DE3919421A1 - Generatorsteuerungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Generatorsteuerungsvor­ richtung zur Steuerung des Antriebs eines Motor- Generators und insbesondere eine Generatorsteuerungs­ vorrichtung, die, während der Motor-Generator zum Stillstand kommt, im Motor-Generator gespeicherte Energie in das elektrische Energieversorgungssystem zurückführt.

Fig. 1 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen Genera­ torsteuerungsvorrichtung zum Steuern eines Schwungrad- Generators, wobei P ein elektrisches Energieversor­ gungssystem zur Zuführung von Dreiphasen-Strom und 1 a, 1 b, 1 c und 1 d jeweils Schalter bezeichnen. Das elek­ trische Energieversorgungssystem P ist über den Schalter 1 d mit einem Induktionsmotor 2 verbunden, und ein Motor-Generator 3 ist mit dem Induktionsmotor 2 verbunden und gesteuert durch ein noch zu erläuterndes Sherbius-System 8 und den Induktionsmotor 2.

Ein zusammen mit dem Motor-Generator 3 rotierbares Schwungrad 4 ist mit dem Motor-Generator 3 verbunden, und eine Erregerspule 5 ist mit dem Motor-Generator 3 verbunden, wobei der Motor-Generator 3, das Schwungrad 4 und die Erregerspule 5 den Schwungrad-Generator bil­ den. Eine Zwischen-Last 6 ist zum zwischenzeitlichen Aufnehmen von Strom an den Motor-Generator 3 ange­ schlossen.

Ein flüssigkeitsgekühlter Widerstand 7 ist über den Schalter 1 c mit dem Induktionsmotor 2 verbunden. Der Widerstand 7 weist einen Widerstandskörper zum Erzeugen von Joulescher Wärme und eine Kühlflüssigkeit für den Widerstandskörper auf. Der Induktionsmotor 2 ist mit einem (nicht gezeigten) Drehzahldetektor versehen.

Das Sherbius-System 8 ist über den Schalter 1 a an das elektrische Energieversorgungssystem P angeschlossen und versehen mit einem Gleichrichter/Transformator 8 a, der mit seinen Primärwicklungen an den Schalter 1 a angeschlossen ist, einem Thyristor-Gleichrichter 8 b, der an die Sekundärwicklungen des Gleichrichter/Trans­ formators 8 a angeschlossen ist, und einem Dioden- Gleichrichter 8 d, der über einen Gleichstromunter­ brecher 8 c bezüglich der Durchlaßrichtung umgekehrt und parallel zu dem Thyristor-Gleichrichter 8 b geschaltet und über den Schalter 1 b mit dem Induktionsmotor 2 verbunden ist. Das Sherbius-System 8, der Induktions­ motor 2 und der Widerstand 7 bilden eine Steuerungs­ vorrichtung zum Steuern der Drehzahl des Motor-Gene­ rators 3.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 ge­ zeigten Generatorsteuerungsvorrichtung erläutert. Der Antrieb des Motor-Generators 3 ist in dem Bereich von null bis zur untersten Nutzdrehzahl durch den Induk­ tionsmotor 2 und den Widerstand 7 und in dem Bereich von der untersten zur höchsten Nutzdrehzahl durch das Sherbius-System 8 und den Induktionsmotor 2 gesteuert.

Wenn der Motor-Generator 3 in dem Bereich von null bis zu seiner untersten Nutzdrehzahl anläuft, ist der Schalter 1 d eingeschaltet, und die Schalter 1 a, 1 b und 1 c sind ausgeschaltet, so daß das elektrische Energie­ versorgungssystem P dem Induktionsmotor 2 Strom zu­ führt, der Induktionsmotor 2 folglich angetrieben wird und dadurch der Motor-Generator 3 beschleunigt wird. Anschließend sind die Schalter 1 a und 1 b eingeschaltet und die Schalter 1 c und 1 d ausgeschaltet, um den An­ trieb des Motor-Generators 3 zu steuern, bis er seine Nenn-Drehzahl erreicht hat (unterhalb der Höchstdreh­ zahl). In diesem Fall führt das elektrische Energie­ versorgungssystem P dem Induktionsmotor 2 über das Sherbius-System 8 Energie zu, um den Induktionsmotor 2 so zu steuern, daß der Motor-Generator 3 über das Sher­ bius-System 8 und den Induktionsmotor 2 beschleunigt wird.

