DE636628C

DE636628C - Anordnung zum Parallelbetrieb zwischen Wechselstromsynchronmaschinen und Wechselrichtern

Info

Publication number: DE636628C
Application number: DEA64298D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gustav Reinhardt
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-12-01
Filing date: 1931-12-01
Publication date: 1936-10-15

Description

Bei Frequenzumformungen mittels gittergesteuerter Entladungsgefäße, vorzugsweise solcher mit Dampf- oder Gasfüllung, bei denen die Energielieferung über einen Gleichstromzwischenkreis erfolgt, dienen im allgemeinen im Sekundärnetz vorhandene Synchronmaschinen als Taktgeber, d. h. diese Maschinen bestimmen Frequenz· und Spannungskurve des Netzes und führen als Strom

to die Differenz zwischen dem vom Wechselrichter gelieferten Strom und dem von der Belastung aufgenommenen Strom. Dieser . Ausgleichsstrom ist kein Wirkstrom, sondern ein Blindstrom, der außer der Grundwelle auch die der Verzerrung entsprechenden Harmonischen enthält. Besondere Bedeutung hat diese Art von Frequenzumformung für die Umformung von Drehstrom von beispielsweise 50 Hz in Einphasenstrom von bei-

ao spielsweise i6²/₃ Hz. Diese häufig als Führermaschinen bezeichneten Synchronmaschinen können nun leer laufen, d. h. als Phasenschieber wirken, oder sie können einen bestimmten Lastanteil übernehmen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt nun die Aufteilung der Belastung zwischen Wechselstromsynchronmaschinen und Wechselrichtern in der Weise, daß bei voller Belastung und dem zugehörigen Leistungsfaktor die Größe der Synchronmaschinen, 3" d. h. ihre gesamte Typenleistung, angenähert gleich dem Minimalwert ist.

Für die Erläuterung des Erfindungsgedankens möge der Fall zugrunde gelegt werden, bei dem ein Einphasenstromnetz durch eine Wechselstrommaschine und einen Wechselrichter .gespeist wird. Es sei weiterhin unveränderliche Belastung im Wechselstromnetz angenommen. Übernimmt nun der Wechselrichter einen bestimmten Betrag S_n, der gesamten Scheinleistung und leitet man den Kommutierungs vor gang 30 ° vor dem Nulldurchgang der Wechselspannung ein, so muß die Wechselstrommaschine außer dem erforderlichen Wirkleistungsanteil auch einen aus Grundwelle und Harmonischen bestehenden Blindstrom übernehmen. Die so errechnete Scheinleistung der Maschine sei S_m. Ergänzend sei noch vorausgesetzt, daß die Pulsationen des dem Wechselrichter zugeführten Gleichstromes derart klein sind, daß ihr Einfluß vernaehlässigbar klein ist. In Abb. 1 der Zeichnung ist ein die Beziehung zwischen S_n, und S_1n erläuterndes Diagramm angegeben, aus dem hervorgeht, daß für die Wechselrichterleistung Null die Maschine für die volle, vom Wechselstromnetz angeforderte Scheinleistung bemessen sein muß, wobei die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Gustav Reinhardt in Berlin.

erforderliche Wirkleistung entsprechend an der Welle zugeführt werden muß. Es wird dann die Scheinleistung der Maschine gerin-, ger, wenn der Wechselrichter einen Teil dS Leistung übernimmt, bis nach einem aus§j prägten Minimum die Typenleistung. infolgj| des stärkeren Einflusses des Verzerrungsf stromes wieder höhere Werte annimmt. Für beide Belastungsfälle des Wechselstromnetzes, sowohl für den Leistungsfaktor L=I als auch für L = 0,7 nacheilend, sind nun die Punkte A und B eingezeichnet, bei denen die Maschine reine Pendelleistung liefert, d. h. mit Wirkleistung nicht belastet ist. Diese Punkte entsprechen der Annahme, daß die volle Wirkleistung vom Wechselrichter geliefert wird. Sie werden gewonnen unter Berücksichtigung der oben gemachten Voraussetzung eines Kommutierungsvoreilwinkeis von 30 ° und einer praktisch rechteckförmigen Stromkurve (Verzerrungsfaktor 0,9). Im Diagramm stellen nun die Abschnitte rechts von -den Punkten reiner Blindleistung den Betriebszustand dar, bei dem Wirkleistung von der Welle abgenommen werden kann (die Maschine arbeitet also als Motor), während die Abschnitte links für Leistungszufuhr an die Welle der Führermaschine, die dann als Generator wirkt, gelten. Das Minimum der Maschinenscheinleistung wird nun nach dem Diagramm dann erreicht, wenn die Gesamtleistung sich in einem bestimmten Verhältnis auf Synchronmaschine und Wechselrichter aufteilt. Man kann diese zusätzliche Leistung der Führermaschine nun durch einen besonderen Antriebsmotor zuführen; es läßt sich aber auch der Führermaschine selbst diese Leistung gemäß einer Weiterbildung der Erfindung zuführen, die nachstehend beschrieben werden soll. Vorzugsweise kommt diese Maßnahme für Speisung von Einphasennetzen in Frage. Die im allgemeinen leeren Nuten der Führermaschine F (meist ein Drittel der Nutenzahl) werden mit einer Wicklung versehen, auf die ein zweiter, von dem Hauptwechselrichter W₁ unabhängiger Wechselrichter W₂ arbeitet (vgl·. Abb. 2). Diese Hilfswicklung nimmt motorisch die Leistung auf, die generatorisch von der Hauptwicklung abgegeben wird · und mit der Leistung des Wechselrichters W^ zusammen die Wirkleistung für das Netz N liefert. Stehen, wie es im allgemeinen bei Einphasenmaschinen der Fall ist, ein Drittel der Nuten leer, dann reicht der Platz für eine Hilfswicklung aus, die so viel Leistung liefert, daß die Typenleistung der Maschine ein Minimum , wird. Für die Dimensionierung können jedoch, wie später gezeigt wird, noch andere Gesichtspunkte maßgebend sein.

