NL2004769C2

NL2004769C2 - Inrichting voor het ononderbroken met wisselstroom voeden van ã©ã©n of meer verbruikstoestellen.

Info

Publication number: NL2004769C2
Application number: NL2004769A
Authority: NL
Inventors: Hayder Alkaaby
Original assignee: Hitec Power Prot B V
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2011-11-29
Also published as: WO2011149338A1

Description

INRICHTING VOOR HET ONONDERBROKEN MET WISSELSTROOM VOEDEN VAN ÉÉN OF MEER VERBRUIKSTOESTELLEN

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het ononderbroken met 5 wisselstroom voeden van één of meer verbruikstoestellen, welke inrichting is voorzien van een eerste aansluitpunt bestemd voor het elektrisch aansluiten van de inrichting aan een hoofdnet, een getapte smoorspoel met een eerste winding voorzien van een ingangsaansluiting, een uitgangsaansluiting en een eerste tapaansluiting aan de tap van de smoorspoel, een wisselstroomgenerator en een tweede aansluitpunt voor het aansluiten van 10 de één of meer verbruikstoestellen, waarin de ingangsaansluiting van de smoorspoel is aangesloten aan het eerste aansluitpunt van de inrichting en de wisselstroomgenerator is aangesloten aan de smoorspoel.

Een dergelijke inrichting in combinatie met een energieaccumulator en//of noodstroomaggregraat is bekend op het vakgebied en wordt aangeduid als een UPS 15 systeem (Uninterruptable Power Supply). De bekende inrichting is beschreven in het Nederlandse octrooi NL141726. Dit octrooi beschrijft een UPS systeem waarin de ingangsaansluiting van de smoorspoel is aangesloten op het eerste aansluitpunt van de inrichting, de uitgangsaansluiting van de smoorspoel is aangesloten op het tweede aansluitpunt van de inrichting en de eerste tapaansluiting is aangesloten op de 20 wisselstroomgenerator. De bekende inrichting heeft als voordeel dat de spanning op het tweede aansluitpunt van de inrichting stabiel blijft. Daarnaast vormt de smoorspoel in combinatie met de wisselstroomgenerator een actief filter voor variaties in de stroomtoevoer.

De bekende inrichting heeft echter als nadeel dat de wisselstroomgenerator meer reactief of blind vermogen dient te leveren dan het vermogen dat daadwerkelijk wordt 25 afgenomen. Dit wordt veroorzaakt door de inductieve belasting van één of meer verbruikstoestellen, waardoor er een fasehoek ontstaat tussen spanning en stroom. Daar komt bij dat aan een UPS systeem de belangrijke eis gesteld wordt dat in alle situaties de spanning op de tweede aansluiting op het nominale niveau van het hoofdnet dient te worden gehouden (dynamisch spanningsgedrag) terwijl de spanning op de eerste aansluiting (is 30 hoofdnet) tot +10% of -10% mag afwijken van dit nominale niveau. Om hieraan te kunnen voldoen dient de wisselstroomgenerator te worden overgedimensioneerd. Deze overdimensionering van de wisselstroomgenerator leidt tot energieverlies in de kabel tussen de smoorspoel en de wisselstroomgenerator en tot een verhoogd energieverlies in de wisselstroomgenerator tengevolge van verliezen in het ijzer, mechanische verliezen, grootte 35 van de ventilator en een verhoogde luchtweerstand.

Met name in industrieën waar inrichtingen volgens de aanhef worden toegepast, is de vraag om hogere energie-efficiëntie steeds sterker. Hierbij spelen milieuoverwegingen en de 2 stijging van de kosten van energie een grote rol. De wisselstroomgenerator is in normaalbedrijf verantwoordelijk voor ongeveer 50% van de totale energieverliezen.

De uitvinding heeft als doel om te voorzien in een inrichting volgens de aanhef die bovengenoemde nadelen niet heeft en een verhoogde energie-efficientie heeft. Daartoe 5 heeft de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat de eerste tapaansluiting van de smoorspoel is aangesloten op het tweede aansluitpunt van de inrichting. Dit heeft het verrassende effect dat minder reactief vermogen nodig is om het dynamisch spanningsgedrag binnen de gewenste waarden te houden. Hierdoor is het mogelijk om een kleinere wisselstroomgenerator toe te passen, waardoor de systeemefficientie van de 10 inrichting wordt verhoogd. Door de kleinere wisselstroomgenerator wordt tevens het gewicht van de inrichting minder en de dimensies kleiner, waardoor de plaatsingsmogelijkheden van de inrichting worden vergroot. De smoorspoel kan zowel enkelfasig als driefasig zijn uitgevoerd. Daarnaast neemt bij een gelijke wisselstroomgenerator het rendement van de inrichting toe met een 0,5 tot 2 procent, afhankelijk van de belasting.

