DE1964823C3 - Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver Wechselstromverbraucher - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schalten und Steuern der Leistungsaufnahme von mittels eines Kondensators blindlastkompensierten indukliven Wechselstromverbrauchern unter Verwendung von in der Wechselstromzuleitung liegender antiparallel geschalteten Thyristoren. Zum Ein- und Ausschalten sowie zum Zweck der Verstellung der Leistungsaufnahme von Wechselstromwrbrauchern ist es bekannt und eblich, in einem Strang der Netzzuleitung zwei antipar-•llel geschaltete Thyristoren anzuordnen (Heumann/Stumpe »Thyristoren« Teubner Verlag, Stuttgart, 1969, S. 58 bis 82). Hat der Verbraucher eine starke induktive Komponente, so ist es üblich, dem elektrisehen Verbraucher Kompensationskondensatoren parallclzuschalten und den benötigten Blindstrom nicht über die Thyristoren vom Netz, sondern von den Kondensatoren zu beziehen. Eine solche Anordrung ist mit drei wesentlichen Mangeln behaftet:

1. In der Netzzuleitung vom spannungskonstanten Netz zum Kompensationskondensator «,ind keinerlei strombegrenzende Schaltelemente enthalten, so daß sich der Kondensator an jeder Veränderung des Netzzustandes sowie an den immer vorhandenen Netzhannonischen wert über die Grenzen der Nennleistung der eigenen Anlage hinaus beteiligt.

2. Aus dem gleichen Grund ist die Einschaltung der beiden Thyristoren nur in dem Augenblick der Netzperiode zulässig, in dem die Netzspannung den Wert der Kondensatorspannung durchläuft Eine Verstellung der Leistungsaufnahme durch Anschnittsteuerung der Thyristoren ist im Gegensatz zu Anordnungen ohne Parallelkondensator nicht mehr möglich

3. Die Impedanz der Parallelschaltung aus Verbraucher und Kondensator ist im Fall der vollständigen Kompensation, d.h. Resonanzfrequenz gleich Netzfrequenz, maximal. 1st dieser Kreis gegenüber der Netzfrequenz verstimmt, z. B. durch Änderung der Induktivität in Abhängigkeit von Zeit, Temperatur usw. oder durch Fehfanpassung des Kompensationskondensators, so vermindert sich die Impedanz mit der Quadratwurzel aus Verstimmung und Dämpfung. Im gleichen Maß steigt der Strom durch die Thyristoren an. ohne indessen zur übertragenen Leistung beizutragen. Jedoch müssen die Thyristoren für den der größten auftretenden Verstimmung entsprechenden Strom bemessen sein.

Aus diesen Gründen ist es günstiger, die benötigte Blindleistung nicht durch Parallelschaltung, sondern durch Serienschaltung eines Kompensationskondensators zur Verfügung zu stellen. Diese Anordnung weist die Nachteile nach 1. und 3. nicht auf. Sie kann jedoch in dieser Form aus einem anderen Grunde ebenfalls nicht verwirklicht werden:

Bei schwacher Dämpfung des Lastkreises beträgt die Spannung an der Induktivität und am Kondensator ein Vielfaches der Netzspannung. Sollen die Thyristoren nicht für diese erhöhte Spannung ausgelegt werden, was im allgemeinen völlig indiskutabel ist, so darf der Strom niemals unterbrochen werden. Das bedeutet, daß dann in dieser Anordnung nicht nur die Leistungsaufnahme nicht verstellt werden kann, sondern daß der Verbraucher mittels der Thyristoren auch nicht mehr abgeschaltet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Verwendung von in der Wechselstromzuleitung liegenden antiparallel geschalteten Thyristoren eine Anordnung zum Schalten und Steuern blindlastkompensierter induktiver Verbraucher zu schaffen, die sowohl zu beliebigen Zeitpunkten der Netzperiode eingeschaltet und nach spätestens einer Halbwelle vom Netz getrennt, als auch von 0 bis 100% der Verbraucherleistung gesteuert werden kann und nicht auf Spannungssprünge oder Spannungsharmonische im Netz reagiert.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der obengenannten Art dadurch gelöst, daß der zur Blindlastkompensation dienende Kondensator zum Verbraucher in Reihe geschaltet und derart bemessen ist, daß der Verbraucherstromkreis geringfügig unterkompensiert ist, und daß parallel zum kompensierten Verbraucher ein weiteres antiparallel geschaltetes Thyristorpaar vorgesehen ist. Die vorgeschlagene Anordnung läßt sich zu beliebigen Zeitpunkten der Netzperiode einschalten, reagiert nicht auf Spannungssprünge oder Spannungsharmonische im Netz, ist von 0 bis 100% Last steuerbar, vermindert damit Laststöße und läßt sich bei Bedarf durch Blockierung der in der Wechselstromzuleitung liegenden Thyristoren nach spätestens einer Halbwelle vom Netz trennen.

An Hand eines Ausführungsbeispieles sei der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke r-äher erläutert.

Die F i g. 1 zeigt eine Anordnung zur Speisung eines aus Wirklastanteil 3 und Blindkstanteil 4 bestehenden induktiven Verbrauchers, bei dem zur Blindlastkompensation in Reihenschaltung ein Kompensationskondensator 5 vorgesehen ist. Der Verbraucher 3, 4 iut über eh antiparallel geschaltetes Thyristorpaar 2 mit den Thyristoren la, 26 mit dem Wechselstromnetz 1 verbunden. Der Kondensator 5 ist auf den Verbraucher 3, 4 so abgestimmt, daß der Laststrom / der Netzspannung u ein v.enig nacheilt d. h. eine Unterkompensatton vorliegt. Eine Oberkompensation muß unbedingt vermieden werden. Parallel zum kompensierten Verbraucher 3. 4, 5 ist ein aus den beiden antiparallel geschalteten Thyristoren 6a, 6b bestehendes Thyristorpaar 6 vorgesehen. Diese Anordnung ist sowohl für den Vollastbetrieb als auch für den TeiUastbetneb geeignet. Während des Vollastbetriebes, d. h. wenn keine Steuerung der Leistungsaufnahme stattfindet, sind die Thyristören 2a, 26 ständig leitend und die Thyristoren 6a, 6b ständig gesperrt. Nur wenn die Anordnung abgeschaltet werden soll, werden auch die Thyristoren 6a, 6b im geeigneten Zeitpunkt mit Zündimpulsen beaufschlagt. Während des Teillastbetriebes, d. h. wenn eine Steuerung der Leistungsaufnahme stattfindet, werden die parallel zum Verbraucher 3, 4. 5 geschalteten Thyristoren 6a.66 vom Nulldurchgang des Laststromes /bis zur erneuten Zündung der in der Wechselstromzuleitung liegenden Thyristoren 2a. 2b leitend gehalten. Im Stromnulldurchgang wird der bis dahin stromführende, in der Wechselstromzuleitung liegende Thyristor, z. B. 2a, gelöscht. Die nächste Stromhalbwelle fließt dann zuerst über einen der parallelen Thyristoren, z. B. über 6a. Nach Zündung des in der Wechselstromzuleitung liegenden zweiten Thyristors, hier 2b, wird der über den parallelen Thyristor 6a fließende Strom / unter der Wirkung der Netzspannung wieder auf die in der Netzzuleitung liegenden Thyristoren zurückkommutiert.

In F i g. 2 sind diese Verhältnisse dargestellt. Man erkennt, daß der Laststrom /der Netzspannung i/um den Phasenwinkel φ nacheilt. Die am kompensierten Verbraucher 3, 4, 5 anstehende Spannung wurde schraffiert dargestellt. Die parallelgeschalteten Thyristoren 6a und 6b führen nur während eines kleinen Teiles der Periode Strom. Man erkennt die Verkleinerung der Spannungs-Grundwelle bei Vergrößerung des Steuerwinkels *. Damit geht eine Verkleinerung des Stromes /vor sich, so daß die parallelen Thyristoren 6a, 6b immer nur mit einem Bruchteil des mittleren Stromes der Thyristoren no 2a, 2b belastet werden und entsprechend schwächer bemessen werden können. Eine andere Möglichkeit der Steuerung besteht darin, die dem Verbraucher 3, 4, 5 parallelgeschalteten Thyristoren 6a, 6b bereits im Nulldurchgang der Netzspannung u zu zünden und nicht erst beim Stromnulldurchgang. Durch diese Steuerungsvariante wird erreicht, daß der Laststrom /schon vor seinem eigenen Nulldurchgang vom Netz 1 auf die parallelen Thyristoren 6a, 6b abkommutiert wird. Dies führt zu einer Verminderung der Blindleistungsaufnahme. Auch dieser Fall sei an Hand der F i g. 2 erläutert. Für diesen Fall gilt die gestrichelte bzw. eingeklammerte Darstellung. Im Spannurgsnulldurchgang wird der parallele Thyristor 6b gezündet, wodurch der Laststrom / von Thyristor 2a auf den Thyristoi 66 kommutiert.Thyristor 2a erlischt. Der Laststrom /fließt in gleicher Richtung, nunmehr jedoch über den parallelen Thyristor 6b, weiter. Im Stromnulidurchgang wird wie zuvor der Thyristor 6a gezündet. Nach Zündung des in der Wechselstromzuleitung liegenden zweiten Thyristors 2b, zum Zeitpunkt des Steuerwinkels λ, wird der über den parallelen Thyristor 6a fließende Strom / unter der Wirkung der Ne.zspannung wieder auf die in der Netzzuteitung liegenden Thyristoren /urückkommuüert.

Die für die Aussteuerung der Thyristoren 2a, 2b bzw. 6a. 6b benötigten Steuer- und Regelanordnungen mit den dazugehörigen Zündimpulsgsneratoren sind nicht gesondert dargestellt. Dient die Anordnung nur zum Ein- und Ausschalten des elektrischen Verbrauchers. dann genügt für die in der Wechselstromzuleitung liegenden Thyristoren 2a. 26 cm Impulserzeuger, der zu festen Zeitpunkten, nämlich während der Stromnulldurchgänge. Zündimpulse liefert. 1st die Möglichkeit zur kontinuierlichen Verstellung der Leistungsaufnahme von 0 bis zu 100% erwünscht, dann muß der Steuerwinkel λ natürlich veränderbar sein. Den dem Verbraucher 3, 4. 5 parallelgeschalteten Thyristoren 6.j. 66 müssen Zündimpiilsgeneratoren zugeordnet werden, die je nach Steuerverfahren die Zündinipulse entweder im Nulldurchgang des Laststromes / oder im Nulldurchgang der Netzspannung u auslösen. Unter Umständen genügt es bereits, die Anoden mit den Steuerstrecken direkt oder über ein Netzwerk zu verbinden. Wichtig ist, daß der Phasenwinkel φ des Laststromes gegenüber der Netzspannung laufend überwacht wird und daß dafür gesorgt wird, daß die in der Wechselstromzuleitung liegenden Thyristoren 2a, 26 gesperrt werden, wenn sich die Polarität des Phasenwinkels φ umkehrt, d. h. der Laststrom der Netzspannung voreilt. Bei fehlender Überwachung könnte es sonst durch die Zündung der Thyristoren 6a, 66 zu einem direkten Netzkurzschluß kommen. Der dem Verbraucher 3,4 in Reihe geschaltete Kompensationskondensator 5 kann unter Umständen in mehrere Teilkondensatoren aufgeteilt werden. so daß in Abhängigkeit vom Phasenwinkel ψ des Laststromes /Teilkondensatoren in der Weise zu- oder abgeschaltet werden, daß der Nacheilwinkel möglichst klein wird. Die Zu- und Abschaltung dieser Teilkondensatoren kann durch bekannte elektronische Verfahren ohne Unterbrechung des Leistungsflusses vom Netz erfolgen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

:, Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schalten und Steuern der Leistungsaufnahme von mittels eines Kondensators blindlastkompensierten induktiven Wechselstromverbrauchem unter Verwendung von in der Wechseistromzuleitung liegenden antiparallel geschalteten Thyristoren, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Blindlastkompensation dienende Kondensator (5) zum Verbraucher (3. 4) in Reihe geschaltet und derart bemessen ist, daß der Verbraucherstromkreis geringfügig unterkompensiert ist, und daß parallel zum kompensierten Verbraucher (3, 4, 5) ein weiteres antiparallel geschaltetes Tbyristorpaar (6) vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Thyristoren (6a, 6b) parallel zum kompensierten Verbraucher (3, 4. 5) Steuereinrichtungen zugeordnet sind, die die Zündung je eines Thyristors oder beider Thyristoren abhängig von der Stromumkehr im Lastkreis und/oder der Spannungsumkehr im Wechselstromnetz (1) bewirken.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur laufenden Überwachung des Phasenwinkels (φ) des Laststromes ft> gegenüber der Netzspannung (u) vorgesehen sind, die im Falle der unerwünschten Vorzeichenumkehr dieses Winkels (φ) durch Blockieren der Thyristoren (2a 2b) in der Wechselstromzuleitung die Leistungszufuhr unterbrechen.

4. Anordnung nach den Ansprüchen I bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskondensator (5) in einen Grundkondensator und einen oder mehrere Zusatzkondensatoren aufgeteilt ist, daß diese Zusatzkondensatoren durch bekannte elektronische Verfahren ohne Unterbrechung des Leistungsflusses vom Netz zu- und abschaltbar sind und daß die Zu- und Abschaltung dieser Zusatzkondensatoren in Abhängigkeit vom Phasenwinkel (φ) des Laststromes (i) in der Weise erfolgt, daß der Phasenwinkel (φ) minimal, jedoch niemals negativ wird.