DE1171515B

DE1171515B - Active or reactive power-dependent compensation device with ring modulator

Info

Publication number: DE1171515B
Application number: DEF34275A
Authority: DE
Inventors: Pierre Moury
Original assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Current assignee: Forges et Ateliers de Constructions Electriques de Jeumont SA
Priority date: 1960-07-07
Filing date: 1961-06-27
Publication date: 1964-06-04

Description

Wirk- oder blindleistungsabhängige Kompensationseinrichtung mit Ringmodulator Die Erfindung betrifft eine Anordnung, welche unter Ausnutzung der Eigenschaften von Ringmodulatoren feststellt, ob die von einer elektrischen Leitung übertragene elektrische Leistung größer oder kleiner als ein vorbestimmter Pegel ist und gegebenenfalls den Leistungsfaktor regelt.Active or reactive power dependent compensation device with ring modulator The invention relates to an arrangement which, taking advantage of the properties of ring modulators determines whether the transmitted by an electrical line electrical power is greater or less than a predetermined level and optionally regulates the power factor.

Es sind bereits Einrichtungen zur selbsttätigen Phasenregelung bekannt, bei denen Zweiringmodulatoren Verwendung finden, denen ein Quotientenmeßgerät zur Aussteuerung eines Stellgliedes nachgeschaltet ist. Weiterhin sind Anordnungen zur selbsttätigen Blindleistungsregelung bekanntgeworden, deren Meßfühler aus Wandlern bestehen, die den Einfluß einer verketteten Spannung und des Stromes der dritten Leistung eines Drehstromsystems berücksichtigen.Devices for automatic phase control are already known, where two ring modulators are used, which a quotient measuring device for Control of an actuator is connected downstream. Furthermore, there are arrangements for automatic reactive power control has become known, their sensors from converters consist that the influence of a line-to-line voltage and the current of the third Take into account the power of a three-phase system.

Die Erfindung bezweckt demgegenüber eine vereinfachte spannungs- und stromabhängige Ringmodulationsschaltung, der eine Kippeinrichtung derart nachgeschaltet ist, daß die gesamte Kompensationseinrichtung auf die Wirk- sowie auf Blindleistungen anspricht, welche positiv und negativ sein können. Sie arbeitet also wie das übliche Leistungsrelais.The invention aims at a simplified tension and current-dependent ring modulation circuit, which is followed by a flip-flop is that the entire compensation device on the active and reactive powers addresses, which can be positive and negative. So she works like the usual Power relay.

Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zur Speisung des Ringmodulators Meßwandler vorgesehen sind, deren Stromkreise miteinander durch einen einstellbaren, proportional zur verketteten Spannung erregten Spannungsteiler derart gekoppelt sind, daß die am Ausgang des Modulators auftretende Detektorspannung jedesmal durch Null geht und dadurch eine Kippschaltung betätigt, wenn die gemessene Wirk- oder Blindleistung eines Leitungssystems durch einen Schwellenwert geht, der durch Einstellung des Spannungsteilers vorbestimmt werden kann.According to the invention this is achieved in that to feed the Ring modulator transducers are provided, the circuits of which are connected to each other by a adjustable, proportional to the line voltage excited voltage divider such are coupled that the detector voltage occurring at the output of the modulator each time goes through zero and thereby actuates a toggle switch when the measured effective or reactive power of a line system goes through a threshold value that goes through Setting of the voltage divider can be predetermined.

Bei dieser Ausbildung arbeitet der Detektorteil der Kompensationseinrichtung unter den hinsichtlich der Genauigkeit günstigsten Bedingungen, und er kann ein Steuerglied, z. B. ein elektromagnetisches Relais, über eine transistorbestückte Kippschaltung betätigen, welche die Ansprechempfindlichkeit vergrößert.In this embodiment, the detector part of the compensation device works under the most favorable conditions in terms of accuracy, and he can be a Control member, e.g. B. an electromagnetic relay, via a transistor-equipped Actuate the toggle switch, which increases the response sensitivity.

Zur Vereinfachung der nachstehenden Ausführungen wird als Beispiel der Sonderfall betrachtet, bei welchem die Anordnung als ein Blindleistungsrelais arbeitet, welches an ein Drehstromnetz oder eine Drehstromleitung angeschlossen ist. Wenn die Blindleistung einen gewissen mit p bezeichneten Schwellenwert übersteigt, soll sie dies anzeigen bzw. automatisch eine Kondensatorenbatterie in Betrieb nehmen oder abschalten, wenn die Blindleistung kleiner als dieser Schwellenwert wird. Weiter unten wird gezeigt, wie bei leichter Abänderung ihrer Verbindungen diese Anordnung auch als Wirkleistungsrelais arbeiten kann.To simplify the following, an example considered the special case in which the arrangement is used as a reactive power relay works, which is connected to a three-phase network or a three-phase line is. If the reactive power exceeds a certain threshold indicated by p, should it indicate this or automatically start a battery of capacitors or switch off when the reactive power is less than this threshold value. Further Below is shown how this arrangement can be achieved by slightly altering their connections can also work as an active power relay.

Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert. Darin zeigt F i g. 1 das Prinzipschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung und F i g. 2 ein Zeigerdiagramm zur Erläuterung ihrer Arbeitsweise.The invention is given by way of example with reference to the drawing explained. In it, F i g. 1 shows the basic circuit diagram of the device according to the invention and F i g. 2 is a phasor diagram to explain its mode of operation.

Man sieht in F i g. 1 mit a, b und c die drei Phasen einer elektrischen Leitung L und mit 1 einen Ringmodulator bezeichnet, der aus einer bekannten Schaltung von Gleichrichtern 1 a und Widerständen 1 b besteht. Er wird über Transformatoren 2 und 3 gespeist. Der letztere erhält seinen Primärstrom von einem Stromwandler 4 über einen Zwischentransformator 5. Die Sekundärwicklung des Transformators 5 speist einen Widerstand 6 mit einer zum Netzstrom in der Phase c proportionalen Spannung U4.One sees in FIG. 1 with a, b and c denotes the three phases of an electrical line L and with 1 a ring modulator, which consists of a known circuit of rectifiers 1 a and resistors 1 b. It is fed via transformers 2 and 3. The latter receives its primary current from a current transformer 4 via an intermediate transformer 5. The secondary winding of the transformer 5 feeds a resistor 6 with a voltage U4 proportional to the mains current in phase c.

Zwei entgegengesetzte Klemmen des Ringmodulators 1 erhalten eine Spannung Ui, welche von der Sekundärwicklung 2 a _ geliefert wird und zu der Spannung zwischen den Phasen a und b proportional ist. Die beiden anderen Klemmen erhalten eine Spannung U'2, welche von der Sekundärwicklung 3 a des Transformators 3 geliefert wird. Infolge der dargestellten Verbindungen ist diese Spannung zu der geometrischen Summe U2 der Vektoren U3 und U4 proportional, welche zu der Spannung zwischen den Phasen a und b bzw. zu dem Strom der Phase c proportional sind.Two opposite terminals of the ring modulator 1 receive a voltage Ui, which is supplied by the secondary winding 2 a _ and is proportional to the voltage between the phases a and b. The other two terminals receive a voltage U'2, which is supplied by the secondary winding 3 a of the transformer 3. As a result of the connections shown, this voltage is proportional to the geometric sum U2 of the vectors U3 and U4, which are proportional to the voltage between phases a and b or to the current of phase c.

Den Spannungsvektor U3 liefert ein durch eine Zusatzwicklung 2 b des Transformators 2 gespeister Spannungsteiler 7; er gestattet die beliebige Einstellung von U3, wobei die Verbindungen so ausgeführt sind, daß dieser Vektor U3 der Blindkomponente der Spannung U4 entgegengesetzt ist. Durch Einstellung des Spannungsteilers 7 kann die Spannung U3 mit dieser Blindkomponente gleich gemacht werden.The voltage vector U3 is supplied by an additional winding 2 b of the Transformer 2 fed voltage divider 7; it allows any setting of U3, the connections being made in such a way that this vector U3 is the reactive component the voltage U4 is opposite. By setting the voltage divider 7 can the voltage U3 can be made equal to this reactive component.

Die zwischen den Mittelanzapfungen der Wicklungen 2 a und 3 a auftretende und als Detektorspannung U bezeichnete Potentialdifferenz wird über eine Glättungsdrossel 8 an eine transistorbestückte Kippschaltung 9 angelegt, welche sonst mittels einer konstanten Hilfsgleichspannung arbeitet; diese letztere wird etwa durch Gleichrichtung der Klemmenspannung des Widerstandes 7 mittels Dioden 10, Kondensatoren 11 und einer Glättungsdrossel 12 hergestellt.The potential difference occurring between the center taps of the windings 2 a and 3 a and referred to as the detector voltage U is applied via a smoothing choke 8 to a transistor-equipped flip-flop circuit 9, which otherwise works by means of a constant auxiliary DC voltage; the latter is produced, for example, by rectifying the terminal voltage of the resistor 7 by means of diodes 10, capacitors 11 and a smoothing choke 12.

Die Kippschaltung 9 speist ein geeignetes Steuerglied, z. B. ein elektromagnetisches Relais 13, welches mit oder ohne Verzögerung die In- oder Außerbetriebsetzung einer entsprechenden nicht dargestellten Kondensatorenbatterie steuern kann.The flip-flop 9 feeds a suitable control member, e.g. B. an electromagnetic Relay 13, which with or without delay the activation or deactivation of a can control corresponding capacitor bank, not shown.