15 In een eerste voorkeursuitvoeringsvorm is de uitgangsaansluiting van de smoorspoel aangesloten aan de wisselstroomgenerator.

In een tweede alternatieve voorkeursuitvoerings vorm is de smoorspoel voorzien van een tweede winding voorzien van een tweede tapaansluiting en de tweede tapaansluiting is aangesloten aan de wisselstroomgenerator. De eerste en de tweede winding van de 20 smoorspoel kunnen ook een tegengestelde polariteit hebben.

De uitvinding zal nu verder worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarin:

Figuur 1 de bekende inrichting toont; 25 Figuur 2 de eerste voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding toont;

Figuur 3 de tweede voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding toont.

Gelijke verwijzingscijfers verwijzen naar gelijke onderdelen.

30

Figuur 1 toont de bekende inrichting 1. De inrichting 1 wordt toegepast in roterende of dynamische UPS systemen. De ingangsaansluiting Si van de smoorspoel S is aangesloten op het eerste aansluitpunt 1 van de inrichting 1, de uitgangsaansluiting S2 van de smoorspoel S is aangesloten op het tweede aansluitpunt 2 van de inrichting 1 en de eerste 35 tapaansluiting S3 van de smoorspoel S is aangesloten op de wisselstroomgenerator B. Het hoofdnet A is verbonden met het eerste aansluitpunt 1 van de inrichting 1. De één of meer verbruikstoestellen C zijn aangesloten op het tweede aansluitpunt 2 van de inrichting 1. De 3 inrichting 1 is verder voorzien van schakelelementen Q-i en Q2 voor het onderbreken van de stroomkring aan de ingang respectievelijk de uitgang van de inrichting 1.

Toepassing van een (getapte) smoorspoel leidt onder andere tot de volgende voordelen: 5

Stabilisatie van de uitgangsspanning Vi op tweede aansluitpunt 2: de smoorspoel S in combinatie met de wisselstroomgenerator B verzorgt de stroomtoevoer van het hoofdnet A naar de belasting gevormd door de één of meer verbruikstoestellen C. Hierbij blijft uitgangsspanning binnen gespecificeerde waarden, doordat deze combinatie de 10 impedantie (inductieve weerstand) bepaalt tussen het hoofdnet A en de belasting. Een variërende belasting is toegestaan door het reactief vermogen vanuit de wisselstroomgenerator B aan te passen, wat een essentiële functie is van een roterend UPS systeem. De minimale en maximale fluctuatie in voltage V2 in het hoofdnet wordt bepaald door de specificaties van de smoorspoel S in combinatie met de (overgedimensioneerde) 15 wisselstroomgenerator en de toegestane cosinus phi. Phi is het faseverschuiving tussen stroom en spanning.

De smoorspoel S in combinatie met de wisselstroomgenerator vormt een actief filter voor stroomkwaliteitsproblemen gegenereerd door zowel het hoofdnet A als de belasting 20 gevormd door de één of meer verbruikstoestellen C. Hierdoor wordt de inrichting 1 beschermd tegen de gevolgen van kortsluiting welke op kan treden op het hoofdnet A en de belasting, waardoor de spanning V-i binnen toegestane waarden blijft. De impendantie van de smoorspoel S en positie van de tap (bij een getapte smoorspoel) bepalen in hoge mate het dynamische gedrag van het UPS systeem.

25

Figuur 2 toont de eerste voorkeursuitvoeringsvorm 2 van de inrichting volgens de uitvinding. De wisselstroomgenerator B is nu aangesloten op de uitgangsaansluiting S2 van de smoorspoel S en de één of meer verbruikstoestellen C zijn aangesloten op de tapaansluiting S3 van de smoorspoel S.

