ES2237170T3 - Dispositivo para el suministro de corriente sin interrupciones con una maquina electrica y un volante. - Google Patents
Dispositivo para el suministro de corriente sin interrupciones con una maquina electrica y un volante.Info
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Abstract
Un dispositivo para el suministro de tensión interrumpidamente, que lleva una máquina eléctrica que incluye un rotor y que puede hacerse funcionar como motor o como generador, estando conectada la máquina eléctrica a una carga que se ha de alimentar con corriente alterna sin intercalar un convertidor de frecuencia de frecuencia de entrada variable, un volante que está acoplado al rotor mediante medios de acoplamiento que presentan una relación de transmisión variable, y los medios de control para la trasmisión de los medios de acoplamiento, y los medios de control, por lo menos dentro de un cierto rango de la velocidad de rotación del volante mantienen constante la velocidad de rotación de la máquina eléctrica que se hace funcionar como generador mediante la energía cinética almacenada en el volante, incluyendo los medios de control una transmisión diferencial (5) que tiene tres ejes de entrada/salida (4, 6 y 8) y los medios de control incluyen una máquina auxiliar eléctrica (9) que se hacefuncionar como un motor y un freno regulable, que actúan sobre el tercer eje de entrada/salida (8) de la transmisión diferencial (5) que se caracteriza porque los medios de control están concebidos de tal manera que la máquina auxiliar (9) se hace funcionar también como un motor para alcanzar la velocidad de rotación final deseada del volante (7), cuando la máquina eléctrica (2) se hace funcionar como un motor.
Description
Dispositivo para el suministro de corriente sin
interrupciones con una máquina eléctrica y un volante.
La invención se refiere a un dispositivo para el
suministro de corriente sin interrupciones con una máquina eléctrica
que presenta un rotor, y que puede funcionar como motor o como
generador, que está unida con una carga que se ha de alimentar con
corriente alterna sin intercalar un convertidor de frecuencia que
presente una frecuencia de entrada variable, con un volante que está
acoplado al motor con un medio de acoplamiento que presenta una
relación de transmisión variable, y con los medios de control para
la relación de transmisión del medio de acoplamiento, que mantienen
constante la velocidad de rotación de la máquina eléctrica que
funciona como generador con la energía cinética almacenada en el
volante, por lo menos a lo largo de un rango de velocidad de
rotación del volante, presentando los medios de acoplamiento una
transmisión diferencial con tres ejes de entrada/salida y los medios
de control presentan una máquina auxiliar eléctrica que se puede
hacer funcionar como motor y un freno regulable, que atacan al
tercer eje de entrada/salida de la transmisión diferencial.
Dispositivo para el suministro de corriente sin
interrupciones, que generalmente y también aquí en la mayoría de los
casos se denominan como equipos SAI, y sirven para cubrir
especialmente los fallos de corta duración de una red de suministro
eléctrico, que normalmente se emplea para alimentar a una carga con
corriente alterna. Es un concepto conocido el que con la ayuda de la
red de suministro eléctrico, además de alimentar a la carga, se haga
funcionar una máquina eléctrica como motor, que lleva a un volante a
alcanzar una determinada velocidad de rotación y lo mantiene
continuamente a esta velocidad de rotación. Cuando falla la red, la
energía cinética almacenada en el volante se puede utilizar para
hacer funcionar la máquina eléctrica como generador, para alimentar
a la carga con corriente alterna. Entonces disminuye la energía
cinética del volante y con ello también de forma natural su
velocidad de rotación. En un acoplamiento rígido del volante con el
generador esto significa que debe preverse un convertidor de
frecuencia con frecuencia de entrada variable entre el generador y
la carga, para alimentar a la carga con una corriente alterna de
frecuencia constante. Al igual que un ondulador que debiera
conectarse tras una máquina de corriente continua como máquina
eléctrica, un convertidor de frecuencia de estas características es
un dispositivo complicado en el especialmente interesante nivel de
media tensión del orden de magnitud de 10.000 V, en el caso que deba
dimensionarse para grandes potencias, y por tanto para grandes
intensidades. Pero también en el dimensionamiento para grandes
potencias es extremadamente sensible frente a las corrientes de
cortocircuito.
