DE3220979A1

DE3220979A1 - Supraleitende stromspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE3220979A1
Application number: DE19823220979
Authority: DE
Inventors: Shigenori Itami Hyogo Higashino
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-06-03
Filing date: 1982-06-03
Publication date: 1983-05-26
Also published as: DE3220979C2; JPS57199438A; US4493014A; JPH023380B2

Description

"Supraleitende Stromspeichervorrichtung"

Die Erfindung betrifft eine supraleitende Speichervorrichtung für elektrischen Strom mit verbessertem Betriebswirkungsgrad.

Fig. 1 veranschaulicht ein Beispiel für eine bisherige jQ supraleitende bzw. Supraleiter-Stromspeichervorrichtung mit einer supraleitenden Spule 1 für Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie, einer getrennt erregten Thyristor-Wandlereinheit 2 mit wechsel- und gleichspannungsseitigen Klemmen oder Anschlüssen und einem Wechselstromquellensystem 3 Die Gleichspannungsklemmen 4 der Thyristor-Wandlereinheit 2 ■ sind unmittelbar mit der supraleitenden Spule 1 verbunden, während die Wechselspannungsklemme 5 über einen Transformator 6 mit dem Wechselstromquellensystem 3 verbunden ist.

Die bisherige Speichervorrichtung gemäß Fig. 1 arbeitet wie folgt: Der Wechselstrom vom Wechselstromquellensystem 3 wird durch die Wandlereinheit 2 in Gleichstrom umgewandelt und zur Speicherung der supraleitenden Spule 1 zugeführt, wobei die Wandlereinheit 2 dann als Vorwärtswandlervorrichtung arbeitet.

Die auf diese Weise in der supraleitenden Spule 1 gespeicherte elektrische Gleichspannungsenergie wird im Rückumwandlungsbetrieb der Thyristor-Wandlereinheit 2 als Wechselstrom zum Wechselstromquellensystem freigegeben.

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-3-

Diese Speicherung und Abgabe oder Freisetzung der elektrischen Energie kann durch Einstellung der Gleichspannungsklemmenspannung der Thyristor-Wandlereinheit 2 durch Phasenregelung derselben so gesteuert werden, daß die an die supraleitende Spule 1 angelegte Gleichspannung geändert wird.

Wenn die Gleichspannung von der Thyristor-Wandlereinheit 2 an die Spule 1 angelegt wird, fließt diese

i-- als welliger Strom aufgrund von Spannungswelligkelt in dieser Gleichspannung, so daß Wirbelstromverlust infolge dieses welligen Stroms auftritt. Durch diesen Wirbelstromverlust kann die Temperatur der supraleitenden Spule 1 ansteigen, so daß schließlich der supraleitende Zustand der Spule 1 beendet wird. Die Spule 1 muß daher durch eine nicht dargestellte Kühlvorrichtung gekühlt werden.

Bei Verwendung von flüssigem Helium im Temperaturbereich von 4°K als Kühlmedium für die Spule 1 wird für die Abfuhr einer Wärmemenge von 1 Joule eine diesen Wert um etwas das 300-fache übersteigende Energiemenge benötigt.

Bei der bisherigen supraleitenden Stromspeichervorrichtung beeinträchtigt mithin die Größe der an der supraleitenden Spule 1 anliegenden Gleichspannungswelligkeit den Betriebswirkungsgrad der Vorrichtung.

Die bisherige supraleitende Stromspeichervorrichtung ist daher mit dem Nachteil behaftet, daß deshalb, weil die an die supraleitende Spule 1 angelegte Spannung in ihrer Gesamtheit durch die Phasensteuerung

der Thyristor-Wandlereinheit 2 eingestellt wird, 35

die Spannungswelligkeit um so größer ist, je kleiner die Absolutgröße der an die Spule 1 angelegten

-A-

Spannung ist, so daß ein erhöhter Wirbelstromverlust in der Spule 1 und eine vergrößerte Kühlbelastung hervorgerufen werden.

° Aufgabe der Erfindung ist damit·insbesondere die Ausschaltung der geschilderten Mangel des Stands der Technik durch Schaffung einer verbesserten supraleitenden Stromspeichervorrichtung, bei welcher die Spannungswelligkeit der Thyristor-Wandlereinheit zur Herabsetzung des Wirbelstromverlusts in der supraleitenden Spule herabgesetzt ist und die für das Kühlen dieser Spule benötigte Energie eingespart werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den im Patentanspruch gekennzeichneten Merkmalen.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Beispiels für eine bisherige supraleitende Stromspeichervorrichtung und

Fig. 2 ein Schaltbild einer supraleitenden Stromspeicher-

vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung.

Nachdem Fig. 1 eingangs bereits erläutert worden ist, ist im folgenden eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Fig. 2 beschrieben.

Der einhige Unterschied der Anordnung nach Fig. 2 zu derjenigen nach Fig. 1 besteht darin, daß ein Arbeitsspannungsregler (on-load voltage regulator) 7 zwischen die Wechselspannungsklemme 5 der Wandlereinheit 2 und das Wechselstromquellensystem 3 zur Steuerung oder Regelung der Wechselspannungsklemme 5 der Wandlereinheit 2 eingeschaltet ist.