Der von dem Sherbius-System 8 bei seiner Nenn-Drehzahl gesteuerte Motor-Generator 3 gibt Strom an die Zwischen-Last 6 ab. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Zwischen-Last 6 der Strom zugeführt wird, wird Energie verbraucht, so daß die Drehzahl des Motor-Generators 3 abfällt. Folglich verringert sich die Drehzahl des koaxial mit dem Motor-Generator 3 gekoppelten Induk­ tionsmotors 2. Wenn der (nicht gezeigte) Drehzahl­ detektor einen Abfall der Drehzahl des Induktionsmotors 2 ermittelt, beschleunigt das Sherbius-System 8 den Induktionsmotor 2, wobei der Zwischen-Last 6 kein Strom zugeführt wird; dadurch wird die Drehzahl des Induk­ tionsmotors 2 auf die Nenn-Drehzahl zurückeingestellt.

Wenn der Motor-Generator 3 ausläuft, werden das Sher­ bius-System 8 und der Induktionsmotor 2 zur Verzögerung des Motor-Generator 3 verwendet, bis dessen Drehzahl den Betrag der geringsten Nutzdrehzahl erreicht. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Drehzahl gleich der geringsten Nutzdrehzahl geworden ist, ist der Schalter 1 b ausge­ schaltet und der Schalter 1 c eingeschaltet, so daß die Antriebssteuerung durch das Sherbius-System 8 auf die durch den Widerstand 7 bestimmte Steuerung umgeschaltet wird. Die durch Rotation des Motor-Generators 3 und des Schwungrades 4 konservierte Energie wird als Joulesche Wärme im Widerstand 7 verbraucht, wobei sich die Dreh­ zahl des Motor-Generators 3 weiterhin verringert, bis der Motor-Generator 3 schließlich zum Stillstand gelangt.

Die erläuterte herkömmliche Generatorsteuerungsvor­ richtung enthält das Sherbius-System 8, den Widerstand 7 und den Induktionsmotor 2. Folglich entsteht beim Steuern des Motor-Generators 3 das Problem, daß das Steuern durch Umschalten vom Sherbius-System 8 auf den Widerstand 7 bzw. umgekehrt erfolgen muß. Ferner wird, wenn der Motor-Generator 3 angehalten werden soll und zu diesem Zweck seine Drehzahl verlangsamt wird, die gespeicherte Energie von dem Widerstand 7 verbraucht, wodurch nachteiligerweise elektrische Energie verloren­ geht.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Generator­ steuerungsvorrichtung zu schaffen, die den Betrieb des Motor-Generators steuert, ohne daß während dieses Vor­ gangs ein Schalten erfolgt.

Zur Lösung der Aufgabe ist eine Vorrichtung vorgesehen, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Die erfindungsgemäße Generatorsteuerungsvorrichtung ist mit einer Thyristor-Steuereinrichtung versehen. Die Thyristor-Steuereinrichtung steuert den Antrieb des Motor-Generators, bis die Drehzahl, ausgehend von null (Anlaufzustand), den höchsten Betrag erreicht hat. Zudem wird beim Auslaufen des Motor-Generators die im Motor-Generator gespeicherte Energie in ein elektri­ sches Energieversorgungssystem zurückgeführt.

Bei der Generatorsteuerungsvorrichtung nach der Erfin­ dung wird die im Motor-Generator gespeicherte Energie, während der Motor-Generator zum Stillstand kommt, in ein elektrisches Energieversorgungssystem zurückgespeist. Durch diese Zurückspeisung der gespeicherten Energie wird unnötiger Energieverlust verhindert.

