DE2853207A1

DE2853207A1 - Einrichtung zum aufrechterhalten der spannungsversorgung von statischen zwischenkreisumrichtern bei kurzzeitigen netzspannungseinbruechen und netzspannungsausfaellen

Info

Publication number: DE2853207A1
Application number: DE19782853207
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Weisser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1980-06-26
Also published as: JPS5582316A

Description

Einrichtung zum Aufrechterhalten der Spannungsversorgung
von statischen Zwischenkreisumrichtern bei kurzzeitigen Netzspannungseinbrüchen und Netzspannungsausfällen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Aufrechterhalten der Spannungsversorgung von statischen Zwischenkreisumrichtern bei kurzzeitigen Netzspannungseinbrüchen und Netzspannungsausfällen mittels eines rotierenden Motor-Generatorsatzes mit Schwungmasse, dessen Synchrongenerator an eine gestützte Umrichterschiene zur Speisung der Umrichter angeschlossen ist, die ihrerseits über einen bei Netzspannungsausfall geöffneten Thyristorschalter mit dem Netz verbunden ist.
Bei über statischen Umrichtern aus einem Drehstromnetz gespeisten Verbrauchern, wie z.B. Synchronmotoren oder ähnlichen Motoren in der Chemiefasertechnik, wird häufig aus technologischen Gründen die Forderung erhoben, daß auch bei einem vorübergehenden Kurzschluß im Netz und bei einem Sekunden dauernden Netzspannungseinbruch die Speisespannung für die Umrichter erhalten bleibt oder höchstens für einige Millisekunden ausfällt.
Es ist hierzu bereits bekannt, zusätzlich zum Netz einen rotierenden, mit Schwungmassen versehenen Spannungserzeuger vorzusehen, der bei einem Netzausfall für kurze Zeit die Spannungsversorgung übernehmen kann. Der Spannungsversorger in Form eines Motor-Generatorsatzes besteht dabei aus einer am Netz angeschlossenen Asynchron- oder Synchronmaschine, einer Schwungmasse und einem daran angekuppelten, fremderregten Synchrongenerator. Diese Anordnung erfordert einen erheblichen maschinentechnischen Aufwand und benötigt auch eine Synchronisiereinrichtung für das Zusammenschalten der gestützten Umrichterschiene und Netz schiene nach Spannungswiederkehr.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Pufferung so zu gestalten, daß der maschinen- und schaltungstechnische Aufwand verringert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motor-Generatorsatz nur eine Synchronmaschine umfaßt, die beim Dauerbetrieb als von der Umrichterschiene gespeister Motor zur Phasenschiebung betrieben wird, daß bei Netzausfall die Synchronmaschine als Generator die Umrichterschiene versorgt, bei Netzspannungswiederkehr die Synchronmaschine von der Umrichterschiene getrennt, die Gleichrichter der Umrichter während des Umschaltvorganges gesperrt, der Thyristorschalter zwischen Netz und Umrichterschiene geschlossen und daß anschließend die Synchronmaschine wieder auf die Umrichterschiene geschaltet wird.
Auf diese Weise kommt man mit einer Synchronmaschine aus, die die Funktion von Motor und Generator über- nimmt. Ferner können besondere Synchronisiereinrichtungen entfallen.
Vorteilhafterweise ist zwischen Netz und Umrichterschiene ein zusätzlicher, als Luftschütz ausgebildeter Schalter vorgesehen, über den die Spannungsversorgung der Synchronmaschine während des Hochlaufes bei Betriebsbeginn vorgenommen wird. Hierdurch braucht der Thyristorschalter nur für die Umrichterlast bemessen zu werden.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiels sei die Erfindung näher erläutert: Aus einem Drehstromnetz 1 wird über einen Thyristorschalter 2 eine Umrichterschiene 3 gespeist. An diese Umrichterschiene 3 sind über Schalter 4 die einzelnen Zwischenkreisumrichter 5 angeschlossen. Die Zwischenkreisumrichter 5 bestehen dabei in bekannter Weise aus einem Gleichrichter, der den Drehstrom auf der Umrichterschiene 3 in Gleichstrom umformt und einen in der Frequenz steuerbaren Wechselrichter, der den Gleichstrom in Drehstrom variabler Frequenz zur Speisung der einzelnen Motoren 6, z.B. Synchronmotoren mit Permanenterregung, umformt.
An die Umrichterschiene 3 ist über einen als Luftschütz ausgebildeten Schalter 9 ein Motor-Generatorsatz angeschlossen, der aus einer Synchronmaschine 7 mit Schwungmasse 71 besteht. Die Erregerwicklung 72 der Synchronmaschine 7 wird von einer an den Ausgang der Synchronmaschine 7 angeschlossenen Erregerstromeinheit 73 gespeist. Zusätzlich ist noch ein Schalter 10 in Form eines Luftschützes vorgesehen, über den das Netz 1 mit der Umrichterschiene 3 verbindbar ist.
