DE3002946A1

DE3002946A1 - Umformersystem

Info

Publication number: DE3002946A1
Application number: DE19803002946
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 3360 Osterode Sachs
Original assignee: ANTON PILLER KG
Current assignee: ANTON PILLER KG
Priority date: 1980-01-29
Filing date: 1980-01-29
Publication date: 1981-07-30
Also published as: GB2071932A; ES498874A0; ES8202204A1; FR2474782A1

Description

Patentanwalt Dipl.-lng?0029A6 Harro Gralfs

Gratis Paienlanwalt Am Buigetpark 8 D 3300 Braunschweig Germany

Am Bürgerpark 8

D 3300 Braunschweig, Germany

Telefon 05 31-7 47 98

Cable patmarks braunschweig

28. Januar 1980 G/Wi - P 1162

Anton Piller KG

Abgunst 24

3360 Osterode/Harz

Umformersystem

Die Erfindung bezieht sich auf ein Umformersystem mit einem Drehstrommotor und einem Synchrongenerator.

Umformersysteme der genannten Art werden als Netzstabilisatoren, Frequenzumformer oder in Notstromanlagen betrieben.

Netzstabilisatoren sind Motorgeneratoren, die generatorseitig ein Sekundärnetz speisen, an das hochwertige und empfindliche Verbraucher angeschlossen sind. Durch den Motorgenerator wird eine vollständige Trennung des Sekundärnetzes vom Primärnetz erreicht und alle im Primärnetz auftretenden Störungen, wie Spannungsspitzen, Überspannungen, Spannungseinbrüche ferngehalten« Aufgrund der in den rotierenden Massen gespeicherten Energie wird auch die Einwirkung kurzzeitiger Netzunterbrechungen im

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Zweckmäßige Ausgestaltungen des Umformersystems sind in den Unteransprüchen herausgestellt.

Das erfindungsgemäße Umformersystem hat den Vorteil, daß bei Netzausfall eine Leistungsrückspeisung unmöglich ist und bei Netzwiederkehr keine unkontrollierten Stromstöße auftreten. Das Umformersystem kann aus Batterien gespeist werden, wie es bei Anlagen zur unterbrechungslosen Stromversorgung erforderlich ist. Es ist aber auch eine Speisung aus einem Wechselstromnetz über einen Gleichstromzwischenkreis möglich, wobei dieser Gleichstromzwischenkreis über ungesteuerte Gleichrichter gespeist werden kann.

Die Erfindung ist in der Zeichnung mit einer Schaltung veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

Die kombinierte Motor-Generator-Synchronmaschine 2 weist ständerseitig zwei voneinander galvanisch getrennte Wicklungssysteme ¹J, 6 auf, die von einem gemeinsamen Polrad 8 erregt werden. Das Polrad sitzt auf einer Welle 10, auf der auch die Erregermaschine 7 angeordnet ist, von der das Polrad bürstenlos erregt wird. Auf die gemeinsame Welle 10 wirkt darüber hinaus ein Anwurfmotor 12.

Die Motorvicklung 4 der Synchronmaschine 2 ist an einen Stromrichter l'l angeschlossen. Der Stromrichter speist die Motorwicklung über gesteuerte Stromrichterventile l6. Gleichstromseitig wird der Stromrichter aus einem Wechselstromnetz l8 über ungesteuerte Gleichrichter 20 gespeist. Soweit erforderlich, beispielsweise bei Systemen für die unterbrechunpslose Stromversorgung, ist zusätzlich eine Batterie 22 vorgesehen. Der Gleichstromkreis kann auch ein Gleichstromnetz sein. Der Gleichrichter kann sechspulsig ausgebildet sein. Es ist aber auch ein zwoIf-

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pulsiger Betrieb möglich, beispielsweise durch Vorschalten eines Drehstrom-Trenntransformators mit zwei voneinander isolierten Sekundärsystemen, die gegeneinander um 30 elektrische Grad verschoben sind. In diesem Fall wird jedes System mit einem Gleichrichter in Drehstrombrückenschaltung belastet. Durch eine zwölfpulsige Gleichrichterschaltung wird das Primärnetz weitgehend von den durch die Gleichrichter erzwungenen Stromoberwellen freigehalten. Es bleiben ungedämpft lediglich die Oberwellen der elften und dreizehnten Ordnung mit 9 % bzw. 7,5 % des Grundwellenanteils.