Por eso es conocido el configurar un dispositivo
para la alimentación eléctrica sin interrupciones según el tipo
descrito al principio, en el que el volante no está acoplado
rígidamente al rotor de la máquina eléctrica, sino a través de un
medio de acoplamiento que presenta una relación de transmisión
variable. Con un suministro de corriente sin interrupciones conocido
concreto del tipo descrito anteriormente de la empresa HOLEC/HITEC
los medios de acoplamiento presentan un acoplamiento
electromagnético entre la máquina eléctrica y el volante. El
acoplamiento electromagnético permite que el volante se frene, sin
que se reduzca la velocidad de rotación de la máquina eléctrica que
funciona como generador. Con una configuración simple del
acoplamiento electromagnético esto es posible en la medida que la
velocidad de rotación del volante sea mayor que la velocidad de
rotación constante deseada del generador. En ese caso es necesario
que mediante otra vía de transmisión del par, el volante sea llevado
por la máquina eléctrica que funciona como motor hasta una velocidad
de rotación mayor que la velocidad de rotación de la máquina
eléctrica. Si el acoplamiento electromagnético también debe
posibilitar una relación de transmisión de elevación de la velocidad
de rotación de entrada, entonces la configuración del acoplamiento
electromagnético y la configuración de los medios de control
necesarios para ello resultan especialmente costosos.
A partir del estado de la técnica de los equipos
SAI es también conocido el prever para fallos de la red de más larga
duración una máquina motriz de combustión, para accionar a la
máquina eléctrica para que funcione como generador, cuando se ha de
cubrir un fallo de la alimentación eléctrica de larga duración. El
rotor de la máquina eléctrica está unido con el generador mediante
un acoplamiento de rueda libre o mediante un acoplamiento
desconectable. Cuando la máquina eléctrica no está conectada tras un
convertidor de frecuencia con frecuencia de entrada variable,
entonces la velocidad de rotación de la máquina motriz de combustión
ya debe haber alcanzado la velocidad de rotación de la máquina
eléctrica antes de que se pueda acoplar a la máquina eléctrica; y a
continuación debe mantenerse constante su velocidad de rotación.
A partir del documento US-4 278
928 se conoce una disposición de generador eléctrico en la que el
eje de entrada de un generador eléctrico está intercalado antes de
una transmisión diferencial en forma de un tren planetario. En esta
disposición el eje de entrada del generador está unido con la rueda
solar del tren planetario. El rotor de los planetas del tren
planetario está unido con el eje de entrada de la disposición de
generador eléctrico completa. La corona dentada del tren planetario
puede accionarse mediante un accionamiento hidráulico con velocidad
de rotación diferente, para así variar la relación de transmisión
del tren planetario, de tal manera que la velocidad de rotación del
generador se mantenga constante incluso aunque oscile la velocidad
de rotación en el eje de entrada de la disposición de generador
eléctrico completa. El líquido hidráulico para el accionamiento
hidráulico es aportado por una bomba que es accionada por el eje de
entrada del generador que se encuentra a una velocidad constante o
por otra parte del generador.
A partir del documento US 4 525 661 se conoce un
dispositivo para una alimentación de corriente sin interrupciones
con una máquina eléctrica que trabaja como motor y como generador.
Esta máquina está unida solidariamente con un rotor de un tren
planetario, cuya rueda solar está unida con una primera máquina
auxiliar eléctrica y cuya corona dentada está unida mediante unión
tractora con una segunda máquina auxiliar eléctrica y con un
volante. La rueda solar se puede unir además mediante un freno con
una caja y (estando el freno suelto) mediante un acoplamiento con
una máquina motriz de combustión. En un primer estado de
funcionamiento (funcionamiento en espera) el dispositivo es
accionado por la máquina eléctrica, estando la rueda solar y la
primera máquina auxiliar eléctrica bloqueadas mediante el freno,
mientras que el volante y la segunda máquina auxiliar eléctrica
giran sin carga. En un segundo estado del servicio (fallo del
suministro de energía) la máquina eléctrica se hace funcionar como
generador y empleando la corriente que se obtiene mediante la
segunda máquina auxiliar eléctrica, se arranca la primera máquina
auxiliar eléctrica. El volante se desacelera y transfiere energía.
Mediante una aceleración de la primera máquina auxiliar eléctrica se
puede mantener el generador a una velocidad de rotación
constante.
La invención tiene la misión de ilustrar una
alimentación eléctrica sin interrupciones del tipo descrito al
principio, que presente una configuración especialmente simple.
Según la invención esta misión se consigue
concibiendo los medios de control de tal manera que al funcionar la
máquina eléctrica como motor para conseguir una velocidad de
rotación final deseada del volante, la máquina auxiliar se haga
funcionar también como motor.
