angetrieben und über diesen Motor auf die Nenndrehzahl geregelt und über den Spannungsregler 9 auf die Nennspannung geregelt wird. Der Wechselrichter 4 trägt dann nicht mehr zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers 6 bei.The operation of the present arrangement is as follows. The rectifier 1 converts the alternating voltage and feeds both the accumulator battery 2 and the DC link of the the rectifier 1 and the inverter 4 existing converter. The inverter 4 is as externally controlled Inverter designed and has no commutation facilities of its own. Its AC outlets are connected to the synchronous machine 5, which leads it and which commutates the Inverter supplies the required reactive power. The synchronous machine 5 also supplies the reactive power for the consumer 6. The active power of the electrical consumer 6 or that of the synchronous machine 5 The required active power is supplied via the inverter 4 and via the rectifier 1 from the alternating current network delivered. The frequency of the inverter or the speed of the synchronous machine is controlled by the speed controller 8 determined. The level of the consumer voltage or the inverter voltage is determined by the The excitation of the synchronous machine 5 is set with the aid of the control arrangement 9. In the event of a power failure, the required Active power of the consumer 6 or the synchronous machine 5 briefly from the accumulator battery 2 delivered. In the event of persistent network disturbances, the internal combustion engine 11 is started or in coupled to the rotating synchronous machine 5 in the manner mentioned above and to the nominal speed booted. The speed of this motor is based on a speed control loop, not shown the nominal speed, which corresponds to the nominal frequency of the consumer, regulated. In the event of prolonged network disturbances Thus, only the synchronous machine 5 that is driven by the internal combustion engine 11 is still in operation and regulated via this motor to the nominal speed and via the voltage regulator 9 to the nominal voltage is regulated. The inverter 4 then no longer contributes to the supply of the electrical consumer 6 at.

Mit der vorgeschlagenen Anordnung wurde eine zuverlässige unterbrechungslose Stromversorgungsanlage geschaffen. Sie ist besonders geeignet zur Versorgung von Nachrichten-Übermittlungseinrichtungen, wie insbesondere Rechner, bei denen ein zeitweiser Ausfall der Versorgungsspannung die gesamte zu übermittelnde Nachricht verstümmeln würde. Sie ist ebenfalls geeignet für den Einsatz in Flugsicherungsanlagen o. ä., bei denen jegliche Netzausfälle unbedingt vermieden werden müssen.The proposed arrangement provides a reliable uninterruptible power supply created. It is particularly suitable for supplying message transmission equipment, such as computers in particular, in which a temporary failure of the supply voltage means that the entire data to be transmitted is required Message would maim. It is also suitable for use in air traffic control systems or similar, where any power failures must be avoided.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Arrangement for uninterruptible power supply one via a converter with DC link to a single or multi-phase Alternating current network connected electrical load with one to the direct current intermediate circuit connected accumulator battery, characterized by the use of an externally guided inverter (4) and a Synchronous machine (5), which leads the inverter (4) and both for the inverter (4) to the Commutation supplies the required reactive power as well as the reactive power of the electrical consumer (6), with both the AC connections of the inverter (4) and those of the synchronous machine (5) is connected.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that between the inverter (4) on the one hand and the synchronous machine (5) and the consumer (6) on the other hand a filter element (7) switched on is.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that a first control arrangement (8, 13) is provided, with the help of which the timing of the ignition pulses for the inverter (4) for the purpose of regulating the frequency of the inverter output voltage or the speed of the synchronous machine (5) is slidable.

4. Arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that a second control arrangement (9, 14) is provided, with the help of which the level of the consumer voltage via the excitation the synchronous machine (5) can be regulated.

5. Arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the synchronous machine (5) is provided with a clutch (12), with the help of which the synchronous machine running at nominal speed (5) can be coupled to an internal combustion engine (11), in particular a diesel engine, in the event of a power failure is.

6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the speed of the internal combustion engine (11) is adjustable.

7. Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the synchronous machine (5) for asynchronous run-up to its nominal speed via a switch (10) to the feeding AC mains can be connected.