Da die Gleichrichter ungesteuert sind, ist die Spannung des Gleichstromzwischenkreises direkt proportional der Spannung des speisenden Netzes.

Die Gleichspannung des Gleichstromzwischenkreises wird durch einen Thyristor-Stromrichter in Drehstrombrückenschaltung, der drehstromseitig mit der Motorwicklung verbunden i«t, in eine dreiphasige Wechselspannung zurückverwandelt.

Der Stromrichter arbeitet als Wechselrichter, über den die zum Betrieb der Synchronmaschine benötigte Wirkleistung dem Gleichstromkreis entnommen wird.

Die vom Stromrichter benötigte Steuer- und Kommutierungsblindleistung wird dagegen von der Synchronmaschine aufgebracht. Durch Steuerung des Zündeinsatzes der Thyristoren bezogen auf die Klemmenspannung der Motorwicklung läßt sich die Wirkleistungsauf nähme der Synchronmaschine steuern. Diese ist bei konstanter Motorspannung und konstanter Drehzahl praktisch proportional dem im Gleichstromzwischenkreis fließenden Strom.

Die Drehzahlregelung der Maschine läßt sich in bekannter Weise wie bei thyristorgespeisten Gleichstromantrieben durch einen Drehzahlregelkreis mit unterlagertem Stromregelkreis ausführen.

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Der Stromregelkreis bietet eine dynamisch wirkende Strombegrenzung zum Schutz der gesamten Anlage sowie die Möglichkeit einer Störgrößenaufschaltung durch den Laststrom des Generators. Zur Regelung der Maschinenspannung dient ein Transistor-Spannungsregler 26, der seine Betriebsspannung teils aus der Klemmenspannung der Motorwicklung, teils aus der Spannung des Netzes erhält. Hierdurch wird eine sichere Erregung der Maschine unter allen Umständen gewährleistet.

Bei der Auslegung der Motorwicklung der Synchronmaschine ist die zusätzliche Belastung durch die Blindleistung des Stromrichters sowie durch Stromoberwellen zu berücksichtigen.

Die vom Stromrichter erzwungenen Stromoberwellen können· unterdrückt werden durch Einschaltung von Pilterkreisen 24. Diese Pilterkreise sind vorzugsweise als verstimmte Serienresonanzkreise ausgeführt, deren Resonanzfrequenz zwischen der fünften und siebten Oberwellenfrequenz liegt. Diese Filter wirken unterhalb der Resonanzfrequenz und insbesondere für die Grundfrequenz wie ein Kondensator. Insbesondere günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn der Kondensator 25 so bemessen wird, daß er die Stromrichterblindleistung deckt. Bei einer solchen Auslegung wird die Motorwicklung 4 der Maschine sowohl von den Stromoberwellen als auch weitgehend vom Blindstrom des Stromrichters entlastet, wodurch eine günstige Beeinflussung des Wirkungsgrades erzielt wird. Der Wirkungsgrad kann darüber hinaus auch dadurch verbessert werden, daß der Pilterkondensator 25 einen Teil der Leerlauferregung deckt und damit zu einem Sinken der Erregerleistung beiträgt.

Der durch den Filterkreis 24 verringerte Oberwellengehalt in der Spannung der Motorwicklung 4 bewirkt weiter eine Verringerung des Oberwellengehaltes der Spannung an der Generatorwicklung

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Zur Vermeidung von Rückwirkung des Motorsystems auf das Generatorsystem kann es auch zweckmäßig sein, das Polrad mit einer stromverdrängungsarmen Dämpferwicklung zu versehen. Eine Verringerung der übertragenen Oberwellen läßt sich weiter durch eine geeignete Sehnung der beiden Wicklungssysteme erreichen.

Die Motor-Generator-Maschine kann als bürstenlos erregte Schenkelpolmaschine ausgeführt sein.

Damit die für die Kommutierung des Stromrichters I¹J in Stillstandsnähe, d.h. bei kleiner Gegenspannung, normalerweise vorzusehenden Zwangskommutierungseinrichtungen entfallen können, ist ein Anwurfmotor 12 vorgesehen.