En el nuevo equipo SAI, al hacer funcionar la
máquina eléctrica como motor con la ayuda de la máquina auxiliar se
almacena en el volante energía cinética adicional. Al hacer
funcionar la máquina eléctrica como generador, con la ayuda de freno
regulable se puede mantener constante la velocidad de rotación de la
máquina eléctrica por lo menos el tiempo necesario hasta que la
velocidad de rotación del tercer eje de entrada/salida del tren
planetario haya descendido hasta cero.
Típicamente, la potencia de la máquina auxiliar
en el nuevo equipo SAI es claramente menor que la potencia de la
máquina eléctrica.
La transmisión diferencial del nuevo equipo SAI
puede ser por ejemplo un diferencial mecánico o un tren
planetario.
En comparación con el documento US 4 525 661, el
dispositivo según la invención es de construcción compacta, de
manera que incluso con tan solo una máquina auxiliar eléctrica se
puede garantizar la plena función. Además, como consecuencia de la
superposición de los movimientos de rotación de la máquina auxiliar
y de la máquina eléctrica se pueden conseguir velocidades más altas
del volante, con lo cual se puede almacenar una mayor cantidad de
energía en el volante. Alternativamente o adicionalmente, mediante
la interacción de la máquina eléctrica y la máquina auxiliar se
puede adaptar de forma óptima el rango de velocidad de rotación de
estas máquinas, lo que permite que sean utilizables por ejemplo
otros grupos eléctricos o que se puedan optimizar los márgenes del
régimen de funcionamiento de los grupos.
En una forma de realización preferida del nuevo
equipo SAI, la transmisión diferencial está configurada como tren
planetario con una rueda solar, un rotor que lleva las ruedas
planetarias y una corona dentada, estando la rueda solar
solidariamente unida con el eje de entrada/salida que conduce al
volante y estando el rotor solidariamente unido con el eje de
entrada/salida que conduce a la máquina eléctrica y estando la
corona dentada acoplada con transmisión fija con el eje de
entrada/salida que conduce a la máquina auxiliar. Con este modo de
conexión, el tren planetario está previsto para una conversión de la
velocidad de rotación del motor con una relación de transmisión más
alta de la velocidad de rotación del volante, a fin de almacenar la
mayor cantidad posible de energía cinética en un volante con un
momento de inercia dado. Con la máquina auxiliar eléctrica esta
multiplicación todavía se aumenta más mediante un accionamiento de
la corona dentada en sentido contrario. Al utilizar la energía
cinética del volante se recupera la energía eléctrica aplicada para
aumentar la multiplicación del tren planetario con la máquina
auxiliar salvo una pequeña parte que se ha perdido por la acción de
freno regulable, es decir, que se ha transformado en calor.
El freno regulable puede tratarse de un freno
mecánico adicional. Pero también puede configurarse la máquina
auxiliar eléctrica de tal manera que se pueda hacer funcionar como
freno electromagnético. La corriente que se produce entonces en la
máquina auxiliar puede o bien eliminarse o bien utilizarse como
corriente de emergencia.
En el caso más simple, la máquina auxiliar
eléctrica es una máquina asíncrona, que al funcionar como motor se
cuelga directamente de la red eléctrica por parte de los medios de
control. Una máquina asíncrona como máquina auxiliar debe combinarse
con un freno regulable adicional. Si con este freno se ha frenado
hasta la parada total la velocidad de rotación del tercer eje de
entrada/salida de la trasmisión diferencial, habiendo estado la
máquina asíncrona típicamente desconectada, los medios de control
pueden colgar la máquina asíncrona con polaridad invertida respecto
al funcionamiento desde la red, a la máquina eléctrica que se hace
funcionar como generador, a fin de acelerar el tercer eje de
entrada/salida de la transmisión diferencial ahora en sentido de
rotación invertido. La regulación precisa de la velocidad de
rotación para mantener constante la velocidad de rotación de la
máquina eléctrica se efectúa, a su vez, con la ayuda del freno
mecánico.
