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Gleichstromantrieb für stoßweise Belastung, insbesondere für schwere
Umkehr-Walzwerke und Fördermaschinen Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstromantrieb
für stoßweise Belastung, beispielsweise für Umkehr-Walzwerke, Fördermaschinen u.
dgl. Bei solchen Antrieben besteht die Schwierigkeit, daß die Belastungsstöße auf
das speisende Netz übertragen werden, wodurch die übrigen an das Netz angeschlossenen
Verbraucher durch das Absinken der Netzspannung unzulässig beeinflußt werden. Diese
Schwierigkeit wird bei Verwendung des bekannten Ilgnerumformers in der in Fig. r
der Zeichnung dargestellten Anordnung vermieden, in der K die Kesselanlage, DT die
Dampfturbine, TG den Turbogenerator, S die Sammelschienen, JM den Ilgnermotor,
SR das Schwungrad, G den Steuergenerator und M den Antriebsmotor bezeichnen. Diese
Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie einen verhältnismäßig geringen Gesamtwirkungsgrad
besitzt und hohe Anschaffungskosten erfordert.
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In neuerer Zeit werden Stromrichter zur Speisung von Gleichstrommotoren
verwendet, die bei stark herabgesetzten Anschaffungskosten einen höheren Wirkungsgrad
und eine bessere Steuerfähigkeit, insbesondere beim schnellen Umsteuern von einer
Drehrichtung auf die andere, besitzen. Bei Anwendung von Stromrichtern zur Speisung
von
Gleichstrommotoren für stoßweise Belastung in der in Fig. 2 dargestellten Anordnung,
bei der der Ilgnerumformer nach Fig. r durch den Stromrichter St und den Transformator
T ersetzt ist, werden aber alle Belastungsstöße auf das speisende Netz übertragen.
Es sind zwar bereits Vorschläge gemacht worden, um beispielsweise durch parallel
geschaltete Sch%vungrad-Puffermaschinen od. dgl. diese Belastungsstöße auszugleichen,
der Vorteil des hohen, Wirkungsgrades der Stromrichter geht dabei jedoch ganz oder
zum größten Teil wieder verloren, weil solche getrennt arbeitende Pufferanlagen
zu hohe Verluste bedingen. Betreibt man Umkehrstromrichteranlagen ohne besonderen
Belastungsausgleich gemäß Fig. 2 aus großen Kraftwerken, so sind die Wirklaststöße
meistens tragbar, und nur die Blindleistungsstöße erzeugen unerwünschte Rückwirkungen
infolge der durch die Netzreaktanzen entstehenden starken Spannungsabfälle.
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In denjenigen Fällen jedoch, wo nur schwache Kraftwerke zur Verfügung
stehen, spielen auch die Wirklaststöße noch eine große Rolle. Um diese aufzunehmen,
muß man große und überlastungsfähige Maschineneinheiten aufstellen, die hohe Anschaffungskosten
verursachen und umwirtschaftlich arbeiten. Das gleiche gilt für die Kesselanlagen.
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Durch die Erfindung sollen die vorerwähnten Schwierigkeiten vermieden
werden. Ausgehend von der Tatsache, daß große Energiemengen, wie sie beim Betrieb
schwerer Walzwerke, Fördermaschinen u. dgl. stoßweise verlangt werden, praktisch
bei umlaufenden Maschinen nur durch schnell laufende Stahlschwungräder geliefert
werden können, muß an Stelle des Stromrichtertransformators -ein umlaufendes Übertragungselement
treten, das die vom Kraftwerk gelieferte Energie in Drehstrom umformt und dem Stromrichter
zuführt.
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Solche Anlagen sind auch bereits bekanntgeworden, wobei als Antriebsmotor
für den Schwungradumformer ein Synchron- oder Asynchronmotor vorgesehen ist (s.
