DE1964823C3 - Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver Wechselstromverbraucher - Google Patents
Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver WechselstromverbraucherInfo
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Description
45
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)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691964823 DE1964823C3 (de) | 1969-12-16 | Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver Wechselstromverbraucher |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19691964823 DE1964823C3 (de) | 1969-12-16 | Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver Wechselstromverbraucher |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1964823A1 DE1964823A1 (de) | 1971-06-24 |
DE1964823B2 DE1964823B2 (de) | 1976-02-05 |
DE1964823C3 true DE1964823C3 (de) | 1976-09-30 |
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