30 De de inrichting volgens de uitvinding heeft het verrassende effect dat minder reactief vermogen nodig is om het dynamisch spanningsgedrag van V-i binnen gewenste waarden te houden. Hierdoor kan de inrichting 2 worden voorzien van een kleinere wisselstroomgenerator B, waarmee de systeemefficiëntie wordt verhoogd. Door de tap op smoorspoel S op de juiste positie te zetten blijft het dynamisch spanningsgedrag V-i binnen 35 de binnen het vakgebied bekende ITEC/CBEMA curve.

De inrichting 2 volgens de uitvinding heeft een groot aantal voordelen, waaronder hier een opsomming volgt: 4

Toepassing van een kleinere wisselstroomgenerator B, waardoor een hogere systeemefficientie wordt bereikt, waarbij de mate waarin dit verhoogd afhangt van de belasting.

5 - In middenspanningssystemen is naast een kleinere wisselstroomgenerator B ook een kleiner transformator nodig tussen wisselstroomgenerator B en smoorspoel S, waarmee additionele systeemefficientie wordt bewerktstelligd.

De hogere energie-efficientie heeft tot gevolg dat er meer vermogen beschikbaar is 10 om de kritische belasting te ondersteunen.

Overdimensionering van de kabels is niet nodig, omdat minder stroom loopt tussen wisselstroomgenerator B en smoorspoel S, waardoor het energieverlies in de kabels minder groot is 15

Minder energieverlies geeft minder warmteverlies zodat minder ruimteventilatie nodig is, waardoor hiervoor minder vermogen nodig is

Door toepassing van een kleinere wisselstroomgenerator B wordt het gewicht van de 20 inrichting 2 minder en worden tevens de dimensies kleiner, wat van belang is vanwege beschikbare installatieruimte

De kortsluitcapaciteit aan belastingzijde is significant groter, omdat de inrichting 2 het toelaat dat het hoofdnet A bijdraagt aan de kortsluitspanning.

25

Minder uitstoot van C02

Minder geluid door toepassing kleinere wisselstroomgenerator B

30 - Hogere stabiliteit van de inrichting 2 doordat er een kleinere fasehoek over de smoorspoel S plaatsvindt

Het systeem kan beter omgaan met belastingsstappen.

35 - Grotere spanningsvariatie toegestaan, waardoor de inrichting 2 langer in normaalbedrijf kan opereren en de energieaccumulator niet gebruikt hoeft te worden. Dit is 5 met name van belang in landen waar het hoofdnet A van mindere kwaliteit is.

Figuur 3 toont de tweede voorkeursuitvoeringsvorm 3 van de inrichting volgens de uitvinding. De smoorspoel S is voorzien van twee windingen, met een additionele 5 tapaansluiting S4, die is aangesloten op de uitgangsaansluiting 2 van de inrichting 3. De windingen hebben een tegengestelde polariteit.

Hoewel de uitvinding hiervoor is toegelicht aan de hand van een aantal voorbeelden, zal het duidelijk zijn dat deze daartoe niet is beperkt. Zo zouden meer elektronische 10 componenten gebruikt kunnen worden dan hier getoond. De omvang van de uitvinding wordt dan ook uitsluitend bepaald door de nu volgende conclusies.

15

Claims

1. Inrichting voor het ononderbroken met wisselstroom voeden van één of meer verbruikstoestellen, welke inrichting is voorzien van een eerste aansluitpunt bestemd voor 5 het elektrisch aansluiten van de inrichting aan een hoofdnet, een getapte smoorspoel met een eerste winding voorzien van een ingangsaansluiting, een uitgangsaansluiting en een eerste tapaansluiting aan de tap van de smoorspoel, een wisselstroomgenerator en een tweede aansluitpunt voor het aansluiten van de één of meer verbruikstoestellen, waarin de ingangsaansluiting van de smoorspoel is aangesloten aan het eerste aansluitpunt van de 10 inrichting en de wisselstroomgenerator is aangesloten aan de smoorspoel, met het kenmerk, dat de eerste tapaansluiting van de smoorspoel is aangesloten op het tweede aansluitpunt van de inrichting.

2. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de uitgangsaansluiting van de smoorspoel is 15 aangesloten aan de wisselstroomgenerator.

3. Inrichting volgens conclusie 1, waarin de smoorspoel is voorzien van een tweede winding voorzien van een tweede tapaansluiting en de tweede tapaansluiting is aangesloten aan de wisselstroomgenerator. 20

4. Inrichting volgens conclusie 3, waarin de eerste en de tweede winding van de smoorspoel een tegengestelde polariteit hebben.