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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung in einem Drehstromnetz mittels zweier Stromrichter mit gleicher Leerlaufgleichspannung und mit einer gleichstromseitigen Drosselspule.
Ein netzgeführter kurzgeschlossener Stromrichter, der als Blindlast-Stromrichter mit zünd- und löschbaren
Ventilzweigen ausgeführt ist, kann bei einer Zündverzögerung von annähernd +90 als induktive Blindlast und bei einem vorverlegten Zündzeitpunkt von annähernd -900 als kapazitive Blindlast arbeiten. Beim Übergang zwischen induktiver und kapazitiver Blindlast muss jedoch der gesamte Wirklastbereit stetig durchfahren werden, der durch den Zündwinkelbereich zwischen den beiden genannten Grenzzündwinkeln gegeben ist. Dabei steigt der Gleichstrom so überaus stark an, dass ein über eine Drosselspule kurzgeschlossener Stromrichter nicht als universell einsetzbarer Blindlast-Stromrichter angesehen werden kann.
Hinzu kommt bei Drosselglättung des Gleichstromes, dass sowohl bei Netzkommutierung als auch bei löschbaren Ventilzweigen ein bestimmter Mindestwert des Gleichstromes in der Drosselspule nicht unterschritten werden kann, wenn der Gleichstrom nicht lücken soll.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2300445 ist eine Einrichtung mit zwei netzgeführten Stromrichtern bekannt, die gleichstromseitig in Reihe geschaltet sind. Beide Stromrichter werden mit vorverlegtem
Zündzeitpunkt betrieben und erzeugen jeweils die gleiche Gleichspannung. Es kann nur eine induktive Blindlast kompensiert werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine universell verwendbare Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung zu schaffen, die einen schnellen und stetigen Übergang zwischen induktiver und kapazitiver Blindlast ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass den Ausgangsklemmen der beiden gleichstromseitig parallelgeschalteten Stromrichter die gemeinsame Drosselspule parallelgeschaltet ist, und dass zur Steuerung des einen der beiden Stromrichter mit verzögertem Zündzeitpunkt und des andern Stromrichters mit vorverlegtem Zündzeitpunkt eine Stromregelanordnung für die Drosselspule vorgesehen ist.
Bei einer erfindungsgemässen Einrichtung zur Blindleistungskompensation sind die beiden Stromrichter gleichstromseitig über eine gemeinsame Drosselspule kurzgeschlossen. Die Drosselspule wird ständig von einem Gleichstrom durchflossen, dessen Stromstärke sich aus dem Verhältnis der maximal geforderten Blindleistung zur Leerlaufgleichspannung ergibt. Der gesamte Gleichstrom in der Drosselspule, der sich aus den beiden Teilströmen der beiden Stromrichter zusammensetzt, wird auf einem konstanten Wert gehalten. Durch gegensinnige Veränderung der Zündwinkel der beiden Stromrichter können die Anteile der beiden Teilströme am konstanten Gleichstrom in der Drosselspule geändert werden. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann somit als einstellbare induktive oder kapazitive Blindlast arbeiten.
Wenn beide Teilströme jeweils zur Hälfte zum gesamten Gleichstrom in der Drosselspule beitragen, beträgt der netzseitige Grundschwingungsstrom Null und damit beträgt auch die Blindlast Null.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Stromregelanordnung einen ersten Regler, der den Zündwinkel des einen der beiden Stromrichter in Abhängigkeit von der zu kompensierenden Blindleistung im Drehstromnetz festlegt, und einen zweiten Regler aufweist, der den Zündwinkel des andern Stromrichters zur Steuerung auf einen konstanten Gleichstrom in der Drosselspule festlegt. Auf diese Weise ist jedem Regler ein Regelkreis derart zugeordnet, dass es nicht zu störenden gegenseitigen Beeinflussungen und Rückwirkungen kommt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung eignet sich besonders zur Blindleistungskompensation von Versorgungsnetzen. Bei Anlagen grosser Leistung kann durch Anwendung höherer Pulszahlen ein geringer Oberschwingungsgehalt des Netzstromes sichergestellt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Fig. l den prinzipiellen Aufbau einer erfmdungsgemässen Einrichtung zur Blindleistungskompensation, Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der netzseitigen Teilströme, des netzseitigen Gesamtstromes und der Netzspannung bei induktiver Blindleistung (Fig. 2a), Blindleistung Null (Fig. 2b) und kapazitiver Blindleistung (Fig. 2c), Fig. 3 ein Prinzipschaltbild zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens für eine erfindungsgemässe Einrichtung.
Bei der in Fig. l dargestellten erfindungsgemässen Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung in einem Drehstromnetz mit der Netzspannung uN sind zwei Stromrichter--l und 2--mit gleicher Leerlauf-Gleichspannung vorgesehen, die mit ihren gleichstromseitigen Ausgängen über eine gemeinsame Drosselspule--3--kurzgeschlossen sind. Die beiden Stromrichter--l und 2--sind über einen Stromrichtertransformator--4--an das Drehstromnetz angeschlossen.