Si la máquina auxiliar eléctrica es una máquina
síncrona, que se puede unir con la máquina eléctrica y con la carga
mediante un convertidor de frecuencia, entonces la máquina auxiliar
puede hacerse funcionar como el freno o por lo menos para
proporcionar una parte de la potencia de frenado. Además, la
corriente generada en la máquina auxiliar al frenar se puede aportar
a la carga por mediación del convertidor de frecuencia, de tal
manera que la energía eléctrica no se pierde. Además, la utilización
de la máquina síncrona con el convertidor de frecuencia abre la
posibilidad de aprovechar la energía cinética del volante hasta que
su velocidad de rotación teóricamente ha descendido hasta cero, es
decir, que la energía cinética del volante se puede aprovechar en su
totalidad. En la zona de baja velocidad de rotación del volante,
para mantener la velocidad de rotación del rotor de la máquina
eléctrica es necesario de nuevo un funcionamiento de la máquina
auxiliar eléctrica como motor en el sentido de rotación opuesto al
de funcionamiento con la red. La energía necesaria para ello la
aporta la máquina eléctrica, la cual por su parte es accionada por
la máquina auxiliar eléctrica como motor, de tal manera que el
balance de energía sea compensado por la máquina auxiliar eléctrica
exceptuando las potencias de pérdidas. Por el convertidor de
frecuencia entre la máquina auxiliar eléctrica y la máquina
eléctrica o la carga circula sólo una parte de la intensidad total.
Por eso el convertidor de frecuencia es de un diseño claramente más
simple que para la máquina eléctrica si ésta se hiciera funcionar
con velocidad de rotación variable.
La máquina auxiliar eléctrica puede ser también
una máquina de corriente continua que a través de un ondulador se
puede conectar con la máquina eléctrica y con la carga. En este caso
también son posibles los mismos modos de operación que con una
máquina asíncrona con convertidor de frecuencia.
La máquina eléctrica del nuevo equipo SAI es en
toda regla una máquina síncrona, que a pesar de su gran potencia es
de concepción simple y se puede adquirir a un coste favorable.
Como complemento del volante, que con su energía
cinética está previsto para cubrir los fallos de la alimentación
eléctrica de corta duración, el rotor se puede accionar mediante una
máquina motriz de combustión, para poder cubrir fallos de la
alimentación eléctrica de más larga duración. En ese caso puede
preverse entre el rotor y la máquina motriz de combustión un
acoplamiento maniobrable por los medios de control.
Especialmente preferido es que además, pero
también alternativamente, al acoplamiento maniobrable entre el rotor
y la máquina motriz de combustión está prevista una transmisión
diferencial, cuyo tercer eje de entrada/salida esté acoplado a otra
máquina auxiliar eléctrica de los medios de control. La otra máquina
auxiliar sirve para compensar las diferencias de velocidad de
rotación entre el rotor y la máquina motriz de combustión,
especialmente si la máquina motriz de combustión todavía no ha
alcanzado su velocidad de rotación final concordante con la
velocidad de rotación del rotor o que guarda una relación fija con
ésta.
En una forma de realización de ulterior
desarrollo, en la máquina motriz de combustión se puede prescindir
del motor de arranque debido a la transmisión diferencial prevista
entre la máquina motriz de combustión y el rotor. La energía
necesaria para el arranque de la máquina motriz de combustión es
aportada entonces por la máquina eléctrica juntamente con la otra
máquina auxiliar y con ello, en última instancia, por el
volante.
Pero también es posible prever un acoplamiento de
rueda libre entre el rotor y la máquina motriz de combustión. En
este caso es necesario un motor de arranque separado para la máquina
motriz de combustión.
La aceleración de la máquina eléctrica hasta un
rango de velocidad de rotación en el que ésta pueda hacerse
funcionar como motor síncrono, puede realizarse en el nuevo equipo
SAI sin motor adicional con la ayuda de la máquina auxiliar
eléctrica, pudiendo mantenerse inmovilizado el volante.
La invención se describe y se explica con mayor
detalle a continuación con la ayuda de los ejemplos de realización.
en ellos las figuras ilustran lo siguiente:
Fig. 1, la disposición de principio de los
componentes del nuevo dispositivo para el suministro de corriente
sin interrupciones en una primera forma de realización,
Fig. 2, un esquema unifilar del nuevo dispositivo
para el suministro de corriente sin interrupciones en la forma de
realización según la figura 1,
Fig. 3, la disposición de principio de los
componentes de una segunda forma de realización del nuevo
dispositivo para el suministro de corriente sin interrupciones y
Fig. 4, la disposición de principio de los
componentes de una tercera forma de realización del nuevo
dispositivo para el suministro de corriente sin interrupciones.