Vor der Beschreibung der Arbeitsweise der Vorrichtung, welche im wesentlichen auf einer neuen Anwendung des Ringmodulators beruht, sei zunächst erinnert, daß der Mittelwert der Detektorspannung U, welche zwischen den Mittelpunkten der Wicklungen 2a und 3a abgenommen wird, annähernd dem Vektorprodukt der Spannungen U1 und U2 gleich ist, d. h. dem Ausdruck U1 - U2 - cos 99, wobei qp der Winkel zwischen den beiden Spannungen U1 und Uz ist (es ist zu bemerken, daß cos T nicht den Leistungsfaktor der Leitung L darstellt).Before describing the operation of the device, which is essentially based on a new application of the ring modulator, it should first be remembered that the mean value of the detector voltage U, which is taken between the centers of the windings 2a and 3a, is approximately the vector product of the voltages U1 and U2 equals the expression U1 - U2 - cos 99, where qp is the angle between the two voltages U1 and Uz (note that cos T does not represent the power factor of line L).

Diese Beziehung wird streng richtig, wenn dieses Produkt einen kleinen Wert annimmt. Erfindungsgemäß wird die Genauigkeit dadurch erzielt, daß bei gewünschten Werten der Meßleistungen der Wert von cos 9-@ sehr klein gemacht wird. Dabei ist die Verwendung einer Kippschaltung 9 besonders vorteilhaft, da sie in der einen oder der anderen Richtung durch geringe Änderungen der Spannung U zum Ansprechen gebracht werden kann, wenn die Meßwerte beiderseits von Null liegen oder, anders ausgedrückt, wen der Kosinus des Winkels (p sehr nahe bei Null liegt.This relationship will be strictly correct when this product is a small one Assumes value. According to the invention, the accuracy is achieved in that at desired Values of the measured powers the value of cos 9- @ is made very small. It is the use of a flip-flop 9 is particularly advantageous because it is in the one or the other direction through small changes in the voltage U to respond can be brought when the measured values are on both sides of zero or, otherwise expressed when the cosine of the angle (p is very close to zero.

F i g. 2 zeigt, wie dieser Winkel (p durch die Wahl der verschiedenen Kenngrößen so eingestellt werden kann, daß er in der Nähe von 90° liegt. In diesem Zeigerdiagramm ist der die Spannung der Phase a-b darstellende Vektor U1 auf die Abszissenachse gelegt. Unter Berücksichtigung der Phasenwinkel der die Transformatoren 2 und 5 speisenden Spannungen kann nun der Vektor der Blindleistung der Phase c in die Abszissenachse und der Vektor ihrer Wirkleistung in die Ordinatenachse gelegt werden.F i g. 2 shows how this angle (p can be set so that it is close to 90 ° by selecting the various parameters. In this phasor diagram, the vector U1 representing the voltage of phase ab is placed on the abscissa axis Phase angle of the voltages feeding transformers 2 and 5, the vector of the reactive power of phase c can now be placed in the abscissa axis and the vector of its active power in the ordinate axis.

In F i g. 2 ist 0D der zu der Spannung der Phase a-b proportionale Vektor Ui; 0A ist der zum Strom der Phase c proportionale Vektor U.", und AC ist der Vektor U3, welcher durch den Spannungsteiler 7 geliefert und schaltungsgemäß dem Vektor U1 entgegengesetzt ist. Der Vektor 0C, welcher gleich der geometrischen Summe von U4 und U3 ist, stellt dann die Spannung UZ dar, während die Länge des Vektors OB zu der Blindleistung proportional ist. Der Vektor U2 hat die gleiche Richtung wie der Vektor Uz. Der Winkel 9- ist durch die Geraden OB und 0C gebildet. Man kann ihn durch Veränderung von U3, d. h. durch Veränderung der Lage des Abgriffes des Spannungsteilers 7 beliebig einstellen. Der cos .f wird also zu Null, wenn der durch AC dargestellte Vektor U3 zu dem Vektor OB gleich und entgegengesetzt wird.In Fig. 2, 0D is the vector Ui proportional to the voltage of phase ab; 0A is the vector U. "proportional to the current of phase c, and AC is the vector U3, which is supplied by the voltage divider 7 and, according to the circuit, is opposite to the vector U1. The vector 0C, which is equal to the geometric sum of U4 and U3, then represents the voltage UZ, while the length of the vector OB is proportional to the reactive power. The vector U2 has the same direction as the vector Uz. The angle 9- is formed by the straight lines OB and 0C. It can be changed by changing U3, ie by changing the position of the tap of the voltage divider 7. The cos .f becomes zero when the vector U3 represented by AC becomes equal and opposite to the vector OB.