Der Stromrichter--l--wird beispielsweise mit einem verzögerten Zündzeitpunkt von ungefähr +900 und der Stromrichter--2--mit einem vorverlegten Zündzeitpunkt von ungefähr -900 betrieben. Der Stromrichter, der mit vorverlegtem Zündzeitpunkt betrieben wird, muss mit zünd- und löschbaren Ventilzweigen ausgestattet sein, die beispielsweise eine Phasenfolgelöschung ermöglichen.
Die Wirkungsweise einer erfindungsgemässen Einrichtung wird an Hand der Diagramme in Fig. 2
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grossen netzseitigen Teilstrom iN1 und der Teilstromrichter-2-mit vorverlegtem Zündzeitpunkt einen kleinen netzseitigen Teilstrom iN2 entgegengesetzter Polarität führt. Der netzseitige Gesamtstrom iN eilt der
Netzspannung uN um nahezu 900 voraus. Dies bedeutet eine induktive Blindleistung.
Durch Verkleinerung des netzseitigen Teilstromes iN1 des Teilstromrichters --1-- bei gleichzeitiger entsprechender Vergrösserung des netzseitigen Teilstromes iN2 des Teilstromrichters --2-- erhält man die Darstellung der Fig. 2b. Beide Teilströme i und i sind gleich gross, aber entgegengesetzt gerichtet. Beide Teilströme betragen die Hälfte des eingeprägten Gleichstromes i3 in der Drosselspule-3-. Der netzseitige Gesamtstrom iN und damit die Blindleistung ist Null.
Durch weitere Verkleinerung des netzseitigen Teilstromes in des Teilstromrichters--l--bei gleichzeitiger weiterer Vergrösserung des netzseitigen Teilstromes iN2 des Teilstromrichters--2--entsteht die Darstellung in Fig. 2c. Der netzseitige Gesamtstrom iN eilt der Netzspannung uN um nahezu 900 nach. Dies bedeutet eine kapazitive Blindleistung.
Die Diagramme in Fig. 2 lassen erkennen, dass eine erfindungsgemässe Einrichtung einen stetigen Übergang von induktiver zu kapazitiver Blindlast ermöglicht. Da die Drosselspule von einem eingeprägten Gleichstrom durchflossen wird, kann dies durch gegensinniges Ändern der Teilströme über die Zündwinkel der Teilstromrichter leicht erreicht werden.
Die Welligkeit des Gleichstromes in der Drosselspule --3-- braucht nicht extrem niedrig zu sein. Es genügt vielmehr, die Drosselspule so auszulegen, dass die Lückgrenze des Gleichstromes etwa beim halben Wert des Nenn-Gleichstromes oder sogar noch höher liegt. Damit bleibt die Drosselspule --3-- klein und ihre Verluste sind entsprechend gering.
Aus den Diagrammen der Fig. 2 erkennt man, dass die Kurvenform des netzseitigen Gesamtstromes iN dem normalen sechspulsigen Spektrum entspricht und sich mit der Blindlast praktisch nicht ändert. Bei Verwendung von zwei zwölfpulsigen Stromrichtern, die bei Anlagen grösserer Leistung vorteilhaft sind, kann die Drosselspule im Verhältnis zur kompensierenden Blindleistung noch kleiner dimensioniert werden. Der Grundschwingungsgehalt des netzseitigen Stromes bleibt dann ausserordentlich hoch.
Da in der Praxis die Kommutierung des Stromrichters eine Rolle spielt sowie die gesamten Verluste gedeckt werden müssen, bleiben die absoluten Werte der Zündwinkel etwas kleiner als 90 . Weiterhin haben die Gleichspannungen beider Stromrichter trotz eines Mittelwertes von nahezu Null zeitlich unterschiedliche Verläufe, so dass sich den ausgangsseitigen Gleichströmen Wechselströme überlagern, die nicht über die Drosselspule --3-- fliessen. Diese Wechselströme können wirksam begrenzt werden durch die Streuinduktivitäten des Stromrichtertransformators--4--, wenn dessen Kurzschlussspannung 20% oder mehr beträgt.
Fig. 3 zeigt eine prinzipielle Darstellung zur Erläuterung eines Betriebsverfahrens für eine erfindungsgemässe Einrichtung zur Blindleistungskompensation. Die Schaltung ist wie in Fig. 1. Der Teilstromrichter--l--mit Zündverzögerung ist in einen Leistungsteil-la-und einen Steuersatz--lb--mit einer vorgeschalteten
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einen Leistungsteil --2a-- und einen Steuersatz --2b-- mit einer vorgeschalteten Regeleinrichtung --2c-aufgegliedert. Der Regeleinrichtung-lc-des Teilstromrichters-l-ist eine Messeinrichtung-S-- zugeordnet, die die Blindleistung im Netz erfasst.
Die Regeleinrichtung-lc-vergleicht den Messwert der Blindleistung mit einem ihr intern vorgegebenen Sollwert und gibt eine entsprechende Steuerspannung zur
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vorgegebenen konstanten Sollwert für den eingeprägten Gleichstrom und erzeugt eine entsprechende Steuerspannung zur Beeinflussung des Zündwinkels des Steuersatzes--2b--.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung in einem Drehstromnetz mittels zweier Stromrichter mit gleicher Leerlaufgleichspannung und mit einer gleichstromseitigen Drosselspule, d a d u r c h g e k e n -
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