El equipo SAI representado en la figura 1
presenta una máquina eléctrica 2 en forma de una máquina síncrona,
que se puede hacer funcionar como motor o como generador. Un rotor 3
de la máquina eléctrica 1 está rígidamente unido con un eje de
entrada/salida 4 de una transmisión diferencial 5 concebida aquí
como un tren planetario. Otro eje de entrada/salida 6 de la
transmisión diferencial 5 está rígidamente unido con un volante 7.
Un tercer eje de entrada/salida 8 de la transmisión diferencial 5
está acoplado con relación de transmisión fija con el rotor de una
máquina auxiliar eléctrica 9. El eje de entrada/salida 6 está unido
con la rueda solar, el eje de entrada/salida 4 está unido con el
rotor de las ruedas planetarias y el eje de entrada/salida 8 está
unido con la corona dentada del tren planetario que forma la
transmisión diferencial 5. Con esta disposición, mediante un
dispositivo de control 10 que detecta mediante un sensor 24 la
velocidad de rotación del eje de entrada/salida 6 se puede modular
la máquina auxiliar 9 que aquí está concebida como máquina síncrona
eléctrica, de tal manera que la velocidad de rotación del eje de
entrada/salida 4 se mantiene constante, incluso cuando la velocidad
de rotación del volante 7 desciende cuando la máquina eléctrica 2
funciona como generador. El dispositivo de control 10 sirve también
para, mediante la correspondiente modulación de la máquina auxiliar
eléctrica 9, llevar al volante 7 hasta una velocidad de rotación más
alta en relación con la del rotor 3 de la máquina eléctrica 2,
cuando la máquina eléctrica 2 se hace funcionar como motor, para
almacenar la mayor cantidad posible de energía cinética en el
volante 7, que está disponible para cubrir los fallos de suministro
de una red de suministros eléctrico, con la que el equipo SAI 1 está
conectado en paralelo. Para interrupciones más largas del suministro
de electricidad externo es acoplable una máquina motriz de
combustión 11 al rotor 3 de la máquina eléctrica 2 mediante un
acoplamiento de rueda libre 12, permitiendo el acoplamiento de rueda
libre 12 una velocidad de rotación más alta pero ninguna velocidad
de rotación del rotor 3 más baja que la de la máquina motriz de
combustión 1.
El esquema unifilar según la figura 2 ilustra la
alimentación a una carga 13 con corriente procedente o bien de una
fuente de corriente 14 externa, la cual típicamente se trata de una
red de suministro público de electricidad, o bien mediante la
máquina eléctrica 2. Entonces entre la fuente de electricidad
externa 14 y la carga 13 está dispuesto un primer interruptor 15 un
interruptor por tiristores 16 y una reactancia 17. De una manera
conocida, la reactancia 17 puede también conectarse en forma de T
actuando la reactancia 17 en el alcance deseable también sobre la
corriente que procede de la máquina eléctrica 2. La máquina
eléctrica 2 está conectada entre la reactancia 17 y la carga 13. No
hay intercalado ningún convertidor de frecuencia u ondulador. Sin
embargo, antes de la máquina auxiliar eléctrica 9 y de la carga se
encuentra un convertidor de frecuencia 18.
A continuación se explican diferentes estados del
servicio del equipo SAI 1 según las figuras 1 y 2, partiéndose de un
tren planetario i13=-2 y la tabla siguiente proporciona un cuadro
resumen de los diferentes estados del servicio:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En lo sucesivo, al igual que en la tabla, no se
tienen en cuenta las potencias de pérdidas que puedan haber.
En el modo de funcionamiento normal de la carga
13 mediante la fuente de suministro de corriente externa 14 en el
esquema unifilar según la figura 2, el interruptor 15 y el
interruptor por tiristores 16 están cerrados. La carga 13 cuelga de
la reactancia 17 al igual que la máquina eléctrica 2 que funciona
como motor. La potencia que es consumida por la carga 13, se toma en
su totalidad de la fuente de suministro eléctrico externa 14, al
igual que la potencia de pérdidas de la máquina eléctrica 2 y de la
máquina auxiliar 9 con la cual se establece una velocidad de
rotación constante en la corona dentada del tren planetario, a fin
de proporcionar una relación de transmisión constante entre los ejes
de entrada/salida 4 y 6 del tren planetario.