Bei einer gegebenen Einstellung des Spannungsteilers 7 bleibt U3 konstant, und wenn der veränderliche Vektor OB durch einen vorbestimmten Schwellenwert p der Blindleistung geht, für welchen OB zu U3 gleich und entgegengesetzt ist, geht cosg# durch Null. Man kann daher in diesem Falle eine lotrechte Gerade X-Y in einer Entfernung U3 = p von der Ordinatenachse einzeichnen, und wenn der den Betriebszustand darstellende Punkt A rechts von X-Y liegt, übersteigt die Blindleistung den Wert p, während, wenn A links von X-Y liegt, die Blindleistung kleiner als p ist. Die In- oder Außerbetriebsetzung der Kondensatorenbatterie kann daher mit Hilfe einer Kippschaltung von dem Relais 13 vorgenommen werden, wenn die Blindleistung durch den gewählten Schwellenwert von p geht.With a given setting of the voltage divider 7, U3 remains constant, and when the variable vector OB goes through a predetermined threshold value p of the reactive power, for which OB is equal and opposite to U3, cosg # goes through zero. In this case, therefore, a vertical straight line XY can be drawn at a distance U3 = p from the ordinate axis, and if the point A representing the operating state is to the right of XY, the reactive power exceeds the value p, while if A is to the left of XY, the reactive power is less than p. The activation or deactivation of the capacitor bank can therefore be carried out with the aid of a toggle switch of the relay 13 when the reactive power goes through the selected threshold value of p.

Es ist zu bemerken, daß bei einer Änderung der Netzspannung die Vorrichtung nicht mehr den Durchgang der Blindleistung durch einen festen Wert p anzeigt, sondern den Durchgang der Blindkomponente der Impedanz des Netzes durch einen festen Wert. Die Vorrichtung ist jedoch auch dann noch für eine Kompensation des Leistungsfaktors durch Kondensatoren geeignet, da das Kompensatorelement eine konstante Impedanz besitzt.It should be noted that when the line voltage changes, the device no longer indicates the passage of the reactive power through a fixed value p, but the passage of the reactive component of the impedance of the network through a fixed value. Even then, however, the device is still for a compensation of the power factor suitable by capacitors, since the compensator element has a constant impedance owns.

Die erfindungsgemäße Anordnung eignet sich auch zur überwachung des Pegels der Wirkleistung. Hierfür genügt es, die Speisung des Transformators 2 derart zu verändern, daß seine Primärwicklung zwischen die Phase c und den Nullpunkt des Netzes gelegt wird. In diesem Falle sind die Vektordarstellungen der Wirk- und Blindleistungen, welche der Last 0A entsprechen, umgekehrt, und die Spannung U3 stellt die Wirkleistung dar, welche dann in Richtung der Abszissenachse fällt. In beiden Fällen wird das Zeichen der überwachten Leistung durch die Lage des Vektors U3 festgelegt. Bei Umkehrung dieser Spannung gestattet somit die Vorrichtung die Überwachung oder die Steuerung von Blindleistungen sowie von Wirkleistungen.The arrangement according to the invention is also suitable for monitoring the Active power levels. For this it is sufficient to feed the transformer 2 in this way to change that its primary winding between phase c and the zero point of the Network is laid. In this case the vector representations of the active and reactive powers, which correspond to the load 0A, vice versa, and the voltage U3 represents the active power which then falls in the direction of the abscissa axis. In both cases it will The sign of the monitored power is determined by the position of the vector U3. When reversing this voltage thus allows the device to monitor or control it of reactive power as well as of real power.

Claims

Claims: 1. Active or reactive power-dependent compensation device with ring modulator, characterized in that transducers (2, 3, 4) are provided to feed the ring modulator (1) , the circuits of which are connected to one another by an adjustable voltage divider ( 7) are coupled in such a way that the detector voltage (U) occurring at the output of the modulator goes through zero each time and thereby activates a flip-flop circuit (9) when the measured active or reactive power of a line system (L) goes through a threshold value that is determined by setting the voltage divider (7) can be predetermined.

2. Compensation device according to claim 1, characterized in that the voltage of the line (L) measuring voltage converter (2) has a first secondary winding (2a) which is connected to two opposite terminals of the Ringmodul.ators (1), and an additional one Secondary winding (2b) that feeds the adjustable voltage divider (7) whose output voltage (U ..) is connected in series with the voltage (U4) of a current transformer (4) measuring the current in the line to the other terminals of the modulator.

3. Compensation device according to claim 2, characterized in that the primary winding is used to measure the effective power of the voltage transformer (2) between the zero point and the one containing the current transformer (4) Phase (c) of the line is switched.

4. Compensation device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the detector voltage (U ) feeds a control element (13) via a transistor-equipped flip-flop circuit (9). Considered publications: German Patent Specifications No. 971966, 1015135.