Die erfindungsgemäße Generatorsteuerungsvorrichtung benötigt weder einen Induktionsmotor noch einen Wider­ stand.

Die erfindungsgemäße Generatorsteuerungsvorrichtung ist mit einem Schwungrad versehen, das zusammen mit dem Motor-Generator rotiert, wodurch der Betrag der in das elektrische Energieversorgungssystem rückspeisbaren gespeicherten Energie vergrößert wird.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild der herkömmlichen Generator­ steuerungsvorrichtung und

Fig. 2 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen Generator­ steuerungsvorrichtung.

Die erfindungsgemäße Generatorsteuerungsvorrichtung weist die in Fig. 2 gezeigte Schaltung auf. Die Vor­ richtung ist versehen mit einem elektrischen Energie­ versorgungssystem P, Schaltern 1 a und 1 b, einem Motor- Generator 3, einem Schwungrad 4, einer Erregerspule 5 und einer Zwischen-Last 6.

Fig. 2 zeigt ferner eine Thyristor-Steuereinrichtung 10 zum Steuern der Drehzahl des Motor-Generators 3. Die Thyristor-Steuereinrichtung 10 ist versehen mit einem Transformator/Gleichrichter 10 a, der mit seinen Primär­ wicklungen angeschlossen ist an den Schalter 1 a, einem Normal-Thyristorwandler 10 b (im folgenden Wandler ge­ nannt), der an die Sekundärwicklungen des Transfor­ mator/Gleichrichters 10 a angeschlossen ist, einer Gleichstrom-Reaktanzspule 10 c, einem Inversions- Thyristorwandler 10 d (im folgenden als Inverter be­ zeichnet), der über die Gleichstrom-Reaktanzspule 10 c in Durchlaufrichtung umgekehrt und parallel zu dem Wandler 10 b geschaltet ist, und einer Wechselstrom- Reaktanzspule 10 e, die an den Inverter 10 d angeschlos­ sen ist. Die Gleichstrom-Reaktanzspule 10 c ist zwischen der Kathode des Wandlers 10 b und der Anode des Inver­ ters 10 d geschaltet, wobei die Anode des Wandlers 10 b und die Kathode des Inverters 10 d direkt miteinander verbunden sind. Die Wechselstrom-Reaktanzspule 10 e, die als Ausgangsanschluß der Thyristor-Steuereinrichtung 10 dient, ist über den Schalter 1 b an den Motor-Generator 3 angeschlossen.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 2 ge­ zeigten Generatorsteuerungsvorrichtung erläutert. Die Schalter 1 a und 1 b sind normalerweise eingeschaltet, wobei der Antrieb des Motor-Generators 3 normalerweise von der Thyristor-Steuereinrichtung 10 unabhängig von dessen Drehzahl gesteuert wird.

Wenn der Motor-Generator 3 anläuft, wird die Drehzahl des Motor-Generators 3 durch einen von dem Energie­ versorgungssystem P über die Thyristor-Steuereinrich­ tung 10 zugeführten Strom auf die Nenn-Drehzahl erhöht, bei deren Erreichen die Steueranschlüsse des Wandlers 10 b und des Inverters 10 d so gesteuert werden, daß die Anodenseite des Wandlers 10 b und die Kathodenseite des Inverters 10 d auf negativem Potential gehalten werden und die Kathodenseite des Wandlers 10 b ein geringfügig höheres Potential aufweist als die Anodenseite des Inverters 10 d. Somit erfolgt die Energiezufuhr aus dem elektrischen Energieversorgungssystem P zum Motor- Generator 3 durch den Transformator/Gleichrichter 10 a, den Wandler 10 b, die Gleichstrom-Reaktanzspule 10 c, den Inverter 10 d und die Wechselstrom-Reaktanzspule 10 e.