Al fallar la fuente de suministro de electricidad
externa 14 se recupera la energía almacenada en el volante 7 durante
el modo de funcionamiento normal según 1. Entonces el interruptor 15
y el interruptor por tiristores 16 están abiertos. En el ejemplo que
se reproduce en la tabla anterior se supone que la carga 13 tiene
unas necesidades de potencia de 1000 kW. Esta potencia es aportada
primeramente en parte por la máquina eléctrica 2 así como también
por la máquina auxiliar eléctrica 9, la cual debido a la
ramificación de potencia y de pares en el tren planetario es
accionada por el volante 7 en su modo de funcionamiento como
generador. Cuando estro ocurre, a medida que disminuye la velocidad
de rotación del volante también disminuye de forma continua la
velocidad de rotación de la máquina auxiliar eléctrica 9.
Puesto que con la máquina auxiliar eléctrica 9 la
velocidad de rotación de la máquina eléctrica 2 que funciona como
generador se mantiene constante, se produce una inversión de su
sentido de giro y del sentido de circulación de la potencia en la
máquina auxiliar 9, cuando la velocidad de rotación de la máquina
auxiliar 9 eléctrica ha caído hasta cero.
Así si sigue cayendo la velocidad de rotación del
volante 7, la máquina auxiliar 9 debe hacerse funcionar como motor.
La energía necesaria para ello se toma de la máquina eléctrica 2 que
se hace funcionar como generador. Por eso la máquina eléctrica 2
debe generar tanto la potencia de la carga como también la potencia
de la máquina auxiliar eléctrica 9. Pero esto no significa ninguna
toma de potencia adicional del volante 7, ya que la potencia de la
máquina auxiliar eléctrica 9 se vuelve a poner a disposición de la
máquina eléctrica 2 en el lado de la entrada.
Al recargar el volante 7 con la máquina eléctrica
2 que funciona como motor se invierte continuamente el sentido de
giro de la máquina auxiliar eléctrica 9 pasando a tener el sentido
contrario que su sentido de giro anterior en el funcionamiento de la
máquina eléctrica 2 como generador. Entonces en el retardo de la
máquina auxiliar primero se genera energía eléctrica la cual a
través del convertidor de frecuencia 18 se pone a disposición de la
carga 13 o de la máquina eléctrica que funciona como motor.
Una vez que la velocidad de rotación de la
máquina auxiliar eléctrica vuelve a ser nula, se produce la
inversión del sentido de giro y del sentido de circulación de la
potencia de la máquina auxiliar eléctrica.
La velocidad de rotación final del volante 7 se
alcanza en última instancia cuando tanto la máquina eléctrica 2 como
también la máquina eléctrica 9 se hacen funcionar como motor. Tras
alcanzarse la velocidad de rotación final del volante 7 sólo se han
de aportar las pérdidas por fricción y potencias de pérdidas
similares con las dos máquinas eléctrica 2 y 9.
La forma de realización del equipo SAI 1 según la
figura 3 se distingue del equipo según la figura 1 en dos puntos.
Primeramente el dispositivo de control 10 se ha configurado más
costoso y mediante otro sensor 19 registra también la velocidad de
rotación del eje de entrada/salida 4. Otro sensor 20 está previsto
en el eje de salida de la máquina motriz de combustión 11 y alimenta
al dispositivo de control 10 con la velocidad de rotación de la
máquina motriz de combustión. Esto lo utiliza el dispositivo de
control 10 para ajustar con otra máquina auxiliar eléctrica 21 la
relación de transmisión de otra transmisión diferencial 22 aquí
también concebida como tren planetario. La otra transmisión
diferencial 22 está prevista entre un acoplamiento desconectable 23
y la máquina motriz de combustión 11. En el otro lado del
acoplamiento desconectable 23, que es accionado por el dispositivo
de control 10, se encuentra el rotor 3 de la máquina eléctrica 2.
Con la transmisión diferencial 22 se pueden compensar las
diferencias de velocidad de rotación entre la máquina motriz de
combustión 11 y el rotor 3 de la máquina eléctrica 2. Diferencias de
velocidad de rotación muy grandes, como las que, por ejemplo, se
producen cuando está parada la máquina motriz de combustión 11, se
neutralizan desacoplado el acoplamiento 23. A este fin, el
acoplamiento 23 puede estar concebido también como acoplamiento de
rueda libre. Se puede pensar incluso en prescindir totalmente del
acoplamiento 23. Pero entonces, cuando está parada la máquina motriz
de combustión 11, la otra máquina auxiliar eléctrica 21 debe
alcanzar una velocidad de rotación relativamente alta, y la
transmisión diferencial 22 está sometida permanentemente a
solicitaciones originándose pérdidas por fricción. Utilizando el
tren planetario 22 y la máquina auxiliar eléctrica 21 puede
prescindirse también de un motor de arranque separado para la
máquina motriz de combustión 11, exigiendo esto ciertos requisitos
al dispositivo de control 10, para así garantizar una marcha
uniforme del rotor 3 de la máquina eléctrica 2 con velocidad de
rotación constante. Un acoplamiento de rueda libre 12 no puede
utilizarse entonces.