Der Anwurfmotor kann ein Asynchronmotor sein. Sofern nur Gleichstrom zur Verfügung steht, kann der Anwurfmotor auch als Gleichstrommotor ausgebildet sein. Auch Hydraulik- oder Pneumatikmotoren können als Anwurfmotoren Verwendung finden, wenn entsprechende Antriebsmedien zur Verfügung stehen. Die Synchronmaschine kann auch in bekannter Weise asynchron angefahren werden.

Im Betrieb wird nach Hochlauf des Systems über den Anwurfmotor 12 auf annähernd Nenndrehzahl und Erregung der Maschine auf Nennspannung die Zündung der Thyristoren des Stromrichters freigegeben. Bei konstantem Fluß in der Synchronmaschine entspricht der Strom im Gleichstromzwischenkreis der Wirkleistungsaufnahme des Motorteils. Der Stromrichter liefert somit die zur Aufrechterhaltung der Drehzahl notwendige Wirkleistung, und zwar auch bei schwankender Leistung durch Steuerung des Wirkstroms in der Motorwicklung. Die für den Betrieb des Stromrichters erforderliche Steuer- und Kommutierungsblindleistung wird dagegen von der Synchronmaschine aufgebracht.

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Der Stromrichter 14 wird normalerweise als netzgeführter Stromrichter betrieben. Die Zündung der Ventile kann hierbei in einfachster Weise in Abhängigkeit von der Betriebswechselspannung durchgeführt werden, d.h. in Abhängigkeit von der Motorspannung.

Es ist aber auch möglich, den Stromrichter in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Polradstellung der Synchronmaschine zu führen, wenn bei Überkompensierung der Grundwellenleistung ein stabilerer Lauf der Maschine erreicht werden soll.

Bei Netzunterbrechungen oder Absenkung der Netzspannung unter zulässige Werte wird der Stromrichter zunächst an die Wechselrichtertrittgrenze gesteuert. Hierdurch wird eine problemlose automatische Lastübernahme nach Netzwiederkehr möglich, wenn die Drehzahl noch nicht zu stark abgesunken ist.

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Claims

Ansprüche

( 1.ΛUmformersystem mit einem Drehstrommotor und einem Synchrongenerator, dadurch gekennzeichnet, daß der Synchronmotor und der Synchrongenerator als Synchronmaschine (2) mit gemeinsamem bürstenlos erregtem Polrad (8) und ständerseitig zwei galvanisch voneinander getrennten Wicklungssystemen, nämlich einer Motorwicklung (¹O und einer Generatorwicklung (6) ausgebildet sind, und daß die Motorwicklung drehstromseitig an einem von einer Gleichstromquelle (2O;22) gespeisten Stromrichter (I¹O angeschlossen ist.
2. Umformersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter (I¹O netzgeführt ist und seine Zündimpulse an der Phasenlage der Spannung in der Motorwicklung (¹O orientiert sind.
3. Umformersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter (I¹O in Abhängigkeit von der Polradstellung geführt ist.
k. Umformersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen als oberwellenarme Wicklungen ausgeführt sind.
5. Umformersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Oberwellenfilter (2¹I) mit einem zu den Klemmen der Motorwicklung (4) parallel liegenden Resonanzkreis vorgesehen ist.
6. Umformersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberwellenfilter (2¹I) mit einer Resonanzfrequenz zwischen der fünften und siebten Oberwellenfrequenz ausgelegt ist.

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7. Umformersystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundwellenleistung des Oberwellenfilter (2¹I) so ausgelegt ist, daß die Stromrichterblindleistung gedeckt wird.
8. Umformersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Polrad ein Anwurfmotor (12) vorgesehen ist.
9. Umformersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter (I¹O gleichstromseitig über einen ungesteuerten Netzgleichrichter (20) an ein Wechselstromnetz (18) angeschlossen ist.
10. Umformersystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter (20) sechs- oder zwölfpulsig ausgeführt ist.
11. Umformersystem nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter (1*0 wahlweise an eine Batterie (22) anschließbar ist.

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