Wenn die Drehzahl des Motor-Generators 3 aufgrund der vom Motor-Generator 3 ausgehenden Energiezufuhr an die Zwischen-Last 6 verringert wird, wie es auch bei der herkömmlichen Vorrichtung der Fall ist, wird der Motor- Generator 3 beschleunigt, wobei kein Strom an die Zwischen-Last 6 abgegeben wird, und auf diese Weise wird die Nenn-Drehzahl wiederhergestellt.

Zum Anhalten des Motor-Generators 3 werden die Steuer­ anschlüsse des Wandlers 10 b und des Inverters 10 d der­ art umgeschaltet und gesteuert, daß die Kathodenseite des Wandlers 10 b und die Anodenseite des Inverters 10 d ein negatives Potential aufweisen und das Potential an der Kathodenseite des Inverters 10 d geringfügig höher eingestellt wird als das Potential an der Anodenseite des Wandlers 10 b. Folglich wird die durch Rotation des Motor-Generators 3 und des Schwungrades 4 gespeicherte Energie an das elektrische Energieversorgungssystem P zurückgeführt, und zwar durch die Wechselstrom-Reak­ tanzspule 10 e, den Inverter 10 d, die Gleichstrom- Reaktanzspule 10 c, den Wandler 10 b und den Transfor­ mator/Gleichrichter 10 a.

Somit wird der Motor-Generator 3 einem Bremsvorgang zur Energierückführung ausgesetzt, so daß die gespeicherte Energie durch das elektrische Energieversorgungssystem P anderen (nicht gezeigten) Lasten zugeführt wird, ohne nutzlos verbraucht zu werden.

Diese Ausführungsform ist beispielhaft anhand eines Schwungrad-Generators beschrieben worden, jedoch läßt sich die beschriebene Vorrichtung auch für einen üb­ lichen Motor-Generator verwenden, der nicht mit einem Schwungrad versehen ist. In diesem Fall wird die ge­ speicherte Energie um den Betrag der Rotationsenergie des Schwungrades reduziert, wobei allerdings der gleiche Effekt erzielt wird. Ferner ist die Vorrichtung auch für andere Arten der Drehzahlsteuerung anwendbar.

Claims (6)

1. Generatorsteuerungsvorrichtung zum Steuern eines an ein elektrisches Energieversorgungssystem (P) ange­ schlossenen Motor-Generators (3), dadurch gekennzeichnet, daß eine Thyristor-Steuereinrichtung (10) den Motor- Generator (3) steuert und, während der Motor-Generator (3) zum Stillstand kommt, im Motor-Generator (3) ge­ speicherte Energie in das elektrische Energieversor­ gungssystem (P) zurückführt.

2. Generatorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuerein­ richtung (10) versehen ist mit einem Wandlungstrans­ formator (10 a), der an das elektrische Energieversor­ gungssystem (P) angeschlossen ist, einem Normal- Thyristorwandler (10 b), der an den Wandlungstrans­ formator (10 a) angeschlossen ist, und einem Inver­ sions-Thyristorwandler (10 d), der parallel und in Durchgangsrichtung entgegengesetzt zu dem Normal- Thyristorwandler (10 b) geschaltet ist.

3. Generatorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuer­ einrichtung (10) versehen ist mit einer Gleichstrom- Reaktanzspule (10 c), die zwischen dem Normal-Thyristor­ wandler (10 b) und dem Inversions-Thyristorwandler (10 d) geschaltet ist, und mit einer Wechselstrom-Reaktanz­ spule (10 e), die an den Inversions-Thyristorwandler (10 d) angeschlossen ist.

4. Generatorsteuerungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor-Steuereinrichtung (10) in die Energieversor­ gungsleitung zwischen dem elektrischen Energieversor­ gungssystem (P) und dem Motor-Generator (3) geschaltet ist.

5. Generatorsteuerungsvorrichtung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor-Generator (3) mit einem Schwungrad (4) versehen ist, das zusammen mit dem Motor-Generator (3) rotiert.

6. Generatorsteuerungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor-Generator (3) magnetisch mit einer Erregerspule (5) gekoppelt ist.