Die vorstehend erwähnten Schalter 2, 9, 10 und die Erregerstromeinheit 73 werden von einer Logik 8 gesteuert, die u.a. abhängig von der im Netz 1 herrschenden Spannung arbeitet.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist die folgende: Zunächst wird die Synchronmaschine 7 über die Schalter 9 und 10 an das Netz 1 angeschlossen. Die Synchronmaschine 7 mit Schwungmasse 71 läuft als Motor bis zur Synchrondrehzahl hoch. Nach dem Hochlauf wird der Schalter 10 geöffnet und der Thyristorschalter 2 geschlossen. Er braucht daher nur für die Umrichterlast ausgelegt zu werden. Die Synchronmaschine läuft dann - gespeist von der Umrichterschiene 3 - dauernd in Bereitschaft mit, wobei von der Umrichterschiene 3 her lediglich ihre Verluste gedeckt werden müssen. Die Erregung der Synchronmaschine wird durch die Logik 8 so geregelt, daß die von den Umrichtern 5 benötigte Blindleistung auf cos g 0,95 kompensiert wird.
Bei Spannungsausfall im Netz 1 wird der Thyristorschalter 2 sofort geöffnet, damit keine Rückspeisung von der Umrichterschiene 3 auf das Netz stattfindet und die kinetische Energie der Synchronmaschine 7 samt Schwungmasse 71 voll für die Pufferung zur Verfügung steht.
Die Synchronmaschine 7 arbeitet jetzt als Generator und liefert Energie für die Umrichter 5. Bei einer zulässigen Spannungs- und Frequenz absenkung auf der Umrichterschiene 3 von 10% lassen sich damit unter wirtschaftlicher Bemessung der Pufferung etwa 2,5 bis'3 Sekunden überbrücken.
Wird die Frequenzabsenkung größer als 10%, so wird durch die Logik 8 der Schalter 9 geöffnet. Durch den Spannungsfortfall auf der Umrichterschiene 3 werden dann die Gleichrichter in den Zwischenkreisumrichtern automatisch gesperrt. Eine derartige Netzüberwachung ist normalerweise serienmäßig mit in den Umrichtern enthalten.
Durch die Abschaltung steht die Anlage. Kehrt die Netz- spannung wieder, so muß die stehende Anlage manuell zugeschaltet werden, da der Netzspannungsausfall länger als die mögliche Pufferzeit war.
Bei einer Wiederkehr der Netzspannung innerhalb der von der Logik 8 überwachten möglichen Frequenzabsenkung tN f von 10% - die Spannung sollte proportional mit abgesenkt werden - wird der Schalter 9 geöffnet und anschließend der Thyristorschalter 2 geschlossen. Die hierbei auftretende spannungslose Zeit von etwa 60 bis 70 Millisekunden kann durch die gespeicherte Energie im Zwischenkreis der Umrichter 5 und durch die kinetische Energie der Motoren 6 überbrückt werden. Die Frequenz der Umrichter 5 bleibt während dieser Zeit konstant.
Durch die vorstehend erwähnte Spannungsüberwachung in den Umrichtern 5 werden die Gleichrichter der Umrichter beim Öffnen des Schalters 9 automatisch gesperrt und nach Spannungswiederkehr durch Schließen von Schalter 2 wieder freigegeben. Durch diese Maßnahme kann der Frequenzunterschied zu f zwischen Netzfrequenz und vorher herrschender Frequenz auf der Umrichterschiene 3 ohne Ausfall der Umrichter 5 beherrscht werden.
Die Synchronmaschine 7 wird dann anschließend wieder über den Schalter 9 an die Umrichterschiene 3 angeschlossen.
3 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1'Einrichtung zum Aufrechterhalten der Spannungsversorgung von statischen Zwischenkreisumrichtern bei kurzzeitigen Netzspannungseinbrüchen und Netzspannungsausfällen mittels eines rotierenden Motor-Generatorsatzes mit Schwungmasse, dessen Synchrongenerator an eine gesetzte Umrichterschiene zur Speisung der Umrichter angeschlossen ist, die ihrerseits über einen bei Netzspannungsausfall geöffneten Thyristorschalter mit dem Netz verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Motor-Generatorsatz nur eine Synchronmaschine (7) umfaßt, die beim Dauerbetrieb als von der Umrichterschiene (3) gespeister Motor zur Phasenschiebung betrieben wird, daß bei Netzausfall die Synchronmaschine (7) als Generator die Umrichterschiene (3) versorgt, bei Netzspannungswiederkehr die Synchronmaschine (7) von der Umrichterschiene (3) getrennt, die Gleichrichter der Zwischenkreisumrichter (5) während des Umschaltvorganges gesperrt, der Thyristorschalter (2) zwischen Netz- und Umrichterschiene (3) geschlossen und daß anschließend die Synchronmaschine wieder auf die Umrichterschiene (3) für den Motorbetrieb geschaltet wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Netz (1) und Umrichterschiene (3) ein zusätzlicher, als Luftschütz ausgebildeter Schalter (10) vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter zwischen Umrichterschiene (3) und Synchronmaschine (7) als Luftschütz ausgebildet ist.