DE2247774A1 - Leistungs- und phasenwinkel-steuereinrichtung - Google Patents

Leistungs- und phasenwinkel-steuereinrichtung

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DE2247774A1
DE2247774A1 DE19722247774 DE2247774A DE2247774A1 DE 2247774 A1 DE2247774 A1 DE 2247774A1 DE 19722247774 DE19722247774 DE 19722247774 DE 2247774 A DE2247774 A DE 2247774A DE 2247774 A1 DE2247774 A1 DE 2247774A1
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capacitor
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resistor
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DE19722247774
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Robert F Herrman
Arthur C Johnson
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Inductotherm Corp
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Inductotherm Corp
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    • H02J3/1828—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepwise control, the possibility of switching in or out the entire compensating arrangement not being considered as stepwise control
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    • G05F1/10—Regulating voltage or current
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    • G05F1/44—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is ac using discharge tubes or semiconductor devices as final control devices semiconductor devices only
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Description

2Q. September I972
13 901 Fk/r
Patentanwälte 9 9 Λ 7 7 7 /
Dipl.Ing.C.Wallach * LL* ' ' ' *
DIpI. ing. G. Koch
Dr. T. Haibach
München 2
K3uflngersir.8Je[.24O275
Induetotherm Corporation Rancocas, N.J. / USA
Leistung8- und Phasenwinkel-Steuereinrichtung
Die Erfindung bezieht «Ich auf eine Einrichtung zur Steuerung der Größe und des Phasenwinkels anriechest Strom und Spannung einer einer induktiven Last zugeführten elektrischen Leistung·
Es sind bereiste kontinuierlich® oder stufenlos® elektrische Steuerungen bekannt» die antiparallel geschaltete Thyristoren verwenden, die in Reihe zwischen der Last und dem Wechselstromnetz eingeschaltet sind« Weiterhin ist es tbekannt» einen Kondensator In Reihe mit dem antiparallel geschalteten Thyristorpaar längs der Leitung parallel zur Last einzuschalten, um die Bllndleistungskomponente au . regeln· Diese bekannten Einrichtungen ergeben jedoch keine Möglichkeit zur Steuerung der der Last zugefUhrten Wirkleistung« <
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrund«, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die der Last zugeftthrte Leistung unter gleichzeitiger Steuerung des Phasenwinkel zwischen der Spannung und dem Strom der der Last zugefUhrten Leistung steuerbar ist«
303a 1 S/0801
Olaaa Aufgabe wird durch dia im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gal Set. Duroh dia erfindungegemäße Auagaataltung dar Einrichtung iat aa möglich, aina Ansahl von parallalgaachaltaten Kondensatoren, dia in Raiha swisehen da* Hats oder dar Qualle und dar Laat eingaschaltat aindf auf alaktriacha Weise in veraohiedenan Kombinationen einsuaehalten, um aina Leiatungafaktorkorrektur mit Hilfe von Thyriatoran zu erzielen, die außerdem den LeiatungafluO an dia Laat steuern. Dia erfindungageraäße Einrichtung kann sur Steuerung der Leistung aοwie sur Kompensation ainea niedrigen Leistungsfaktors irgendeiner induktiven Laat verwandet werden. Sie iat inabeaondere vorteilhaft, wann ein aich zeitlich ändernder niedriger Leistungsfaktor einer Laat kompenaiert werden soll. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann in beaondera vorteilhafter Yeiaa aur Steuerung der einem Induktionsofen zugeführten Lelatung und sur Kompenaation daa niedrigen aich ändernden LeI-atungefaktoxe eines derartigen Induktionsofens verwandet werden.
Mit Hilfe der erfindungagemäßen Einrichtung iat es möglich, ohne meohaniachea Schalten eine Auswahl dar rieh» tigan Größe der Serienkapazität durchzuführen, die erforderlich iat, um den gewünschten Betriebe-Leistungsfaktor su ersielen.