Fig.3), dessen Drehzahl zur Energieabgabe des Schwungrades selbsttätig in Abhängigkeit
von der Belastung geregelt wird. Das Kraftwerk ist hierbei zwar von allen Laststößen
befreit und arbeitet daher wirtschaftlich, der Gesamtwirkungsgrad einer solchen
Anlage ist aber erheblich schlechter als der einer nach Fig.2 ausgeführten Umkehrstromrichteränlage,
welche unmittelbar von den Sammelschienen eines Kraftwerks gespeist wird; denn während
bei letzterer die Energie dreimal umgeformt wird, nämlich zweimal im Turbogenerator
TG des Kraftwerkes und einfinal im Stromrichter ST, erfordert die Anlage nach Fig.3
eine fünfmalige Energieumformung, nämlich zweimal im Turbogenerator TG des
Kraftwerkes, einmal im AntriebsmotorJM des Schwungradgenerators, dann im Schwungradgenerator
(Synchrongenerator SG) selbst und. schließlich im Stromrichter ST. Auch sind die
Anscha_ ffungs-' kosten hoch.
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Die Erfindung sieht daher vor, das aus Drehstromgenerator und Schwungrad
bestehende Pufferaggregat unmittelbar mit einer Dampfturbine zu kuppeln, die aus
der Kesselanlage des Kraftwerkes betrieben und deren Drehzahl zur Energieabgabe
des Schwungrades selbsttätig in Abhängigkeit von der Belastung geregelt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. q. dargestellt.
Der Gleichrichtertransformator ist hier ebenfalls durch einen SynchrongeneratorSG
mit Schwungrad SR ersetzt. Deren Antrieb erfolgt über ein Zahnradvorgelege ZV unmittelbar
durch eine Dampfturbine DT1, die für sehr hohe, Drehzahl und günstigen Dampfverbrauch
ausgelegt werden kann. Die Turbine DT1 ist nur für die mittlere Leistung des Walz-
oder Fördermotors M bemessen und beansprucht auch die Kesselanlage K entsprechend
günstig, die auch nur für diese Mittelleistung berechnet zu werden braucht. Da die
Turbine DT1 . unabhängig von der Kraftwerksturbine DT läuft, kann ihre Drehzahl
geregelt werden, wie dies zur Energieabgabe der mit ihr gekuppelten Schwungmassen
erforderlich ist.
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Die Anordnung nach der Erfindung vereinigt alle Vorteille der bekannten
Anordnungen, ohne deren Nachteile zu besitzen. Bei geringen Anschaffungskosten wird
ein hoher Gesamtwirkungsgrad erzielt, weil ebenso wie bei einer unmittelbar von
den Sammelschienen eines Kraftwerkes gespeisten Stromrichteranlage nur eine dreimalige
Energieumformung erfolgt. Die Belastungsschwankungen sind ausgeglichen, und das
Kraftwerk wird nicht mit Blindlaststößen beansprucht.
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Man kann die Wirtschaftlichkeit einer Anlage nach der Erfindung noch
weiter erhöhen, wenn man mit der Dampfturbine DT1 außer dem Schwungradgenerator
SG einen zweiten Generator kuppelt, der parallel auf das Kraftwerknetz arbeitet,
so daß die Turbine DT1 dauernd mit einer bestimmten Grundlast belastet ist. Die
Turbine muß in diesem Fall mit konstanterDrehzahl laufen, und um hierbei eine Drehzahlregelung
des Schwungradgenerators SG zu ermöglichen, schaltet man zwischen Turbine DT1 und
Schwungradgenerator SG eine der an sich bekannten hydraulischen Schlupfkupplungen
ein.
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Sind mehrere unabhängig voneinander arbeitende Walz- oder Fördermotoren
in ein und derselben Anlage zu betreiben, so können durch, Kuppeln der einzelnen
hierfür erforderlichen Wechselstromerzeuger mit einer einzigen Dampfturbine und
einer gemeinsamen Schwungmasse eine Verbilligung und eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit
erreicht werden, da erfahrungsgemäß die Belastungsspitzen sowie die Leerlaufperioden'
der angeschlossenen Antriebsmotoren nie zusammenfallen, wodurch der Wirkungsgrad
der ganzen Energieübertragung weiter erhöht wird. Außerdem können die Schwungräder
kleiner gewählt werden, wodurch die Anlagekosten und Leerlaufverluste sich vermindern.