La forma de realización del equipo SAI 1 según la
figura 4 difiere del equipo según la figura 3 en otros puntos de la
forma de realización según la figura 1. Según la figura 4, la
máquina auxiliar 9 está concebida como máquina asíncrona eléctrica,
que en el modo de funcionamiento de alimentación desde la red de la
máquina eléctrica 2 como motor, simplemente colgándola de la red de
suministro se hace funcionar también como motor. Cuando se hace
funcionar la máquina eléctrica 2 como generador, entonces la máquina
auxiliar 9 de la forma de realización según la figura 4 simplemente
se desconecta. La regulación del tercer eje de entrada/salida 8 de
la transmisión diferencial 5 se efectúa entonces mediante un freno
mecánico separado 25 que aquí presenta un disco de freno 26
dispuesto sobre el eje de la máquina auxiliar 9 y las mordazas de
freno 27. La fuerza de frenado del freno 25 es regulada por el
control 10 de tal manera que la velocidad de rotación del eje de
entrada/salida 4 se mantiene constante, hasta que el eje de
entrada/salida 8 se ha frenado hasta pararse del todo. Si a
continuación, es decir, si sigue cayendo la velocidad de rotación,
se ha de seguir recuperando energía cinética del volante 7, entonces
la máquina auxiliar 9 se puede colgar de la máquina eléctrica 2 que
se hace funcionar como generador con polaridad invertida a la del
funcionamiento desde la red, para así accionar al eje de
entrada/salida 8 esta vez en sentido de giro inverso. La regulación
precisa de la velocidad de rotación de la máquina auxiliar 9 para
mantener constante la velocidad de rotación de la máquina eléctrica
2 se efectúa también, entonces, con el freno mecánico 25. En
contraposición a las formas de realización según las figuras 1 y 3,
en la forma de realización según la figura 4 se elimina
conscientemente energía cinética con el freno mecánico 25, es decir
que se convierte en calor. Pero tampoco es necesaria ninguna
electrónica de potencia para la alimentación de retorno de la
corriente producida con la máquina auxiliar 9. Además, utilizando
una máquina asíncrona para la máquina auxiliar 9 se elimina la
necesidad de un convertidor de frecuencia para su funcionamiento
como motor. La forma de realización del equipo SAI 1 según la figura
4 se caracteriza por tanto por presentar un gasto global
especialmente reducido para el dispositivo de control 10. Además, la
forma de realización parte de una máquina eléctrica 2 de un tipo
constructivo usual y por tanto económico, es decir, sin eje de
entrada/salida 4 continuo. La máquina motriz de combustión 11 es
acoplable al eje de entrada/salida 4 mediante el acoplamiento de
rueda libre 12 intercalando las ruedas dentadas 28 y 29
constituyendo un ejemplo de un engranaje con varias salidas de ejes
mecánico simple. Mediante la relación entre el número de dientes de
las ruedas dentadas 28 y 29 la relación de transmisión del engranaje
con varias salidas de ejes pueden considerarse diferentes
velocidades de rotación nominales de la máquina motriz de combustión
11 y de la máquina eléctrica 2. En la figura 4 se representa además
con línea a trazos otra posibilidad de disposición alternativa para
la máquina motriz de combustión 11 empleando una máquina eléctrica 2
en ejecución estándar. Sin embargo, al acoplar la máquina motriz de
combustión 11 al eje de entrada/salida 6 se origina el inconveniente
de que la máquina motriz de combustión sólo actúa sobre la máquina
eléctrica a través del volante 7 lento, si dicha máquina eléctrica 2
debe accionarse como generador, con lo cual la aceleración de la
máquina motriz de combustión 11 hasta el rango de velocidad de
rotación correspondiente a su potencia nominal se ve retardada.