Durch die erfindungagemäße Einrichtung iat aa möglich, dia gewünschte Grttße dar Serienkapaaität aussuwählen, während OberwellenatSrungen minimal gehalten werden. Weiterhin kann die erfindungagemäOe Einrichtung mit minimalen Leitunga-Einechaltetoßetörungen su Anfang in Betrieb geaetst werden.
309815/0801
Bei einer bevorzugten Ausführungsforto der Erfindung ist eine Vielzahl von parallel geschalteten Zweigen vorgesehen, die in Reihe zwischen einer Quelle für ein Wechsel-Strompotential und einer induktiven Last eingeschaltet sind. Jeder der Anzahl von parallel geschalteten Zweigen umfaßt eine Reihenschaltung aus einem Kondensator und eine« antiparallel geschalteten Thyristorpaar. Ein 'Thyristor «ines oder mehrerer der antiparallel geschalteten Thyristorpaare wird wahrend jeder Halb schwingung der Wechsel stromquelle in verschiedenen Kombinationen gezündet und in verschiedenen Phasenwinkel verzögert, um der Last die richtige Leistüngsmenge zuzuführen und um den niedrigen Leistungsfaktor der Last zu kompensieren. Jede der Anzahl der Zweige kann mit einer induktivität versehen s«int die in Reihe mit dem anti« parallel geschalteten Bl^Tistorpßif^ und dem Kondensator eingeschaltet ist, um die Frequesus der Schwingungen zwischen den Zweigen zu begrenzen e©w&© mm diese Schwingungen zu dämpfen. Alternativ ktanera d±® Schwingungen durch Widerstände gedämpft werden, die. in Jedem Zweig in Reihe eingeschaltet sind. Weiterhin elnd mn Jedem antiparallel verbundenen Thyristorpaar parallel angeschaltete Mittel vorgesehen, um diese Thyriβtorpaare gegen Überspannungen zu schützen· Weiterhin können MIttel zur Entladung der Reihe von Kondensatoren nach Abschaltung des Systems vorgesehen sein, um auf diese Weise eine Gefahr für Bedienungspersonen zu verhindern.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den UntoranSprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Aueführungsbeispiele noch näher erläutert. Zn der
30981 B/0801
Zeichnung ist ein Schaltbild einer Mieftthrungsform der Bin· riohtun« dargeeteilt·
In der Zeichnung iat ein Transformator 10 alt einer Primärwicklung 12 und einer Sekundärwicklung %k dargestellt. Eine (nicht gezeigte) WechselStromquelle kann länge der An· sohlttese 16 und 18 der Primärwicklung 12 des Traneformatore 10 angeschaltet sein« Eine Schutzvorrichtung 20, die irgendeine geeignete Art' einer doppeltwirkenden Durchbruchvorrlchtung sein kann, ist parallel «ur Sekundärwicklung 1k dee Traneformatore 10 angeeohaltet. .
Die Sekundärwicklung dee Traneformators ik iet Über eine gemeinsame Leitung 2k und über einen oder Mehrere einer Ansahl vonZweigen 26 bis 30 mit einer Laet 22 verbunden· Die Last 22 umfaßt eine Spule 32, die die Spule eines kern· loeen Induktioneofene eein kann. Die Induktivität Jk und der Widerstand 36 stellen die Laetwirkung auf die Spule dar. Die Laetwirkung kann eich alt der Zeit ändern, und •war in Abhängigkeit von dem Zustand und der Henge dee Metalle in dem Induktionsofen.
