DE19939709A1 - Zwischen ein Wechselspannungsnetz und einen elektrischen Verbraucher oder Spannungserzeuger schaltbare Vorschaltimpedanz - Google Patents

Abstract

Elektrische Verbraucher an einem Wechselspannungsnetz, insbesondere Verbraucher mit hoher Blindleistungsaufnahme oder Verbraucher mit einer getakteten Stromabnahme wie statische Umrichter, erfordern das Vorschalten von Impedanzen, die oftmals an den jeweiligen Verwendungszweck durch Hinzufügen von Bauelementen angepaßt werden müssen. DOLLAR A Die Vorschaltimpedanz wird deshalb so aufgebaut, daß ihre Induktivität und/oder Kapazität und/oder ihr ohmscher Widerstand veränderbar ist (sind), bevorzugt durch Schalter in dem Scheinwiderstandsnetzwerk, mit denen Spulen, Kondensatoren und/oder Widerstände in Reihen- oder Prallelschaltung zu- und abgeschaltet werden können.

Description

Eine Reihe von elektrischen Verbrauchern an einem Wechsel­ spannungsnetz, insbesondere Verbraucher mit hoher Blindlei­ stungsaufnahme oder Verbraucher mit einer getakteten Stromab­ nahme wie statische Umrichter, erfordern das Vorschalten von Impedanzen.

Derartige Impedanzen sollen den Blindleistungsbedarf des Ver­ brauchers decken bzw. die Auswirkungen nichtnetzfrequenter Ströme und Spannungen an den Verbrauchern begrenzen. Solche Auswirkungen können in sogenannten Netzrückwirkungen beste­ hen, das heißt in der Ausbreitung hochfrequenter Spannungsan­ teile im Netz, sie können aber auch unzulässig hohe Span­ nungsbeanspruchungen oder unzulässig hohe Stromspitzen am Verbraucher bedeuten, können zu mechanischen Belastungen von Verbrauchern führen (Motorbrummen, Vibrationen) oder sie kön­ nen im höheren Frequenzbereich eine HF-Störstrahlung verursa­ chen.

Andere Verbraucher, so Umrichter im sogenannten Vierquadran­ tenbetrieb, arbeiten auch zeitweise als Energieerzeuger und speisen elektrische Energie ins Netz zurück, wobei sie das Netz durch nichtnetzfrequente Anteile in Strom und Spannung ebenfalls mit unzulässigen Netzrückwirkungen belasten.

Als Vorschaltimpedanzen sind je nach Anwendungszweck indukti­ ve oder kapazitive sowie induktiv-kapazitive Impedanzen in Gebrauch, die auch noch einen gewollten ohmschen Anteil haben können.

Bekannt sind z. B. Kommutierungsdrosseln und Netzfilter als Vorschaltimpedanzen zwischen dem Wechselspannungsnetz und ei­ nem Umrichter. Kommutierungsdrosseln dienen dabei zur Begren­ zung des Stromanstiegs am Umrichter, durch den funktionsbe­ dingt taktweise jeweils zwei Phasen des Netzes kurzgeschlos­ sen werden. Die Kommutierungsdrossel ist nur für tiefe Fre­ quenzen (Kommutierungsfrequenz) ausgelegt. Um Netzrückwirkun­ gen und Störstrahlungen des Umrichters zu begrenzen, werden deshalb zusätzlich Netzfilter eingesetzt, die Netzrückwirkun­ gen im Bereich bis 30 MHz und Störabstrahlungen im Bereich bis 300 MHz ausfiltern können. Die Induktivität eines Netz­ filters bildet einen frequenzabhängigen Widerstand für die abzubauende Störspannung, wobei die Netzfilter dem Störfre­ quenzspektrum des Umrichters möglichst gut angepaßt sein sol­ len, also eine frequenzabhängige Dämpfung aufweisen sollen.

Ein individuelles Abstimmen eines Netzfilters, z. B. durch Hinzufügen von Kondensatoren, erfordert umfangreiche MeS- und nicht unkomplizierte Anpassungsarbeiten, zumal handelsübliche Netzfilter fest konfiguriert sind und eine nachträgliche Er­ gänzung von Bauelementen nur schwer zulassen. Nicht selten sind Netzfilter deshalb überdimensioniert und stellen damit selber einen unnötigen Blindleistungsverbraucher dar.

Ausgangsseitig am Umrichter auftretende Oberschwingungen wer­ den durch du/dt-Filter und sogenannte Sinus-Filter bedämpft. Ein du/dt-Filter (Zusammenschaltung von Drosselspule und Kon­ densator geringer Kapazität) dämpft die höherfrequenten Stör­ spannungen und entlastet die sonst hoch beanspruchten Wick­ lungen eines nachgeordneten Elektromotors. Die verbliebenen Oberschwingungen im Strom belasten den Motor jedoch noch und führen zu Brummerscheinungen. Mit Sinus-Filtern (Zusammen­ schaltung von Drosselspule und Kondensator größerer Kapazi­ tät) läßt sich dieses Problem beherrschen, erfordert jedoch einen entsprechend hohen Aufwand.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ schaltimpedanz anzugeben, die einfacher an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpaßbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des An­ spruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Danach ist die Induktivität und/oder Kapazität und/oder der ohmsche Widerstand der Vorschaltimpedanz veränderbar.

Die Veränderung kann bei einer Spule durch Änderung des ma­ gnetischen Widerstandes im Magnetkreis, z. B. nach dem Tauch­ spulenprinzip, bei Kondensatoren durch Änderung des Dielek­ trikums oder der Position von Kondensatorplatten, bei ohm­ schen Widerständen potentiometrisch erfolgen und müßte dann von Hand vorgenommen werden.

Eine komfortablere Lösung ist die Zuschaltbarkeit von einzel­ nen Bauelementen über Schalter, möglichst mittels elektroni­ scher Schalter. Die Schalter können dabei über einen PC steu­ erbar sein. Die Bauelemente können ganz von dem Scheinwider­ standsnetzwerk abgetrennt oder angeschaltet, gegebenenfalls aber auch nur von Reihen- in Parallelschaltung bzw. umgekehrt umgeschaltet oder überbrückt werden.

Bei tieferen auszufilternden Frequenzen werden große Indukti­ vitäten, bei höheren Frequenzen werden kleine Induktivitäten eingesetzt; für Kondensatoren gelten die gleichen Beziehun­ gen. Spulen werden üblicherweise eher in Reihenschaltung, Kondensatoren meist in Parallelschaltung betrieben. Der Spu­ lenanteil wird möglichst minimiert, da ansonsten unnötige Leistungsverluste entstehen.

Über eine elektronische Schnittstelle können die Schalter programmgesteuert sein, so daß sich der jeweils geforderte Frequenzgang leicht verifizieren läßt. Die Anpassung kann einmalig zur Einstellung eines ganz bestimmten Scheinwider­ standsverlaufs über der Frequenz erfolgen, für den vorher z. B. in Laborversuchen die zutreffende Schalterstellung er­ mittelt wurde, sie kann aber auch vor Ort individuell erfol­ gen.

Verschiedene Dämpfungsverläufe können mit ihrer zugehörigen Schalterstellung abrufbar abgespeichert sein, so daß eine leichte Auswahl eines bestimmtes Frequenzgangs oder gegebe­ nenfalls auch eine Anpassung an gemessene Netzdaten erfolgen kann. Da sich in Abhängigkeit von der Belastung eines Ver­ brauchers, z. B. eines über einen Umrichter betriebenen Elek­ tromotors, das Oberschwingungsspektrum verändern kann, kann durch entsprechende Umschaltungen so die jeweils optimale An­ passung an den aktuellen Oberschwingungsgehalt vorgenommen werden.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt ein Scheinwiderstandsnetzwerk bestehend aus vier Spulen L1 bis L4 mit verschieden hohen Induktivitäten, die sich zwi­ schen einem Eingang E und einem Ausgang A, z. B. als vorge­ schaltete Kommutierungsdrossel für einen Umrichter, mittels Schaltern S1 bis S4 beliebig miteinander in Reihe schalten lassen, so daß die Gesamtinduktivität in weiten Grenzen va­ riabel ist. Die Schalter S1 bis S4 sind beispielsweise je­ weils antiparallel geschaltete Thyristoren. Die Schaltlogi­ stik muß so eingestellt sein, daß immer mindestens einer der vier Schalter S1 bis S4 geöffnet ist.

Claims (12)

1. Zwischen ein Wechselspannungsnetz und einen elektrischen Verbraucher oder Spannungserzeuger schaltbare Vorschaltimpe­ danz, bestehend aus einem Scheinwiderstandsnetzwerk mit min­ destens einer Spule und/oder mindestens einem Kondensator und/oder mindestens einem ohmschen Widerstand, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Induktivität und/oder Kapazität und/oder ihr ohm­ scher Widerstand veränderbar ist (sind).

2. Vorschaltimpedanz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Induktivität durch Änderung des magnetischen Wider­ stands mindestens einer Spule verstellbar ist.

3. Vorschaltimpedanz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Kapazität durch Änderung des dielektrischen Wider­ stands mindestens eines Kondensators verstellbar ist.

4. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Kapazität durch Änderung der Kondensatorplattenposi­ tion mindestens eines Kondensators verstellbar ist.

5. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihr ohmscher Widerstand durch potentiometrische Änderung mindestens eines Widerstandes verstellbar ist.

6. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einzelne Spulen und/oder Kondensatoren und/oder ohmsche Widerstände an das Netzwerk in Reihen- oder Parallelschaltung mittels Schalter zuschaltbar sind.

7. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einzelne Spulen und/oder Kondensatoren und/oder ohmsche Widerstände von Reihen- in Parallelschaltung und umgekehrt umschaltbar sind.

8. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter elektronische Schalter sind.

9. Vorschaltimpedanz nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter über einen PC steuerbar sind.

10. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Schalter des Netzwerkes in Abhängigkeit von einem Soll-Ist-Vergleich eines Sollfrequenzgangs mit ei­ nem gemessenen Frequenzgang regelbar ist.

11. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Schalter für einen gewünschten Frequenz­ gang aus einem Speicher abrufbar ist.

12. Vorschaltimpedanz nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung der Schalter in Abhängigkeit von gemessenen Netzdaten auswählbar ist.