DE1513913B2

DE1513913B2 - Anordnung zur lieferung von blindstrom in ein wechselstromnetz

Info

Publication number: DE1513913B2
Application number: DE19651513913
Authority: DE
Inventors: Floris Prof.Dr.-Ing. 1000 Berlin Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1965-02-17
Filing date: 1965-02-17
Publication date: 1973-07-12
Also published as: GB1137106A; DE1513913C3; CH447359A; SE339261B; US3444450A; DE1513913A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Lieferung von Blindstrom in ein Wechselstromnetz, bei der ein netzgeführter, zwangskommutierter, eine Gleich- und eine Wechselspannungsseite aufweisender Umrichter zur Lieferung des Blindstromes parallel zu dem Wechselstromnetz angeschlossen ist.

Eine solche Anordnung ist bekannt (deutsche Patentschrift 903 249). Bei dieser Anordnung ist eine Einrichtung zur Zwangskommutierung vorgesehen.

bei der der Belastungsstrom von der abgelösten Anode zunächst durch Zünden eines mit dem vorgeladenen Kommutierungskondensator in Reihe geschalteten Löschventils auf den Kommutierungskondensator und dann von diesem auf die ablösende Anode übergeht.

Eine derartige Anordnung, bei der auf der Gleichstromseite eine Induktivität vorgesehen ist, ermöglicht es, Wirk- und Blindleistung in das angeschlossene Drehstromnetz zu speisen, jedoch ist der Aufwand für die steuerbaren Ventile des Umrichters und die Zwangskommutierungseinrichtung erheblich.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Aufwand zu vermindern und wird bei einer Anordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Umrichter Blindstromdioden aufweist, ein Kondensator als Energiespeicher parallel zur Gleichstromseite des Umrichters vorgesehen und netzseitig in Reihe mit dem Umrichter Drosseln vorgesehen sind.

Anordnungen zur Blindstromlieferung, die sich durch die Art ihres Speichers auf der Gleichstromseite wie im vorliegenden Fall unterscheiden — Induktivität einerseits und Speicherkondensator andererseits — arbeiten unterschiedlich. Bei einer Anordnung mit einer Induktivität als Speicher ist der Gleichstromanteil auf der Gleichstromseite ungleich Null. Hingegen ist die Gleichspannung gleich Null. Im Gegensatz dazu ist bei einer Anordnung mit einem Kondensator als Speicher auf der Gleichstromseite der Gleichstromanteil gleich Null, und es ist die Gleichspannung ungleich Null.

Eine Anordnung mit einem Kondensator als Speicher auf der Gleichstromseite bietet gegenüber der weiterhin erwähnten Anordnung wesentliche Vorteile. Erstens brauchen die steuerbaren Ventile des Umrichters nicht in Hinsicht auf die Gefährdung durch Überspannungen überdimensioniert zu werden. In der Praxis würde die Größerbemessung etwa das 2,5fache der Netzspannung betragen. Die Ursache für diese Autwandminderung liegt im Zusammenwirken des Speicherkondensators mit den in den Netzzuleitungen vorgesehenen Drossein.

Zum zweiten kann der Kommutierungsaufwand, beispielsweise die Größe der Kommutierungskondensatoren, bei einer Anordnung mit einem Speicherkondensator auf der Gleichstromseite wesentlich geringer gehalten werden als bei einer Anordnung mit einem induktiven Speicher. Bei letzterem erfolgt die Zwangskommutierung der steuerbaren Ventile nachteiligerweise immer unter der beeinflussenden Wirkung der Netz- und Transformatorreaktanzen, was im Endergebnis zur Sicherstellung der Leistungsflußunterbrechung in den steuerbaren Ventilen zu einer größer dimensionierten Zwangskommutierungseinrichtung führt.

Die Steuerung des Umrichters erfolgt synchron zur Wechselspannung des Netzes mit solcher Phasenlage, daß in dem Kondensator ein reiner Wechselstrom fließt und seine Gleichspannung von solcher Größe ist, daß der gewünschte Blindstrom in das Wechselstromnetz fließt.