Jeder der parallel geschalteten Zweige 26 bie 30 kann ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar k6 bie 50 um* fassen, das in Reihe Jeweils mit eines Kondensator 56 bis 60 geschaltet ist· Jeder der Zweige 26 bie 30 kann weiterhin eine in Reihe geechaltete Induktivität 66 bie 70 aufweisen. Die Induktivitäten 66 bis 70 sind erwüneoht, um Schwingungen ε wischen den Zweigen asu dämpfen, die eieh auf grund von Änderungen der Werte der Bauteile aufgrund von in der Praxis auftretenden Heretellungstoiorangen ergeben
309815/0801
können. Alternativ können die Induktivitäten 66 toi» 70 durch Widerstünde ersetzt werden, u» die Schwingungen bw±· sehen den Zweigen su dämpfen, oder es kann jeweils ein in Reihe mit jeder der Induktivitäten 66 bis 70 geschalteter Widerstand verwendet werden« Jedes der antiparallel geschalteten Thyriβtorpaare 46 bis 50 kann mit eine Serienschaltung eines Kondensators und eines Widerstandes versehen Bebt die parallel zu den Thyristoren angeschaltet ist, wie dies in gestrichelten Linien für das antiparallel geschaltete Thyriβtorpaar 5Q für den Kondensator 72 und 7k dargestellt ist. In gleicher Weise kann jeder der Kondensatoren 56 bis 60 mit Entladungsmitteln,, wie as. B« einem Widerstand 76, versehen sein, wie dies mit gestrichelten Linien für den Kondensator 60 dargestellt 1st, wobei;dieser Widerstand 76 zwischen dem Zweig 30 und einem gemeinsamen Punkt, wie z. B. der gemeinsamen Leitung 2k, eingeschaltet ist. Alternativ könnte der Widerstand 76 parallel zum Kondensator 60 angeschaltet werden, um den Entladung« ve g zu schaffen.
Obwohl in dem speziellen beschriebenen Aueführungsbeispiel fünf parallel geschaltete Zweige 26 bis 30 dargestellt sind, ist es verständlich, daß mehr oder weniger als fünf Zweige verwendet werden können· Die Wahl der Anzahl der Zweige ergibt sich aus einer Abwägung zwischen einer annehmbaren Grüße der Oberwellenetörungen und der Wirtschaftlichkeit. Das heißt, daß bei Verwendung von fünf Zweigen die Toreteuerung eines Thyristors in einem zweiten Zweig die Xn Reihe zwischen der Quelle und der Last eingeschaltete Kapazität um einen kleineren Schritt vergrößert, als dies möglich wäre, wenn lediglich zwei Zweige verwendet würden.
309815/flem
Ia Β·trieb wird «in· Veohaelatroaquelle laues dar la· aohlttaaa i6 und 18 angelegt. Während dar poaitlven BaIb* schwingung kann dar Thyriator 78 daa antiparallel gesohaltatan Thyriatorpaaraa k6 für aIna gewlaae ZaIt während dar po al ti van Halbschwingung eingeaohaltet sein, und svar in Abhängigkeit von dar Grüße dar Leistung, dia dar Laat 22 zugeführt werden auß. In praktiaohen Betrieb iat ea ·*- strebenswert, den Betrieb durch Zünden der Thyrlatoren de a antiparallel geachalteten Tyhristorpaares 46 alt elnea groSan Varxegarungawinkal einzuleiten, ium ea daa Kondanaator 56 su eraOgllohen, aeinen Zuetand alt geapaicharter Energie alt einer alniaalen Leltunga-EinaohaltatoBatttrung au erreichen. Bei der negativen Halbschwingung würde der Translator 80 daa antiparallel geschalteten Tranalatorpaar ee k6 bei einea gewissen Wert elnea VersSgerungawinkels ge Blinde t( und «war in Abhängigkeit von dar Grüße der LeIatung, die der Laat augeführt werden soll.
XSm den aioh ändernden Leistungsfaktor su koapenaleren, kann alna unterschiedliche Anaahl von Kondensatoren 56 bla 60 bei verschiedenen Phasenwinkeln in die Leitung eingeschaltet werden. Beispielsweise kann ea für eine poaitiva Halbaohwingung wünschenswert aain, dan Thyriator ?8 bei einer Verattgerung von 30° und den Thyriator 82 bei einer Verärgerung von 6o° su triggern, ua die exakte Größe dar Koapanaationakapasität für den äoaantanen Wert daa Leistungafaktor dar Laat 22 su erzeugen. In gleicher VeIae kttnnen die Thyristoren der antiparallel geschalteten Thyrlatorpaare k6 bis 50 in verschiedenen Koabinationen getrlggert werden, ua den genauen Wert der Serlen-Koapenaationakapasität su erBeugen, daalt der aoaentane Leiatungafaktor der Laat 22 kompensiert wird. Die Triggerelnrloh-
3098 IS/0801
tune·** ftlr <**·· Triggering oder Zündung dor Thyristoren der antiparallel geschalteten Thyrietorpaare 46 bis 50 bilden keinen Teil dieser Erfindung. Dies« Triggereinrichtung kann jedoch «in. in .d*r elektronischen Technik gut bekannte* System nit geschlossener Rüokführungeechleife sein, das Xnderungen der von der Last benötigten Leistung sowie des Leistungsfaktors mißt und auf des* anderen Seite den Versugerungswinkel der Triggereignale und die Ansahl der antiparallel geschalteten Transistorpaare« die die Triggersignal« empfangen. Ändern.
Die Erfindung kann in anderen speziellen Aueführungsfornen ausgeführt werden, ohne den Grundgedanken der Erfindung Bu verlassen.
Patentansprücheι
309815/0801

Claims (7)

  1. Patentansprüche
    ( 1.jEinrichtung cur Steuerung der Größe und de· Phasenwinkel! zwischen Spannung und Strom einer einer induktiven Last zugeführten elektrischen Leistung, g β k e η η -> zeichne t duroh einen er·ten, mit einer elektrischen Wechselstromquelle verbindbaren Punkt, einen «weiten, mit der induktiven Last (22) verbindbaren Punkt, eine Ansah! von parallel zwischen dem ersten Punkt und dem «weiten Punkt eingeschalteten Zweigen (26 bis 30), die Jeweils ein antiparallel geschaltetes Thyristorpaar (46 bis 50) umfassen, das au einem Kondensator (56 bis 60) in Reihe geschaltet ist, und Einrichtungen zur Triggerung eines Thyristors von einem oder mehreren der antiparallel geschaltaten Thyriβtorpaare (46 bis 50) während jeder Halbeohwingung des elektrischen Wechselstrompotentiala.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Anzahl von Zweigen (26 bis 30) eine Induktivität (66 bis 70) aufweist, die zu dem antiparallel geschalteten Thyriβtorpaar (46 bis 50) und dem Kondensator (56 bis 60) des Jeweiligen Zweiges (26 bis 30) in Reihe geschaltet iet.
  3. 3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder der Anzahl von Zweigen (26 bis 30) einen Widerstand aufweist, der in Reihe mit dem antiparallel geschalteten Thyristorpaar (46 bis 50) und dem Kondensator (56 bis 60) des jeweiligen Zweiges geschaltet ist.
    309815/0801
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder der Anzahl von Zweigen (26 bis 30) eine Serienschal tung aus einen Kondensator (72) und einem Widerstand (7*0 aufweist, die parallel zu dem antiparallel geschalteten Thyristorpaar (k6 bis 50) des jeweiligen Zweiges (26 bis 30) geschaltet ist.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß jeder der Anzahl von Zweigen (26 bis 30) einen Widerstand (76) aufweist, der zwischen einer Seite des Kondensators (56 bis 60) des jeweiligen Zweige® (26 bis 30) und einem gemeinsamen Punkt angeschaltet ist«
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Anzahl von Zweigen (26 bis 30) einen Widerstand aufweist, der parallel zu dem Kondensator (56 bis 60) des jeweiligen Zweiges (26 bis 30) geschältet ist«
  7. 7. Einrichtung nach Ansrueh 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Triggereinrichtung die Betriebsweise der Einrichtung durch Triggern oder Auslösen der Thyristoren der antiparallel geschalteten Thyriοtorpaare (k6 bis 50) bei einem großen Verzögerungswinkel einleitet·
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