- 1-
- Equipo SAI
- 2-
- Máquina eléctrica
- 3-
- Rotor
- 4-
- Eje de entrada/salida
- 5-
- Transmisión diferencial
- 6-
- Eje de entrada/salida
- 7-
- Volante
- 8-
- Eje de entrada/salida
- 9-
- Máquina auxiliar eléctrica
- 10-
- Dispositivo de control
- 11-
- Máquina motriz de combustión
- 12-
- Acoplamiento de rueda libre
- 13-
- Carga
- 14-
- Fuente de suministro eléctrico externa
- 15-
- Interruptor
- 16-
- Interruptor por tiristores
- 17-
- Reactancia
- 18-
- Convertidor de frecuencia
- 19-
- Sensor
- 20-
- Sensor
- 21-
- Máquina auxiliar eléctrica
- 22-
- Transmisión diferencial
- 23-
- Acoplamiento desconectable
- 24-
- Sensor
- 25-
- Freno mecánico
- 26-
- Disco del freno
- 27-
- Mordaza del freno
- 28-
- Rueda dentada
- 29-
- Rueda dentada
Claims (10)
1. Un dispositivo para el suministro de tensión
interrumpidamente, que lleva una máquina eléctrica que incluye un
rotor y que puede hacerse funcionar como motor o como generador,
estando conectada la máquina eléctrica a una carga que se ha de
alimentar con corriente alterna sin intercalar un convertidor de
frecuencia de frecuencia de entrada variable, un volante que está
acoplado al rotor mediante medios de acoplamiento que presentan una
relación de transmisión variable, y los medios de control para la
trasmisión de los medios de acoplamiento, y los medios de control,
por lo menos dentro de un cierto rango de la velocidad de rotación
del volante mantienen constante la velocidad de rotación de la
máquina eléctrica que se hace funcionar como generador mediante la
energía cinética almacenada en el volante, incluyendo los medios de
control una transmisión diferencial (5) que tiene tres ejes de
entrada/salida (4, 6 y 8) y los medios de control incluyen una
máquina auxiliar eléctrica (9) que se hace funcionar como un motor y
un freno regulable, que actúan sobre el tercer eje de entrada/salida
(8) de la transmisión diferencial (5) que se caracteriza
porque los medios de control están concebidos de tal manera que la
máquina auxiliar (9) se hace funcionar también como un motor para
alcanzar la velocidad de rotación final deseada del volante (7),
cuando la máquina eléctrica (2) se hace funcionar como un motor.
2. El dispositivo según la reivindicación 1, que
se caracteriza porque la transmisión diferencial (5) es un
tren planetario que incluye una rueda solar, un rotor que lleva las
ruedas satélites así como una corona dentada, estando la rueda solar
conectada solidariamente al eje de entrada/salida (6) que conduce al
volante (7) y estando el rotor conectado rígidamente al eje de
entrada/salida (4) que conduce a la máquina eléctrica (2), y estando
la corona dentada acoplada al eje de entrada/salida (8) que conduce
a la máquina auxiliar (9) con una relación de transmisión fija.
3. El dispositivo según las reivindicaciones 1 ó
2, que se caracteriza porque la máquina eléctrica auxiliar
(9) también puede funcionar como freno.
4. El dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque la máquina
auxiliar eléctrica (9) es una máquina asíncrona.
5. El dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque la máquina
auxiliar eléctrica (9) es una máquina síncrona y, a través de un
convertidor de frecuencia (18) se puede conectar a la máquina
eléctrica (2) y a la carga (13).
6. El dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 5, que se caracteriza porque el rotor
(3) es accionable por una máquina motriz de combustión (11).
7. El dispositivo de la reivindicación 6, que se
caracteriza porque lleva un acoplamiento (23) dispuesto entre
el rotor (3) y la máquina motriz de combustión (11), siendo dicho
acoplamiento (23) maniobrable por los medios de control.
8. El dispositivo de la reivindicación 6, que se
caracteriza porque lleva un acoplamiento de rueda libre (12)
entre el rotor (3) y la máquina motriz de combustión (11).
9. El dispositivo de las reivindicaciones 6, 7 u
8, que se caracteriza porque lleva otra transmisión
diferencial (22) entre el rotor (3) y la máquina motriz de
combustión (11) estando el tercer eje de entrada/salida de la
transmisión diferencial (22) acoplado con otra máquina auxiliar
eléctrica (21) de los medios de control.
10. El dispositivo de la reivindicación 9,
mientras no dependa de la reivindicación 8, que se
caracteriza porque la máquina motriz de combustión (11) no
lleva un motor de arranque separado.
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