DE648067C - Verfahren zur Energieuebertragung zwischen Netzen verschiedener Frequenz und Phasenzahl - Google Patents

Description

Es ist bereits bekanntgeworden, mit Hilfe ruhender Apparate mehrphasigen Wechselstrom in Wechselstrom anderer Phasenzahl und Frequenz umzuwandeln und hierbei als Zwischenstufe Gleichstrom zu erzeugen. Die Frequenzwandlung geht also so vor sich, daß aus einem Mehrphasennetz, beispielsweise der Frequenz 50, durch einen Gleichrichter Gleichstrom erzeugt und dieser Gleichstrom einem zweiten Satz, bestehend aus Transformator und Wechselrichter, zugeführt wird, der dann die durch den Gleichstrom überführte Energie als Wechselstrom an ein anderes Netz mit anderer Frequenz weitergibt. Auch wurde schon angegeben, daß hierbei auch die Phasenzahl beliebig geändert werden kann, daß man also z. B. auf diese Weise von Drehstrom auf sonstigen Mehrphasenstrom oder Einphasenstrom übergehen kann.

Soweit durch diese bekannten Anordnungen Wirkleistung von einem Netz in das andere überführt wird, sind diese Anordnungen einwandfrei; wenn indessen auf der empfangenden Seite Blindleistung verlangt wird, so gestaltet sich das Energiespiel nur dann einfach, wenn auf der Wechselstromseite eine zur Blindleistungslieferung fähige Maschine oder ein Energiespeicher, ζ. B. ein.

Kondensator, vorhanden ist. Ist beides nicht vorhanden, so ist eine Belieferung des Wechselstromnetzes mit Blindstrom nicht ohne weiteres möglich, weil im allgemeinen aus einer Gleichstromquelle Blindleistung nicht entnommen werden kann. Die Blindleistungslieferung geht, wie aus der Wechselstromtechnik bekannt ist, so vor sich, daß damit immer ein Energieaustausch verbunden ist, wie z. B. in dem bekannten Schwingungskreis, bestehend aus einer Drosselspule und einem Kondensator, bei dem die gesamte Energie einmal in der Drosselspule aufgespeichert ist, das andere Mal im Kondensator, und die Energie zwischen diesen beiden Energiespeichern hin und her flutet. Würde der den neuen Mehr- oder Einphasenstrom abgebende Wechselrichtersatz, der an sich zur Übertragung von Blindleistung fähig sein möge, von einer reinen Gleichstromquelle gespeist werden, wie z. B. einer Batterie, so würde ein derartiges Energiespiel zwischen der Batterie und dem die Blindleistung fordernden Netz nicht möglich sein, weil die Batterie aus chemischen Gründen nicht in der Lage wäre, den raschen Schwankungen. der hin und her flutenden Energie etwa durch Änderung der Ladung ihrer Platten nachzukommen. Würde die Batterie

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

, Dr.-Ing. e. h.-Moritz Schenkel in Berlin-Charlottenburg.

durch eine Gleichstrommaschine ersetzt werden, so würde schon eher eine Möglichkeit eines. Energiespiels vorhanden sein, weil elektrische Gleichstrommaschinen immer gewisse Induktivitäten enthalten, und 'ds. könnte so eingerichtet werden, daß die EnerV gie zwischen den Induktivitäten dieser Maschine und den Induktivitäten des Netzes zum Hinundhergehen gebracht würde. Man to erkennt indessen sofort, daß auch hier die .Möglichkeit, auf diese Weise Blindleistungsbedarf des neu zu speisenden Netzes zu decken, nicht besonders groß ist, weil naturgemäß die Induktivitäten in der stromerzeugenden Gleichstrommaschine im allgemeinen nicht hinreichen würden, den Induktivitätsbedarf des Netzes zu decken. Wenn indessen erfindungsgemäß der Gleichstrom durch steuerbare Gleichrichter erzeugt wird, so ergeben sich weitere Möglichkeiten, die Blindleistung auf der Wechselstromseite, die mit neuer Frequenz und Phasenzahl versorgt werden soll, zu regeln, und zwar deshalb, weil im Gegensatz zu .Gleichstrombatterien oder Gleichstrommaschinen der steuerbare Gleichrichter in der Lage ist, in beliebig kurzer Zeit auf Steuereinflüsse anzusprechen und demgemäß Leistungen in solchen Takten abzugeben, wie sie durch die Frequenz des neu zu speisenden Netzes oder Vielfache davon verlangt werden, Eigenschaften, die Maschinen und Batterien an sich zwar auch besäßen, die aber infolge der dann immer erforderlichen, mit Trägheiten behafteten J5 mechanischen oder magnetischen Regeleinrichtungen nicht zur Auswirkung kommen können. Allerdings ist zu beachten, daß der zu überführende Gleichstrom durch die im folgenden zu beschreibenden Maßnahmen niemals null oder gar negativ werden darf, weil der speisende Gleichrichter natürlich keinen Rückstrom führen kann. Auch hier ist also die Beeinflussung der sekundären Blindleistung an ein gewisses Grenzmaß gebunden. Die Erfindung besteht im folgenden: Es sei angenommen, daß eine gewisse Wirkleistung von einem Netz in ein anderes überführt wird und daß das neu zu speisende Netz einen gewissen Blindleistungsbedarf besitzt, der sich seinem Wirkleistungsbedarf überlagert. Es sei weiterhin angenommen, daß in dem gespeisten Wechselstromnetz keinerlei Energiespeicher oder Maschinen vorhanden seien, die zur Abgabe von Blindstrom imstande sind. Eine Zünd- und Löschführung für den Wechselrichter muß dagegen vorhanden sein. Betrachtet man nun eine Wechselstromhalbperiode einer Phase des zu speisenden Netzes, so wird also während der Halbperiode der Phasenspanming in der Phase ein mit ihr gleichphasig liegender Strom durch den Steuerstromrichter geliefert werden, welcher aus der Gleichstromseite bezogen wird. Dieser Strom ,braucht nicht unbedingt völlig konstant zu sein. Er ergibt aber mit der. Spannung