Die Gegenspannung für den Wechselrichter W₂ ist in ihrer Phasenlage um 90 ° : gegen die Spannung des Wechselrichters W₁ ^,yerschoben. Beide Wicklungen bilden dem-.jäigiih ein Zweiphasensystem, das wie ein MehriÜjifiasensystem im Gegensatz zum Einphasen-Ssystem, dessen Leistung mit dem Quadrat des Sinus schwankt, bei gleichen Phasenströmen durch einen annähernd konstanten Leistungsfluß gekennzeichnet ist. Kombiniert man also beide Wechselrichter miteinander, indem man die Drosselspulen miteinander magnetisch verkettet (vgl. Abb. 3), so wird die Pufferleistung der Drosselspulen D₁, D₂ geringer, d. h. sie kann kleiner bemessen werden. Die Pulsationen im Gleichstromkreis erfolgen beim Einphasensystem mit der doppelten, beim Zweiphasensystem mit der vierfachen Frequenz des Einphasennetzes. Der Leistungsfaktor der primärenDrehstrombelastung wird dadurch entsprechend verbessert.

Wie sich aus den Ausführungen des letzten Absatzes ergibt, ist es unter Umständen vorteilhaft, die Wirkleistung auf die beiden Wechselrichter gleichmäßig zu verteilen, wodurch sich besonders günstige Bedingungen, beispielsweise für die Drosselspule, ergeben.' Diese Bedingung scheint zunächst nicht in unmittelbarem Zusammenhang mit dem Erfmdungsgedanken zu stehen. Es läßt sich aber zeigen, daß durch Verringerung der Belastung des Wechselrichters W₁, d. h. Vergrößerung der Belastung des Wechselrichters W₂, bis beide Wechselrichter annähernd gleich belastet sind, die Kommutierungsdauer, während der ja die Klemmenspannung der Maschine annähernd Null ist, verkleinert wird, so daß infolgedessen die Typenleistung der Maschine weiter verkleinert wird. Dabei ergibt sich beispielsweise, daß bei gleichmäßiger Verteilung der Wirkleistungen auf beide Wechselrichter die Typenleistung der Maschine bei einem Leistungsfaktor L = 0,7 um etwa 20 °/₀ kleiner ge-105 halten werden kann. Man wird daher bei Anwendung eines zweiten Wechselrichters die Wirkleistungen auf die beiden Wechselrichter derart verteilen, daß auch unter Berücksichtigung der kleineren Kommutierungsblindleistung der absolut kleinste Wert für die Bemessung der Typenleistung der Führermaschine zugrunde gelegt wird.

Claims

Patentansprüche:

i. Anordnung zum Parallelbetrieb zwischen Wechselstromsynchronmaschinen und Wechselrichtern, die mit gittergesteuerten Dampf- oder Gasentladungsgefäßen arbeiten, insbesondere einphasigen Wechselrichtern, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die Aufteilung der Belastung zwischen Maschinen und Wechselrichtern in der Weise erfolgt, daß bei voller Belastung und dem zugehörigen Leistungsfaktor, die Größe der Synchronmaschinen, d. h. ihre Typenleistung, angenähert gleich dem Minimalwert ist. - -
2. Anordnung nach Anspruch i, insbesondere zur Speisung von Einphasennetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die generatorisch von der Synchronmaschine abgegebene Wirkleistung durch einen zweiten Wechselrichter (W₂) einer zweiten Wicklung der Synchronmaschine zugeführt wird.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wechselrichter (W₂) mit 90 ° Phasenverschiebung gegen den Hauptwechselrichter (W₁) gesteuert wird.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wicklung in den normalerweise bei Einphasenmaschinen vorhandenen leeren Nuten angeordnet ist.
5. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Netz (N) erforderliche Wirkleistung annähernd zu gleichen Teilen von den beiden Wechselrichtern geliefert wird.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Verkleinerung die beiden Gleichstromdrosselspulen (D₁, D₂) der beiden Wechselrichter magnetisch miteinander verkettet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteilung der Wirkleistung auf die beiden Wechselrichter derart erfolgt, daß auch unter Berücksichtigung der kleiner werdenden Kommutierungsblindleistung der absolut kleinste Wert für die Bemessung der Typenleistung der Synchronmaschine (F) zugrunde gelegt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen