CH617046A5 - Device for compensating the idle power of a consumer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung eines Verbrauchers, der aus einem Wechselspannungsnetz gespeist ist, mit einem wechselspannungsseitig an das Wechselspannungsnetz angeschlossenen selbstgeführten Stromrichter, dessen steuerbare Ventile in Brückenschaltung angeordnet und zwangsweise löschbar sind. Eine solche Einrichtung ist beispielsweise aus der Zeitschrift «elektrowärme international» 32 (1974), Seiten B 326 bis B 334, insbesondere Bild 11 samt zugehöriger Beschreibung, bekannt.

Um Rückwirkungen auf das Wechselspannungsnetz durch einen symmetrischen oder unsymmetrischen Verbraucher, z. B. einen Lichtbogen-Schmelzofen, zu vermeiden oder gering zu halten, muss die Blindleistung des Verbrauchers kompensiert und die unsymmetrische Verteilung der Wirklast auf die einzelnen Netzphasen symmetriert werden. Auch im Interesse einer guten Wirkleistungsübertragung zwischen Wechselspannungsnetz und Verbraucher ist man bestrebt, den Leistungsfaktor des Wechselspannungsnetzes möglichst nahe Eins zu machen, also die Blindbelastung durch den Verbraucher weitgehend zu kompensieren. Da sich Blindleistung und Unsymmetrie des Verbrauchers fast sprungartig ändern können, müssen zur Kompensation und zur Symmetrierung Einrichtungen verwendet werden, die Stellzeiten im Bereich von Millisekunden besitzen, die also Blindleistungs-und Unsymmetrieänderungen sehr schnell ausregeln können.

Im folgenden ist nur von Blindleistungsänderungen die Rede. Induktive Blindlasten kann man durch mechanisches Zu-und Abschalten von Kondensatoren kompensieren («elektrowärme international» 32 [1974], Seiten B 326-B 334, insbesondere Bild 2 mit zugehöriger Beschreibung). Dies geschieht jedoch relativ langsam, und ein solches Zu- und Abschalten ist deshalb für eine schnelle Ausregelung nicht geeignet. Ausserdem ergeben sich durch das Zuschalten und Abschalten Spitzen in Netzspannung und Netzstrom. Ebenso bereitet die Resonanzeigenschaft der Kondensatoren zusammen mit der Netzinduktivität und der Induktivität einer eventuell vorgeschalteten Drosselspule Probleme.

Die eingangs genannte bekannte Einrichtung zur Blindleistungskompensation eines Verbrauchers («elektrowärme international» 32 [1974], S. B 326 bis B 334, insbesondere Bild 1 lb; Deutsche Offenlegungsschrift 2 247 819, insbesondere Fig. 1) enthält einen selbstgeführten Stromrichter oder sogenannten «Blindleistungsstromrichter», bei dem die Kommutierung gleichstromseitig stattfindet. Die steuerbaren Ventile sind in Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet. Gleichstromseitig ist an den Stromrichter ein Glättungskondensator angeschlossen. Eine besondere Energiequelle ist auf der Gleichstromseite nicht notwendig. Zur Begrenzung von Oberschwingungen sind in den wechselspannungsseitigen Zuleitungen Drosselspulen angeordnet. Durch Verstellen des Steuerwinkels des Stromrichters wird die wirksame Gesamtkapazität der Einrichtung verändert. - Diese bekannte Einrichtung stellt für das Wechselspannungsnetz unnötigerweise einen Wirkleistungsverbraucher dar. Diese Wirkungsleistung muss entweder in Widerständen in Wärme umgesetzt oder mittels einer Rückspeiseeinrichtung in das Wechselspannungsnetz zurückgespeist werden. Die Stellgeschwindigkeit liegt beim Kompensieren in der Grössen-ordnung einer Periode der Netzwechselspannung, was für manche Anwendungsfälle zu lang ist.

Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 2 247 819 ist es auch bereits bekannt, einen selbstgeführten Stromrichter, der • an ein Drehstromnetz angeschlossen ist, über eine Glättungsdrossel von einem netzgeführten Stromrichter mit eingepräg-

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tem Gleichstrom zu speisen. Der selbstgeführte Stromrichter benötigten Blindleistung geführt ist. Hierbei können pro ist hierbei mit vertauschter Phasenfolge an das Drehstromnetz Periode der Netzwechselspannung bevorzugt p Einschaltzei-

angeschlossen. Bei dieser Einrichtung handelt es sich jedoch ten vorgesehen sein, wobei p die Anzahl der Brückenzweige nicht um eine Einrichtung zur Blindleistungskompensation, des selbstgeführten Stromrichters ist. Prinzipiell könnte - um sondern um eine Symmetrierungseinrichtung für ein Dreh- 5 Oberschwingungen im Ausgangsstrom klein zu halten - die

Stromnetz. Anzahl der Einschaltzeiten ein Mehrfaches der Anzahl p sein,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung doch steigen mit wachsender Anzahl die Schaltverluste des zur Blindleistungskompensation eines Verbrauchers der ein- Gleichstromstellers und in den Ventilen des Stromrichters,

gangs genannten Art so auszugestalten, dass einerseits bei Gemäss einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist als

Blindleistungsänderungen ein besonders schnelles Ansprechen 10 Gleichstromquelle ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen,

und Kompensieren möglich ist und dass andererseits gleichzei- der wechselspannungsseitig an das Wechselspannungsnetz und tig der Wirkleistungsverbrauch möglichst gering bleibt. gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel an die gleich-

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass stromseitigen Anschlussklemmen des selbstgeführten Strom-

an die gleichstromseitigen Anschlussklemmen des selbstge- richters angeschlossen ist, dass der netzgeführte Stromrichter führten Stromrichters eine Gleichstromquelle zum Einspeisen 's auf konstanten Ausgangsstrom geregelt und dass der selbstge-

eines konstanten, der maximal zu kompensierenden Blindlei- führte Stromrichter in fester Phasenlage zur Netzwechselspan-

stung entsprechenden Gleichstroms angeschlossen ist, dass die nung gesteuert ist.

genannten gleichstromseitigen Anschlussklemmen durch einen Der netzgeführte Stromrichter kann insbesondere steuerparallel zu den Ventilen des Stromrichters liegenden Gleich- bare Ventile in Brückenschaltung umfassen.

stromsteiler miteinander verbunden sind, der mittels einer 20 Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die mit einem Steuereinrichtung mit einer Taktfrequenz gesteuert ist, die ein besonders geringen Aufwand an Bauelementen und wegen des ganzzahliges Vielfaches der Netzfrequenz der Netzwechsel- Fehlens eines netzgeführten Stromrichters ohne Verbrauch an Spannung ist und dass der Gleichstromsteller und die steuerba- Steuerblindleistung auskommt, ist dadurch gekennzeichnet, ren Ventile des selbstgeführten Stromrichters von der Steuer- dass als Gleichstromquelle eine Drosselspule vorgesehen ist, einrichtung so gesteuert sind, dass am Ausgang des Stromrich- 25 die über den selbstgeführten Stromrichter aus dem Wechseiters ein Ausgangsstrom mit netzfrequenter Grundschwingung spannungsnetz gespeist ist, und dass die Phasenlage des Aus-und einer bezüglich der Netzwechselspannung zumindest gangsstroms des selbstgeführten Stromrichters bezüglich der annähernd konstanten Phasenlage erzeugt wird. Netzwechselspannung um ein geringes abweichend von dem

Eine solche Einrichtung zur Blindleistungskompensation Wert, der durch das zur Kompensation der Blindleistung erfor-

lässt sich in einphasiger Ausführung in Verbindung mit einem 30 derliche System von Ausgangsströmen vorgegeben ist, so einphasigen Verbraucher oder in mehrphasiger Ausführung gesteuert ist, dass sich in der Drosselspule der konstante auch bei einem mehrphasigen Verbraucher einsetzen. Der Ver- Gleichstrom einstellt.

braucher kann dabei ohmisch-induktiv oder ohmisch-kapazitiv Eine besondere Gleichstromquelle ist hierbei also nicht sein. Beispielsweise wird die Einrichtung bei einem ohmisch- erforderlich. Diese Ausführungsform beruht auf der Erkennt-induktiven Verbraucher, z. .B. bei einem Lichtbogen-Schmelz- 35 nis, dass es letztlich gleichgültig ist, auf welche Weise am Ein-ofen, eingesetzt Auch ist beispielsweise ein Einsatz zur Kom- gang des selbstgeführten Stromrichters der konstante Gleichpensation von Hochspannungsleitungen möglich. ström erzeugt wird und woher die zur Aufrechterhaltung des Gegenüber der eingangs genannten bekannten Einrichtung Stromflusses in der Drosselspule benötigte Energie bezogen ergibt sich der Vorteil kleinerer Stellzeiten, eines sehr geringen wird. Bei dieser Ausgestaltung wird der selbstgeführte Strom-Wirkleistungsverbrauchs, der Einsparung der wechselspan- « richter also auch zur Erzeugung des Gleichstroms herangezo-nungsseitigen Drosselspule und des Glättungskondensators. gen. Hierbei ist ein geringer, dem ohmschen Widerstand der Als besonderer Vorteil wird es j edoch angesehen, dass die Ein- Drosselspule entsprechender Wirkleistungsverbrauch des richtung auf Blindleistungsänderungen sehr schnell ansprechen selbstgeführten Stromrichters zu verzeichnen. Um diese Wirkkann. Das liegt daran, dass bei einer solchen Blindleistungsän- leistung aufzubringen, wird gegenüber der Ausgestaltung mit derung der von der Gleichstromquelle gelieferte Gleichstrom 45 netzgeführtem Stromrichter die Phasenlage um einen geringen nicht geändert zu werden braucht. Betrag verändert. Dieser Betrag kann geringfügig verändert

Bei dieser Einrichtung ist der Gleichstromsteller in seinem werden, wenn aufgrund von Temperatureinflüssen oder ähnli-

Takt mit der Taktung des selbstgeführten Stromrichters ver- cher Veränderungen der Wirkleistungsverbrauch schwankt,

knüpft. Durch Veränderung der Einschaltdauer des Gleich- Zwischen dem selbstgeführten Stromrichter und dem stromstellers zusammen mit der des selbstgeführten Stromrich- so Wechselspannungsnetz kann zur Spannungsanpassung und bei ters lässt sich die Amplitude der Grundschwingung des Aus- Verwendung von höherpulsigen Schaltungen eventuell auch gangsstroms des selbstgeführten Stromrichters und damit die zur Unterdrückung bestimmter Oberschwingungen ein Trans-

in das Wechselspannungsnetz eingespeiste, zur Kompensation formater angeordnet sein. Weiterhin kann bei rein induktivem verwendete Blindleistung beeinflussen. Ausserdem kann durch Verbraucher vorgesehen sein, dass dem Verbraucher eine Kon-

das Zünden und Löschen der steuerbaren Ventile des selbstge- 55 densatorbatterie mit Vorschaltdrosseln parallel geschaltet ist.

führten Stromrichters die Phasenlage des Ausgangsstroms hin- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden sichtlich der Netzwechselspannung verändert werden. Die anhand von 14 Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Phasenlage kann dabei praktisch jeden beliebigen Winkel Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur annehmen. Bei der Kompensation von Blindleistung werden Kompensation von Blindleistung,

jedoch nur Werte von +900 und -90 °, d. h. induktive bzw. kapa- 60 Fig. 2 eine zweite Ausführungsform zur Kompensation von zitive Ausgangsströme benötigt. Die Phasenlage kann also ent- Blindleistung, die mit einer Drosselspule als Gleichstromquelle sprechend auf einen festen Wert gesteuert werden. auskommt,

Die Steuerung kann insbesondere so vorgenommen wer- Fig. 3 den Gleichstrom der Gleichstromquelle in Abhängig-

den, dass der Gleichstromsteller beidseitig symmetrisch zu keit von der Zeit,

äquidistanten Zeitpunkten eingeschaltet und der Stromrichter 65 Fig. 4 den unter Wirkung des Gleichstromstellers in den im Gegentakt hierzu stromleitend gesteuert ist, wobei die Ein- selbstgeführten Stromrichter eingespeisten Gleichstrom in schaltdauer des Gleichstromstellers und der einzelnen Ventile Abhängigkeit von der Zeit,

des Stromrichters in Abhängigkeit von der zur Kompensation Fig. 5 den durch den Gleichstromsteller fliessenden Gleich- ■

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ström in Abhängigkeit von der Zeit, sind als Messgrössen die Netzwechselspannung und der Netz-

Fig. 6 bis 11 Zeitdiagramme, die die Stromführungsdauer Wechselstrom zugeführt. Aus beiden Messgrössen werden von der einzelnen Ventile des selbstgeführten Stromrichters veran- der Steuereinrichtung 20 die vom Gleichstromsteller 18 und schaulichen, und dem Stromrichter 5 benötigten Steuergrössen (Einschaltdauer

Fig. 12 bis 14 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsströme 5 und Phasenlage) ermittelt. Hierdurch wird die benötigte Ampli-des selbstgeführten Stromrichters. tude der Ausgangsströme ii, h, Ì3 eingestellt und ihre Phasen-

Nach Fig. 1 speist ein Drehstrom-Generator 2 über ein drei- läge auf einem vorgegebenen Wert, nämlich +90 ° oder -90 °, phasiges Wechselspannungsnetz 3 mit den Phasenleitern R, S, festgehalten.

T einen Verbraucher 4 mit einer Netzwechselspannung der Die Einrichtung zur Blindleistungskompensation nach

Netzfrequenz fn = 1/Tn. Als Verbraucher 4 ist hier speziell eine 10 Fig. 2 zeigt weitgehend denselben Aufbau wie diejenige nach induktive dreiphasige Last vorgesehen, also eine Last, die Fig. 1. Es ist jedoch eine andere Gleichstromquelle 10 vorgese-

induktive Blindleistung verbraucht. Das kann beispielsweise ein hen, die wesentlich einfacher aufgebaut ist. Als Gleichstrom-Lichtbogen-Schmelzofen sein. Prinzipiell kann es sich bei dem quelle 10 wird hier - in Verbindung mit dem selbstgeführten Verbraucher 4 auch um eine kapazitive Last handeln. Es wird Stromrichter 5 - eine Drosselspule 23 herangezogen, die paral-im folgenden vorausgesetzt, dass der Verbraucher 4 symme- 15 lei zum Gleichstromsteller 18 geschaltet ist. Diese Drosselspule trisch ist oder durch eine nicht gezeigte Symmetrierungsein- 23 verbindet die beiden Anschlussklemmen 7,8 des Stromrich-richtung bereits symmetriert ist. ters 5.

Der Bedarf des Verbrauchers 4 an induktiver Blindleistung Damit sich in der Drosselspule 23 ein konstanter Gleich wird durch eine selbsttätig arbeitende elektronische Einrich- ström Id einstellt, wird bei der Einrichtung nach Fig. 2 die Pha-tung zur Blindleistungskompensation gedeckt. Diese ist zwi- 20 senlage der einzelnen Ausgangsströme ii, h, Ì3 des selbstgeführ-schen dem Drehstrom-Generator 2 und dem Verbraucher 4 ten Stromrichters 5 bezüglich der Netzwechselspannung auf angeordnet. Sie ist so aufgebaut, dass sie die Blindleistung im einen Wert ungleich ±900 el geregelt. Die Abweichung Wechselspannungsnetz 3 möglichst weitgehend kompensiert gegenüber dem Wert ±90° el ist nur gering. Sie entspricht dem und bei Blindleistungsänderungen sehr schnell anspricht. im ohmschen Widerstand der Drosselspule 23 verbrauchten

Die Einrichtung zur Blindleistungskompensation, die für *s Wirkleistung und den Schaltverlusten. Im Unterschied dazu den Verbraucher 4 die erforderliche induktive Blindleistung lie- kann bei der Einrichtung nach Fig. 1 die Phasenlage der einzel-fert, umfasst einen selbstgeführten Stromrichter 5 mit p = 6 nen Ausgangsströme ii, Ì2, Ì3 bezüglich der Netzwechselspan-steuerbaren Ventilen A bis F in Drehstrom-Brückenschaltung. nung genau auf einem Wert +90 ° el oder -900 el konstant Die Ventile A bis F sind jeweils einzeln einschaltbar und gehalten werden.

zwangsweise löschbar. Die Ventile A, B und C, D und E, F sind 30 Der netzgeführte Stromrichter 11 wird vom Steuersatz 15 jeweils in gegenüberliegenden Brückenzweigen angeordnet. so gesteuert, dass die Stromquelle 10 einen eingeprägten, der Jedes der Ventile A bis F kann dabei aus einem Hauptthyristor maximal zu stellenden Blindleistung entsprechenden Gleichbestehen, dem die Reihenschaltung eines Löschkondensators ström Id erzeugt. Der zeitliche Verlauf des Gleichstroms Id über und eines Löschthyristors parallel geschaltet ist (DT-OS eine Periodendauer Tn der Netzwechselspannung ist in Fig. 3

2247 819, Fig. 2). Die wechselstromseitigen Ausgangsklemmen 35 dargestellt.

U, V, W des Stromrichters 5 sind über einen Transformator 6 in im folgenden wird anhand der Fig. 3 bis 14 die Steuerung Stern-Stern-Schaltung an das Wechselspannungsnetz 3 ange- der Einrichtung zur Blindleistungskompensation nach Fig. 1 schlössen. Zur Unterdrückung von bestimmten Oberschwin- näher beschrieben.

gungen kann der Transformator 6 abweichend davon auch in a) Es sei zunächst angenommen, dass der Gleichstromstel-

mehrpulsiger Schaltung ausgeführt sein. Eine Kondensatorbat-40 1er 18 dauernd gesperrt ist. Dann besitzt der Gleichstrom If hin-terie 9 mit Vorschaltdrosseln liegt parallel zum Verbraucher 4. ter dem Gleichstromsteller 18 (= Eingangsstrom des Strom-An die beiden gleichstromseitigen Anschlussklemmen 7 richters 5) denselben Zeitverlauf wie der Gleichstrom Id vor und 8 des selbstgeführten Stromrichters 5 ist eine Gleichstrom- dem Gleichstromsteller 18 (= Ausgangsstrom der Stromquelle quelle 10 angeschlossen. Diese liefert einen konstanten, der 10). Es gilt If = Id. In Fig. 4 gilt dann ein nicht eingezeichneter maximal zu kompensierenden Blindleistung entsprechenden « vönjg waagerechter Zeitverlauf. Bei Fig. 5 wäre der Strom Ie im Gleichstrom Id, der in einem Stromregelkreis konstant gehal- Gleichstromsteller 18 stets Null.

ten wird. Als Gleichstromquelle 10 ist nach Fig. 1 ein netzge- Die einzelnen zünd- und löschbaren Ventile A bis F des führter Stromrichter 11 mit steuerbaren Ventilen in Dreh- selbstgeführten Stromrichters 5 werden von der Steuereinrich-

strom-Brückenschaltung vorgesehen, der wechselspannungs- tung 20 nach einem bestimmten Pulsprogramm gesteuert.

seitig über einen Eingangstransformator 12 in Stern-Stern- so Dadurch wird der Gleichstrom If zyklisch auf alle drei Phasen-Schaltung an das Wechselspannungsnetz 3 und gleichstromsei- ausgänge des selbstgeführten Stromrichters 5 verteilt. In jeder tig über eine Glättungsdrossel 13 an die Anschlussklemmen 7,8 Periode T„ der Netzfrequenz fn erhält jedes Ventil A bis F einen angeschlossen ist. Der Stromrichter 11 muss hierbei zwar für Zündimpuls. Der selbstgeführte Stromrichter 5 wird also mit den vollen Strom, braucht aber nur für eine kleine Leistung aus- Netzfrequenz fn gesteuert. Jedes Ventil A bis F ist dabei wäh-gelegt zu sein. Die Zündimpulse für die steuerbaren Ventile des ss rencj ejner Einschaltdauer, die durch Tn/3 gegeben ist, einge-netzgeführten Stromrichters 11 werden von einem Steuergerät schaltet. Nach Ablauf dieser Einschaltdauer wird es zwangs-15 geliefert, das aus dem Wechselspannungsnetz 3 gespeist und weise gelöscht.

mit diesem synchronisiert ist. Zur Messung des Stroms ist eine Aus den Fig. 6 bis 11 (gestrichelter Verlauf) ist die zeitliche

Messeinrichtung 14 vorgesehen, die im Gleichstrom-Zwischen- Verteilung der stromleitenden Zustände der einzelnen Ventile kreis angeordnet und Bestandteil des (nicht näher gezeigten) eo a. bis F ersichtlich. Danach ist die Zündfolge durch die aufein-Stromregelkreises ist. anderfolgende Zündung der Ventile A-F-C-B-E-D gegeben.

Die gleichstromseitigen Anschlussklemmen 7 und 8 des Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden selbstgeführten Stromrichters 5 sind durch einen Gleichstrom- Zündungen beträgt jeweils Tn/6. Ventile benachbarter Brük-steller 18 miteinander verbunden. Der Gleichstromsteller 18, kenzweige, z. B. die Ventile A und B, werden im zeitlichen im Prinzip ein zünd- und löschbares Ventil, ist so gepolt, dass er 65 Abstand Tn/2 gezündet.

parallel zu den Ventilen A bis F liegt. Der Gleichstromsteller 18 Die dargestellte Stromverteilung der Ventile A bis F hat zur und der selbstgeführte Stromrichter 5 werden von einer Folge, dass sich drei gegeneinander um 120 ° el phasenverscho-

Steuereinrichtung 20 gesteuert. Dieser Steuereinrichtung 20 bene Ausgangsströme ii, 12, Ì3 einstellen. Ihr Zeitverlauf ist in

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den Fig. 12 bis 14 gezeigt. Für die hier zunächst durchgeführte frequenz fg, im vorliegenden Fall also fg = 6fn wählen, um die

Betrachtung (If = Id) gilt wiederum j eweils der gestrichelte Zeit- Schaltverluste im Gleichstromsteller 18 und im Stromrichter 5

verlauf. Pro Periode T„ ergeben sich danach jeweils eine posi- gering zu halten. Pro Periode Tn = l/fn der Netzwechselspan-

tive und eine negative Strom-Zeit-Fläche der Dauer Tn/3. Diese nung sind dann p = 6 Einschaltzeiten des Gleichstromstellers beiden Strom-Zeit-Flächen sind durch eine stromlose Pause der s 18 und zwei Einschaltzeiten je Ventil A bis F des Stromrichters

Dauer Tn/6 voneinander getrennt. Für das Drehstromsystem 5 zu verzeichnen.

gilt immer die Beziehung ii + i3 + is = 0. Es wird über den Trans- Nach Fig. 6 bis 11 werden durch die Gleichstromsteller 18

formator 6 in das Wechselspannungsnetz 3 eingespeist. und durch Ein- und Abschalten der Ventile A bis F aus jedem

Durch geeignetes Zünden und Löschen der Ventile A bis F Block der Dauer Tn/3 Teilstücke «ausgeblendet». Jedes Ventil könnten bei der Einrichtung nach Fig. 1 die drei Ausgangs- 10 A bis F hat nunmehr pro Periodendauer Tn zwei stromleitende ströme ii, Ì2, Ì3 bezüglich der dreiphasigen Netzwechselspan- Zustände, die symmetrisch innerhalb des gestrichelt gezeichne-

nung prinzipiell jeden beliebigen Phasenwinkel einnehmen. ten Blockes der Dauer Tn/3 liegen und eine steuerbare Breite

Das heisst, dass sich der selbstgeführte Stromrichter 5 bei ge- haben. Sie können bei maximaler Ansteuerung maximal zusam-

eigneter Steuerung auch rein induktiv oder auch rein kapazitiv men die Dauer Tn/3 besitzen. Jede Einschaltflanke eines der gegenüber dem Wechselspannungsnetz 3 verhalten kann, ohne is Ventile A bis F fällt mit einer Abschaltflanke des Gleichstrom-

dass ein externer Kondensator benötigt wird. Bei einem induk- stellers 18 zeitlich zusammen. Entsprechend fällt jede Abschalt-

tiven Verbraucher 4 sorgt nun die Steuereinrichtung 20 speziell flanke eines der Ventile A bis F mit einer Einschaltflanke des für die richtige Phasenbeziehung der Zünd- und Löschimpulse Gleichstromstellers 18 zusammen. Insofern werden Gleich-

des selbstgeführten Stromrichters 5 und des Gleichstromstel- stromsteller 18 und Stromrichter 5 im Gegentakt zueinander lers 18 gegenüber der Netzwechselspannung und damit für das 20 gesteuert. Jeder stromleitende Zustand eines der Ventile A bis soeben erwähnte rein kapazitive oder induktive Verhalten des F liegt beidseitig symmetrisch zu den Zeitpunkten (ti + Tg/2).

Stromrichters 5. Mit anderen Worten: Die Phasenlage der Aus- Die Zündfolge der Ventile A bis F ist nunmehr durch die Ven-

gangsströme ii, i2, i3 (d. h. die Zünd- und Löschzeitpunkte der tile (D und A), (A und F), (F und C), (C und B), (B und E), (E und

Ventile A bis F des selbstgeführten Stromrichters 5) ist durch D), (D und A) usw. gegeben, wobei die angegebenen Ventil-

die Steuerung auf +900 oder —900 festgehalten und somit fest 25 paare stets gleichzeitig gezündet und gelöscht werden.

mit der Phasenlage der Netzwechselspannung verknüpft. Zur Veränderung der Phasenlage der Ausgangsströme ii, '12,

Der selbstgeführte Stromrichter 5 ist - wie in Fig. 1 darge- i3 werden die Zeitpunkte ti in Fig. 5 einerseits und in Fig. 6 bis 11

stellt - in Drehstrom-Brückenschaltung ausgeführt. D. h., alle andererseits gemeinsam gegenüber den Nulldurchgängen der drei Phasenausgänge des Stromrichters 5 sind miteinander ver- Netzwechselspannung verschoben. Durch Variation der Dauer knüpft. Infolge der zyklischen Verteilung des Gleichstroms If 30 Te wird die Grundschwingungsamplitude der Ströme ii, i2, Ì3 ein-

auf alle drei Phasenausgänge kann der Ausgangsstrom ii, 12, Ì3 gestellt.

an einem einzelnen Phasenausgang nie unabhängig von den Aus den Fig. 12 bis 14 geht weiter hervor, dass durch die anderen Ausgangsströmen geändert werden, also z. B. auch Wirkung des Gleichstromstellers 18 und der getakteten Ventile nicht unabhängig zu Null gemacht werden. Es ist demnach nur A bis F jede der gestrichelt eingezeichneten positiven und ein symmetrisches Stellen möglich. Die Einrichtung kann daher 35 negativen Strom-Zeit-Flächen in zwei kleinere Teilflächen ver-nur zur Kompensation symmetrischer Blindstromsysteme ver- änderbarer Gesamtbreite unterteilt wird. Bei Wahl einer höhewendet werden. Ist der Verbraucher 4 unsymmetrisch, so muss ren Taktfrequenz fg erhält man mehr als zwei solcher Teilflä-er zuerst durch eine getrennte Einrichtung symmetriert wer- chen. Die beiden eingezeichneten Teilflächen liegen jeweils den. symmetrisch zur Mitte der gestrichelt dargestellten Strom-

b) Nunmehr wird die Voraussetzung aufgegeben, dass stets 40 Zeit-Flächen und symmetrisch zu den Zeitpunkten (ti + Tg/2). Id = If gelten soll, d. h. der Gleichstromsteller 18 soll nunmehr Aus den Fig. 4 bis 14 ist weiter ersichtlich, dass sich durch ebenfalls betrieben werden. Variation der Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 und

Durch Variation der Einschaltdauer dieses Gleichstrom- der Ventile A bis F die Amplitude der Grundschwingung der stellers 18 und gleichzeitig der Ventile A bis F des Stromrich- einzelnen Ausgangsströme ii, i2, i3 und damit das eingespeiste ters 5 wird die Amplitude der Grundschwingung der drei Aus- 45 Blindstromsystem dem Betrage nach einstellen lässt. Wird im gangsströme ii, Ì2, i3 beeinflusst. übrigen diese Variation symmetrisch zu den erwähnten äquidi-

Nach Fig. 4 wird durch den Betrieb des Gleichstromstellers stanten Zeitpunkten tj (vgl. Pfeile in Fig. 4) vorgenommen, so

18 der in den selbstgeführten Stromrichter 5 fliessende Gleich- bleiben bei der Variation auch die Ausgangsströme ii, Ì2, Ì3 sym-

strom If in Strom-Zeit-Blöcke veränderbarer Breite unterteilt. metrisch.

Die Breitenänderung ist durch horizontale Pfeile angedeutet. 50 Die Steuerung der Einschaltdauer Te des Gleichstromstel-Die stromlose Pause zwischen den einzelnen Strom-Zeit-Blök- iers 18 und der Stromführungsdauer der Ventile A bis F wird ken ist durch die jeweilige Einschaltdauer Te des Gleichstrom- folglich in Abhängigkeit von der zu kompensierenden Blindleistellers 18 gegeben. Das ist aus Fig. 5 ersichtlich. stung des Verbrauchers 4 vorgenommen, wobei nach Fig. 1 die

Der Gleichstromsteller 18 ist im stationären Betrieb jeweils Blindleistung nach Betrag und Art (induktiv oder kapazitiv)

beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten tj (i = 1,2, 55 durch Strom- und Spannungsmessung ermittelt wird. Die

3,...) eingeschaltet. Die Zeitpunkte ti sind durch die erforderliche Steuereinrichtung 20 wird daher im allgemeinen einen (nicht

Phasenlage der Grundschwingung der Ausgangsströme ii, i2, i3 gezeigten) Regler enthalten, der in Abhängigkeit der Abwei-

gegenüber der Netzwechselspannung gegeben. In Fig. 1 sind chung der gemessenen Blindleistung von einem vorgegebenen sie fest, in Fig. 2 durch die Stromregelung gegeben. Der gegen- Sollwert die Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 und seitige Abstand Tg der äquidistanten Zeitpunkte tj ist nach der eo die Stromführungsdauer der Ventile A bis F verstellt.

Beziehung fg = 1/Tg durch die Taktfrequenz fg des Gleichstrom- Als besonders vorteilhaft wird eine Eigenschaft der Einrich-stellers 18 gegeben. Die Taktfrequenz fg ist dabei ein ganzzahli- tung nach Fig. 1 und 2 angesehen, die darin besteht, dass die ges Vielfaches p der Netzfrequenz fn. Die Zahl p ist dabei ein Ausgangsströme ii, h, Ì3 in ihrer Grundschwingungsamplitude ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Brückenzweige des sehr schnell über eine zueinander gegensinnige Änderung der selbstgeführten Stromrichters 5. Bei Verwendung einer Dreh- es Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 und der Stromstrom-Brückenschaltung (p = 6) kann die Taktfrequenz fg also führungsdauer der Ventile A bis F verändert werden können, gleich der 6-, 12-, oder der 18fachen Netzfrequenz f„ sein. Das liegt daran, dass nicht der eingeprägte Gleichstrom Id Im einfachsten Fall wird man die niedrigst mögliche Takt- selbst in Abhängigkeit vom Blindleistungsbedarf gesteuert wer-

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den muss. Mit Hilfe des Gleichstromstellers 18 wird vielmehr, angepasst an den Blindleistungsbedarf, pro Periode nur ein mehr oder weniger grosser Bruchteil dieses Gleichstroms Id gleichsam «herausgeblendet» und für die Blindleistungskompensation herangezogen. Da zwischen dem Eingang des selbstgeführten Stromrichters 5 und der Einspeisestelle am Wechselspannungsnetz 3 keine nennenswerten Energiespeicher vorhanden sind, kann sich eine Änderung des zufliessenden Gleichstroms If unverzögert als Änderung der eingespeisten Blindleistung auswirken.

Es wird nun noch einmal die Einrichtung zur Blindleistungs6

kompensation nach Fig. 2 betrachtet. Bei dieser Einrichtung muss durch die Steuereinrichtung 20 gewährleistet sein, dass über die Drosselspule 23 stets ein eingeprägter Gleichstrom Ij vorgegebener Höhe fliessen kann. Im Unterschied zur Einrich-5 tung nach Fig. 1 muss die Steuereinrichtung 20 so aufgebaut sein, dass die Phasenlage der Ausgangsströme ii, Ì2, Ì3 bezüglich der entsprechenden Wechselspannungen um einen geringen Betrag abweichend von 90° el einstellbar ist. Die Höhe dieser Abweichung bemisst sich nach der Grösse der ohmschen Ver-10 luste der Drosselspule 23. Die erforderliche Abweichung wird vom Stromregelkreis selbsttätig eingestellt.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

617046 PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Kompensation der Blindleistung eines Verbrauchers, der aus einem Wechselspannungsnetz gespeist ist, mit einem wechselspannungsseitig an das Wechselspannungsnetz angeschlossenen selbstgeführten Stromrichter, dessen steuerbare Ventile in Brückenschaltung angeordnet und zwangsweise löschbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an die gleichstromseitigen Anschlussklemmen (7,8) des selbstgeführten Stromrichters (5) eine Gleichstromquelle (10) zum Einspeisen eines konstanten, der maximal zu kompensierenden Blindleistung entsprechenden Gleichstrom (Id) angeschlossen ist, dass die genannten gleichstromseitigen Anschlussklemmen (7,8) durch einen parallel zu den Ventilen (A bis F) des Stromrichters (5) liegenden Gleichstromsteller (18) miteinander verbunden sind, der mittels einer Steuereinrichtung (20) mit einer Taktfrequenz (fg) gesteuert ist, die ein ganzzahliges Vielfaches (p) der Netzfrequenz (fn) der Netzwechselspannung ist, und dass der Gleichstromsteller (18) und die steuerbaren Ventile (A bis F) des selbstgeführten Stromrichters (5) von der Steuereinrichtung (20) so gesteuert sind, dass am Ausgang des Stromrichters (5) ein Ausgangsstrom (ii, Ì2, Ì3) mit netzfrequenter Grundschwingung und einer bezüglich der Netzwechselspannung zumindest annähernd konstanten Phasenlage erzeugt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleichstromsteller (18) beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten (tj) eingeschaltet und der Stromrichter (5) im Gegentakt hierzu stromleitend gesteuert ist, wobei die Einschaltdauer (Te) des Gleichstromstellers (18) und der einzelnen Ventile (A bis F) des Stromrichters (5) in Abhängigkeit von der zur Kompensation benötigten Blindleistung geführt ist (Fig. 4).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro Periode (T„) der Netzwechselspannung p Einschaltzeiten (Te) vorgesehen sind, wobei p die Anzahl der Brückenzweige des selbstgeführten Stromrichters (5) ist (Fig. 4).

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichstromquelle (10) ein netzgeführter Stromrichter (11) vorgesehen ist, der wechselspannungsseitig an das Wechselspannungsnetz (3) und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel (13) an die gleichstromseitigen Anschlussklemmen (7,8) des selbstgeführten Stromrichters (5) angeschlossen ist, dass der netzgeführte Stromrichter (11) auf konstanten Ausgangsstrom (Id) geregelt ist und dass der selbstgeführte Stromrichter (5) in fester Phasenlage zur Netzwechselspannung gesteuert ist (Fig. 1).

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der netzgeführte Stromrichter (11) steuerbare Ventile in Brückenschaltung umfasst (Fig. 1).

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Gleichstromquelle (10) eine Drosselspule (23) vorgesehen ist, die über den selbstgeführten Stromrichter (5) aus dem Wechselspannungsnetz (3) gespeist ist, und dass mittels der Steuereinrichtung (20) die Phasenlage des Ausgangsstroms (ii, Ì2, Ì3) des selbstgeführten Stromrichters (5) bezüglich der Netzwechselspannung auf einen solchen Wert gesteuert ist, dass sich in der Drosselspule (23) der konstante Gleichstrom (Id) einstellt (Fig. 2).

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem wechselspannungsseitigen Ausgang des selbstgeführten Stromrichters (5) und dem Wechselspannungsnetz (3) ein Transformator (6) angeordnet ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbraucher (4) eine Kondensatorbatterie (9) mit Vorschaltdrosseln parallel geschaltet ist (Fig. 1 und 2).