An Hand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Das Prinzip ist in F i g. 1 dargestellt. Es handelt sich um einen zwangskommutierten Umrichter mit Rückstromventilen. Die Zwangslöschung der sechs steuerbaren Ventile kann in bekannter Weise durch Kon-

densatorstromstöße erfolgen. Das doppelte Steuergitter an den sechs Ventilen deutet an, daß die Ventile zu beliebigen Zeitpunkten sowohl gezündet als auch gelöscht werden können. Normalerweise arbeitet ein derartiger Umrichter auf einen Verbraucher veränderlicher Frequenz, beispielsweise einen in der Drehzahl steuerbaren Asynchronmotor. Im vorliegenden Fall arbeitet der Umrichter auf das Drehstromnetz, dem induktiver Blindstrom zugeführt werden soll. Dementsprechend werden seine Ventile von der Netzspannung über den Steuersatz ST gesteuert. Speist man den Umrichter aus einer ergiebigen Gleichstromquelle, so ist er in der Lage, sowohl Wirkstrom als auch Blindstrom in das Drehstromnetz zu liefern. Durch Wahl der Zünd- und Löschzeitpunkte der Ventile und der Gleichspannung U_g im Verhältnis zur Wechselspannung U hat man es in der Hand, den Wirkstrom und auch den Blindstrom beliebig zu steuern. Insbesondere kann der Umrichter derart gesteuert werden, daß der Wirkstrom Null wird und daß nur Blindstrom in das Drehstromnetz geliefert wird. In diesem Fall braucht die Gleichstromquelle keine oder nur geringe Energie in den Wechselrichter zu liefern.

F i g. 5 zeigt den Verlauf des Wechselstromes i für den Fall der reinen Bxindstromlieferung, d.h. der Speisung einer reinen Induktivität, wenn die Spannung des Umrichters Rechteckform hat. Handelt es sich um drei einphasige Umrichter, se überlagern sich die Ströme der drei Phasen, wie es in F i g. 5 angedeutet ist.

Der Strom i hat in diesem Fall kein Gleichstromglied und pulsiert mit der sechsfachen Netzfrequenz 6/. Diese Pulsationen können von dem Kondensator C in Fig. 1 geliefert werden, ohne daß der Gleichrichter Gl. über die Glättungsdrossel L' wesentlichen Gleichstrom zuzuführen braucht. Der Gleichrichter Gl dient in diesem FaI! nur zur Stützung der Gleichspannung U_g des Kondensators. In den Zuleitungen vom Umrichter zum Drehstromnetz sind erfindungsgemäß Drosseln L vorgesehen, welche die Differenz der beispielsweise rechteckförmigen Umrichterspannung gegenüber der sinusförmigen Netzspannung aufnehmen und den Oberwellengehalt des Stromes i begrenzen.

Sowohl dieser Oberwellenstrom als auch der Wechselstrom im Kondensator C können verringert werden dadurch, daß man mehrere in der Schaltphase gegeneinander versetzte Umrichter parallel schaltet, wie es in Fig. 4 angedeutet ist. Fig. 6 deutet an, wie sich die beiden Ströme L₁ und L₂ zum Strom i_g im Kondensator addieren. Die Amplitude dieses Stromes halbiert sich durch die Parallelschaltung, die Frequenz erhöht sich von 6/ auf 12/, so daß der Kondensator C wesentlich entlastet wird.

Fig. 2 zeigt eine Anwendung des Blindstromumrichiers nach der Erfindung, und zwar handelt es sich um ein Industrienetz, an dem eine Vielzahl von nicht in der Drehzahl geregelten Drehstrommotoren M' arbeitet und außerdem mehrere in der Drehzahl regelbare Motoren M. Dieser Fall kommt in der industriellen Praxis sehr häufig vor. In vielen Fällen ist dabei der Blindstromverbrauch der Motoren M' nachteilig. In solchen Fällen kann außer dem Drehstromnetz ein Gleichstromnetz installiert werden, an dem selbstgef ührte Umrichter zur Speisung der drehzahlgeregelten Motoren M betrieben werden, wie es in F i g. 2 angedeutet ist. Außerdem kann am gleichen-Gleichstromnetz ein Blindstromumrichter arbeiten, um die Blind-

¹S leistung der Motoren M' zu kompensieren. Das Gleichstromnetz wird dabei über einen Gleichrichter Gl vom Drehstromnetz her gespeist. Fig. 3 zeigt eine andere Anv/endung des Umrichters nach der Erfindung, und zwar handelt es sich hier um die elastische Kupplung zweier Drehstromnetze über eine Gleichstromverbindung. Wenn über diese Kupplung auch Blindstrom übertragen oder in beide Netze induktiver Blindstrom geliefert werden soll, so kann dies mit zwei Umrichtern nach der Erfindung geschehen. Diese

^a5 Kombination kommt beispielsweise in Frage für die Gleichstromhochspannungsübertragung. Bei hohen Spannungen können als steuerbare Ventile Quecksilberdampfventile mit kleinen Freiwerdezeiten verwendet werden, bei kleineren Spannungen verwendet man zweckmäßigerweise Thyristoren. Die Umrichter nach der Erfindung benötigen Kondensatoren C. Wie jedoch an Hand der Fig. 5 und 6 erläutert wurde, führen diese Kondensatoren Wechselströme von einer Frequenz, die ein Vielfaches der Netzfrequenz ist. Sie sind infolgedessen wesentlich kleiner als die üblichen Phasenschieber-Kondensatoren. Dazu kommt, daß der Kondensator beim Umrichter nach der Erfindung im wesentlichen nicht für Wechselspannung sondern für Gleichspannung auszulegen ist, was seinen Preis ebenfalls gegenüber Wechselstromkondensatoren erheblich verringert. Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, muß die Gleichspannung U_g stets größer sein als die Wechselspannung U, damit nicht über die ungesteuerten Rückstromventile ein kurzschlußartiger Strom aus dem Drehstromnetz in den Kondensator C bzw. in das Gleichstromnetz fließt.

Als Umrichter kommen sowohl solche in Frage, deren Spannung konstant ist als auch solche, deren Spannung steuerbar ist, beispielsweise in bekannter Weise durch Pulsbetrieb. Die Umrichter können in verketteter mehrphasiger Brückenschaltung oder auch in einphasiger Schaltung arbeiten. Sie können, wie in den Beispielen der Fig. 2, 3 und 4, auch zur Wirkleistungsübertragung in beiden Richtungen herangezogen werden, wenn dies erforderlich ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 613 913 Patentansprüche:

1. Anordnung zur Lieferung von Blindstrom in ein Wechselstromnetz, bei der ein netzgeführter, zwangskommutierter, eine Gleich- und eine Wechselspannungsseite aufweisender Umrichter zur Lieferung des Blindstromes parallel zu dem Wechselstromnetz angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter Blindstromdioden aufweist, ein Kondensator als Energiespeicher parallel zur Gleichstromseite des Umrichters vorgesehen und netzseitig in Reihe mit dem Umrichter Drosseln vorgesehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator mit einer Gleichstromquelle verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator über einen Gleichrichter mit dem Wechselstromnetz verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Parallel- oder Reihenumrichter vorgesehen sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Umrichter mit gesteuerten Halbleiter- oder Gasentladungsventilen kleiner Freiwerdezeit, die durch Kondensatorstromstoß gelöscht werden, ausgerüstet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter aus einem Gleichstromnetz gespeist ist und außer zur Blindstromlieferung auch zur Lieferung von Wirkstrom in das Wechselstromnetz oder zur Aufnahme von Wirkstrom aus dem Wechselstromnetz dient.

7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichter zur Strom- oder Spannungssteuerung im Pulsbetrieb arbeitet.

8. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung der Art, daß die Gleichspannung im Verhältnis zur Wechselspannung selbsttätig stets auf solche Größe geregelt wird, daß über die Rückstromventile kein kurzschlußartiger Strom vom Drehstromnetz in das Gleichstromnetz fließen kann.

9. Verwendung zweier Anordnungen nach Anspruch 2 zur elektrischen Netzkupplung derart, daß die beiden Umrichter je an ein Drehstromnetz angeschlossen und über eine Gleichstromleitung auf der Gleichstromseite miteinander verbunden sind und über die Gleichstromleitung ein Leistungsaustausch zwischen den Drehstromnetzen erfolgt.