Die Regelung der mittleren Ausgangsgleichspannung der Thyristor-Wandlereinheit 2 kann daher nicht nur durch Phasensteuerung der Thyristor-Wandlereinheit, d.h. durch Einstellung des Gate-Zündwinkels (Phasennacheilwinkel <x-) der Wandlereinheit, sondern auch durch Einstellung der der Wechselspannungsklemme 5 der Wandlereinheit 2 zugeführten Wechselspannung mittels des Arbeitsspannungsreglers 7 und somit ohne Bezug zum vorliegenden Phasennacheilwinkel oc der Wandlereinheit, der auf den Festeinstellwert (occasionally adjusted value) festgelegt sein kann, erfolgen.

Die Größe des zwischen Spule 1 und StromqUelleneinheit 3 übertragenen-elektrischen Stroms P kann als Produkt aus der Ausgangsgleichspannung Ed der Thyristor-Wandlereinheit 2 und dem in der Spule

1 fließenden Strom Id, mit Id>0, abgeleitet werden. Somit gilt:

.

P = Ed [ν] χ Id CA]

Dabei gelten P X 0 für Stromspeicherung in der supraleitenden Spule und P £ 0 für die Stromabgabe von dieser Spule.

Die Ausgangsspannung Ed der Thyristor-Wandlereinheit

2 ist das Produkt aus der idealen Ausgangsgleichspannung Edo (mit Edo > O), bestimmt durch die Ver-

^u drahtung der Wandlereinheit 2 (vgl. Norm JEC und - 144 des Japanese Electrotechnical Committee), und dem Kosinus des Phasennacheilwinkels oC . Unter der Voraussetzung, daß in der Thyristor-Wandlereinheit 2 kein Stromverlust auftritt und der Kommutations-Überschneidungswinkel u gleich Null ist, liegt der Phasennacheilwinkel oc in einem solchen Bereich,

-6-daß 0°^ ex 4.180° gilt. Demzufolge gilt:

Ed = Edo χ cos oc .

Die Bedingung oder Beziehung cos «c> 0 wird als Vorwärtsumwandlungsbereich bezeichnet, in welchem der elektrische Strom vom Stromquellensystem 3 zur supraleitenden Spule 1, um in dieser gespeichert zu werden, geleitet wird. Die Bedingung oder Beziehung «t» < 0 wird als Rückumwandlungsbereich bezeichnet, in welchem der elektrische Strom von der Spule 1 zum Stromquellensystem 3 abgegeben wird.

Erfindungsgemäß kann die Eingangswechselspannung zur Thyristor-Wandlereinheit durch den Arbeitsspannungsregler geregelt werden, daß die Größe der idealen Ausgangsspannung Edo nach Belieben in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des Arbeitsspannungsreglers angehoben oder verringert werden kann. Auf diese Wei- ²® se kann die Amplitude der Ausgangsgleichspannungswelligkeit selbst mit Änderungen der Ausgangsgleichspannung geändert werden, so daß der in letzterer enthaltene Prozentsatz der Spannungswelligkeit beliebig gesteuert oder eingestellt werden kann. Diese, durch den Arbeitsspannungsregler 4 zu bewirkende Einstellung der Wechselspannung kann jederzeit in der Weise erfolgen, daß an der supraleitenden Spule 1 anliegende Gleichspannungswelligkeiten auf eine Mindestgröße verringert werden können, welche den Vorwärts- oder

Rückumwandlungsbetrieb der Thyristor-Wandlereinheit 2 ermöglicht.

Erfindungsgemäß kann mithin der im Betrieb der supraleitenden Speichervorrichtung für elektrischen Strom in gg der supraleitenden Spule 1 auftretende Wirbelstromverlust auf eine steuerbare oder einstellbare Mindestgröße verringert werden, so daß sich ein verringerter Energiebedarf für die Kühlung der supraleitenden

Spule 1 und ein verbesserter Betriebswirkungsgrad der supraleitenden Stromspeichervorrichtung ergeben.

Da zudem die an die Spule 1 anzulegende Spannung nicht als Ganzes durch die Wandlereinheit 2 geregelt zu werden braucht, kann auch die in der supraleitenden Stromspeichervorrichtung erzeugte Blindleistung unterdrückt werden.

Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler £r Hänzel " " Patentanwälte

Registered Representatives

before the

European Patent Office

Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha MöhlstraSe 37

Tokio, Japan D-8000 München 80

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkld Telegramme: ellipsoid

FAM-5554 3. Juni 1982

Supraleitende Stromspeichervorrichtung

Patentanspruch

Supraleitende Stromspeichervorrichtung/ gekennzeichnet durch eine supraleitende Spule (1) zur Speicherung und Abgabe von elektrischer Energie, durch eine getrennt erregte Thyristor-Wandlereinheit (2) mit an die Spule (1) angeschlossenen Gleichspannungsklemmen (4) und einer an eine Wechselstromquelle (3) angeschlossenen Wechselspannungsklemme (5) und die so angeordnet ist, daß sie die elektrische Energie zwischen der Spule (1) und der Wechselstromquelle (3) von einer Gleichspannungsform in eine Wechselspannungsform und umgekehrt umzuwandeln vermag, und durch einen zwischen die Wechselspannungsklemme (5) der Thyristor-Wandlereinheit (2) und die Wechselstromquelle (3) geschalteten Arbeitsspannungsregler (7) zur Einstellung der an der Wechselspannungsklemme (5) der Thyristor-Wandlereinheit (2) erscheinenden Spannung.