• jedenfalls in dieser Halbperiode beständig eine positive Leistung. Wenn nun neben diesem Wirkstrom noch ein um 90⁰ phasenverschobener Blindstrom aus dieser betrachteten Phase verlangt wird, so würde dies, wenn man diesen Blindstrom für sich allein betrachtet, bedeuten, daß in der ersten Viertelperiode beispielsweise, wenn der Blindstrom nacheilend ist, eine Leistung in die Phase einströmt und in der zweiten .Viertelperiode dieselbe Leistung wieder ausströmt. Wäre' nur der Blindstrom von yo° Phasenverschiebung vorhanden, so würde dies bedeuten, daß hierfür Energiespeicher in der Phase vorhanden sein müßten, welche die einströmende Energie aufnehmen und nachher

• wieder abgeben können. Wenn aber gleich- . zeitig Wirkstrom abgegeben wird, so bedeuten diese Verhältnisse für die betreffende Phase weiter nichts, als daß in der ersten Viertelperiode die abgegebene Wirkleistung klein und in der zweiten Viertelperiode größer sein muß. Um dies zu bewerkstelligen, benötigt man keine Energiespeicher mehr, sondern man kann jetzt diese Energieschwankungen aus dem primären Netz über den Gleichrichter beziehen, indem man ihn so steuert, z. B. durch Spannungsreglung, daß die übertragene Leistung in der ersten Viertelperiode kleiner und in der zweiten Viertelperiode größer ist. Das Energiespiel wäre also etwa folgendes: In einer Viertelperiode liefert das speisende Netz über den Gleichrichter viel Gleichstrom und bewirkt dadurch die geforderte Abgabe von Wirkleistung, so wie z. B. die Aufladung von Induktivitäten. In der nächstfolgenden Viertelperiode 'wird seitens des speisenden Netzes weniger Energie in Form von Gleichstromenergie geliefert, und die Deckung der Wirkleistung erfolgt auf Seiten des abnehmenden Netzes aus den Energievorräten der Induktivitäten. Nachdem diese entladen sind, wiederholt sich das Spiel von neuem. Das gewünschte Energiespiel kann bei dem speisenden Gleichrichter dadurch bewirkt werden, daß eine Spannungsregelung in dem gewünschten Tempo auf elektrischem Wege erfolgt. Da zur Spannungsregelung im allgemeinen elektrische Steuerungen verwendet werden, so ist es ersichtlich, daß diese Spannungsregelung masselos durchgeführt werden und daher in der erforderlichen Geschwindigkeit vor sich gehen kann.

Zur Veranschaulichung dieser Vorgänge diene das auf der Zeichnung dargestellte

Schema. Die Steuerung des das Sekundärnetz speisenden Gleichrichters erfolge nach einem solchen Programm, daß sein Aussteuerungsgrad im ersten und im letzten Viertel jeder Wechselstromperiode groß, dagegen im zweiten und dritten Viertel niedrig ist. M sei der konstante Teil des zu liefernden Wirkstromes, mit I₁, i₃, %, I₇ sei der Momentanwert dieses Stromes in verschiedenen Zeitpunkten der Wechelstromperiode bezeichnet und mit i₂, i₄₎ i_B,' i_s die zugehörigen Momentanwerte des Lade- bzw. Entladestromes eines Energiespeichers (Drossel), welch 'letzterer Strom einen geradlinigen zeitlichen Anstieg aufweist. Dann ergeben sich für die aufeinanderfolgenden Viertelperioden folgende Verhältnisse:

1. Viertelperiode A-B: Lieferung von Wirkstrom I₁ + Ladestrom u für die Drossel.

Bei M₁ wird der Höchstwert der Stromlieferung erreicht.

2. Viertelperiode B-C: Lieferung von Wirkstrom i_s + Entladestrom i₄ der Drossel.

3. Viertelperiode G-D: Lieferung^ von Wirkstromi₅ — Entladestrom der Drossel; bei M₂ liegt der Geringstwert der Stromlieferung.

4. Viertelperiode D-E: Lieferung von Wirkstrom i₇ — Ladestrom i₈ der Drossel.

Die Grenzen der Wirksamkeit einer derarti-' gen Energieübertragung iiegen bei M₂ — ο und M₁ = 2 M.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ' i. Verfahren zur Energieübertragung ' mit Gleichstromzwischenkreis zwischen ^: »zwei Netzen verschiedener Frequenz und Phasenzahl mit Hilfe ruhender Apparate (Stromrichter), dadurch gekennzeichnet, daß zur Blindleistungsdeckung des zu speisenden Netzes durch die Steuereinrichtung des Primärgleichrichters eine Schwankung in der Energieübertragung derart" eingeführt wird, daß die Aufladung der Blindleistung erfordernden Apparate auf der Seite des zu speisenden Netzes durch den" speisenden Gleichrichter erfolgt, während die Entladung dieser Energiespeicher seitens des speisenden Gleichrichters dazu erzwungen wird, daß mittels der Steuervorrichtung des speisenden Gleichrichters der Wirkleistungsenergiebedarf des zu speisenden Netzes unterschritten wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiespiel durch die masselose Steuerung des speisenden Gleichrichters eingeleitet wird.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gleichrichter auf der speisenden und der Wechselrichter auf 'der empfangenden Seite durch ihre Steuerung an dem Ausmaß des Energiespiels beteiligen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen