DE2300445A1 - Verfahren zum betrieb einer blindleistung erzeugenden anordnung sowie anordnung zur erzeugung von blindleistung - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Erlangen, den *· JAW. 19?3 Berlin und München Werner-von-Siemens-Str. 50

Unser Zeichen: VPA 73/3002 Nm/Met

Verfahren zum Betrieb einer Blindleistung erzeugenden Anordnung sowie Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb einer Blindleistung erzeugenden Anordnung, die aus einer Kondensatoranlage und aus zwei steuerbaren Stromrichtern besteht, welche an ein mindestens einphasiges Wechselstromnetz angeschlossen und gleichstromseitig über eine G-lättungsdrossel verbunden sind, wobei die Stromrichter im Steuerbereich mit voneinander verschiedenen Steuerwinkeln gesteuert werden, sowie auf eine Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung in einem mindestens einphasigen Wechselstromnetz, die aus einer Kondensatoranlage und aus zwei steuerbaren Stromrichtern besteht, welche an das Wechselstromnetz angeschlossen und gleichstromseitig über eine Grlättungsdrossel verbunden sind, und welchen je ein Steuersatz zugeordnet ist, denen im Steuerbereich Steuerspannungen unterschiedlicher Größe zugeführt sind.

In vielen Fällen ist eine Einrichtung zum Anschluß an ein einphasiges Wechsel- oder ein Drehstromnetz erwünscht, die möglichst verlustfrei, schnell und in einfacher Weise einstellbar als Blindlast wirkt, deren Größe in weiten Grenzen einstellbar oder regelbar ist. Zur möglichst raschen Kompensation von induktiven Blindlaststößen, insbesondere im schwachen Wechselstromnetz, wird heute üblicherweise eine Kondensatoranlage fester Kapazität verwendet, der eine Blindleistung aufnehmende Einrichtung parallel geschaltet ist. Die kompensierende Wirkung der Kondensatoranlage bleibt durch diese als Drosselspule mit veränderbarer Induktivität wirkende Einrichtung so lange aufgehoben, wie im Wechselstromnetz kein Blindlastbedarf vorliegt. Tritt jedoch plötzlich ein solcher Blindlastbedarf infolge des Betriebs des an das

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Wechselstromnetz angeschlossenen Verbrauchers auf, so kann mittels leistungselektronischer Steuereinrichtungen die kapazitive Wirkung der Gesamtanordnung, die aus der Parallelschaltung von Kondensatoranlage und Einrichtung besteht, rasch so eingestellt werden, daß die induktive Blindlast des Verbrauchers gerade kompensiert wird.

Als Einrichtung zum Verbrauch von Blindleistung, die einer Drosselspule mit veränderbarer Induktivität entspricht, ist mit Erfolg ein netzgeführter Stromrichter eingesetzt worden, der über eine Glättungsdrossel kurzgeschlossen wird. Abgesehen von den geringen ohmschen Verlusten stellt eine solche Einrichtung eine praktisch reine induktive Blindlast dar, deren Größe proportional dem in der Glättungsdrossel fließenden Gleichstrom ist. Dieser Gleichstrom läßt sich über die Steuerung der Ventile des Stromrichters betragsmäßig nach Belieben ändern, solange der Gleichstrom einen nichtlückenden Verlauf hat, was durch die Glättungsdrossel sichergestellt sein muß. Am Drehstromnetz wird bei größeren Einrichtungen ein zwölfpulsiger Stromrichter gewählt, und zwar in Form einer gleichstromseitigen Reihenschaltung zweier sechspulsiger Stromrichter mit um 30° unterschiedlichen Schaltungswinkeln.

Als nachteilig wird bei einer solchen Einrichtung mit kurzgeschlossenem Stromrichter die Glättungsdrossel beurteilt, die im gesamten Gleichstrombereich, insbesondere auch bei niedrigem Gleichstrom, einen nichtlückenden Betrieb sicherstellen muß. Sie muß nämlich eine beträchtliche Baugröße aufweisen, da die Verluste gering sein sollen. Weiterhin wird als nachteilig angesehen, daß der Steuerbereich des Stromrichters im Kurzschluß nur wenige elektrische Grade beträgt. Es sind daher sehr genaue Steuersätze erforderlich. Im Steuerbereich von z.B. 86 elt 2°el muß eine Peineinstellung möglich sein. Schließlich dürfen bei Regelungsvorgängen die Ventilströme des Stromrichters nicht vorübergehend zu hoch werden. Als Kompromiß wird die Glättungsdrossel größer als dem Prinzip nach erforderlich gewählt, wobei man

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zu wirksamen Zeitkonstanten im Gleichstromkreis von 100 ms oder mehr kommt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 201 800 sind das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Anordnung bekannt. Die Anordnung enthält einen ersten und einen zweiten netzkommutierten Stromrichter, deren Wechselstromanzapfungen an ein Wechselstromnetz angeschlossen sind. Die Stromrichter sind über je eine im wesentlichen wirkwiderstandsfreie, abzweigfreie Glättungsdrossel in jeder Verbindungsleitung gleichstromseitig antiparallel geschaltet. An das Wechselstromnetz ist auch eine Kondensatorbatterie angeschlossen.

Die Steuersätze der beiden Stromrichter werden nun in der Weise gesteuert, daß sie derart Zündimpulse an die Ventile der beiden Stromrichter geben, daß jedes Ventil des zweiten Stromrichters mit einer für alle Ventile des zweiten Stromrichters gleichgroßen Verzögerung im Verhältnis zu der Zündung der entsprechenden Ventile des ersten Stromrichters zündet. Die genannte Verzögerung kann konstant oder veränderlich sein. Der erste Stromrichter, der als Gleichrichter arbeitet, wird also auf einen Steuerwinkel «61 = °£ eingestellt. Der zweite Stromrichter, der als Wechselrichter arbeitet, wird auf einen davon verschiedenen Steuerwinkel oL2 = (ot+ΔοΟ eingestellt. Der Winkel M entspricht dabei der genannten Verzögerung. Da die Gleichspannungen beider Stromrichter etwa gleich groß und entgegengerichtet sind, beträgt die Summe beider Steuerwinkel («=(.1 + <2) = 180°. Es gilt daher: ot1 = 90°-4V2 und o62 = 90°+Δο/2. Damit ein nennenswerter Gleichstrom fließen kann, ist es erforderlich, daß der Steuerwinkel ot1 den genannten Wert (90°-Δβ/2) geringfügig unterschreitet.

Der Winkel/kann weiterhin in einem Blindleistungsregelkreis so verändert werden, daß die Blindleistung konstant gehalten wird. Die Steuerwinkel oi.1, «=t2 werden dabei stets gleichsinnig verändert, also gleichzeitig vergrößert oder verkleinert. Ein verminderter Winkelot hat einen zunehmenden Gleichstrom in den beiden

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Grlättungsdrosseln und eine Zunahme der erzeugten Blindleistung zur Folge. Die Abweichung ier Steuerwinkel βί.1, d.2 von den obengenannten Werten (90°- Δ*/·-) und (90°+ &°t/2) ist sehr gering. Dieses Betriebsverfahren verfolgt die Absicht, daß durch eine zweckmäßige Wahl des Winkelstein Betriebszustand vorliegt, in dem die Oberschwingungen des netzseitigen Stromes der Anordnung möglichst gering werden, was sich bei einem Winkelet von 75° für die Oberschwingungen 5· und 7. Ordnung erreichen läßt.

Auch hier hat wieder bereits eine kleine Änderung des Winkels «* eine große Änderung des durch die Grlättungsdrosseln fließenden Gleichstroms zur Folge. Es müssen daher wiederum besondere Steuergeräte mit Feineinstellung verwendet werden. Weiterhin müssen die Grlättungsdrosseln eine beträchtliche Größe haben, was hinsichtlich des Materialaufwandes, der Kosten und des Gewichts von Nachteil ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren und die eingangs genannte Anordnung so abzuändern, daß die erwähnten Nachteile behoben sind, daß also nach dem Stande der Technik übliche Steuersätze verwendet werden können, und daß insbesondere der Aufwand bezüglich der Glättungsdrosseln verringert wird. Das Verfahren soll an die Zeitkonstante im Gleichstromkreis nicht gebunden sein. Diese soll vielmehr beliebig sein können.

Ausgehend vom eingangs genannten Verfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerwinkel "i1, oC2 beider Stromrichter so geführt werden, daß ihre Summe (c£1 +oC2) stets um einen vorgegebenen Winkelbetrag 25 kleiner ist als 180°. - Für die Steuerwinkel o61, ei.2 der beiden Stromrichter gilt somit die Beziehung (o£i + aL2) = 180 - 25 . Der vorgegebene Winkelbetrag 2S wird darin i.a. kleiner als 90° sein.

Am zweckmäßigsten wird dabei der vorgegebene Winkelbetrag 2S so gewählt, daß bei gleich großen Steuerwinkeln, also bei «ti = <2 , durch die Glättungsdrossel gerade derjenige Gleichstrom fließt,

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welcher dem höchsten geforderten Blindlastwert der beiden Stromrichter entspricht. Die Einstellung des Winkelbetrags muß für die Anordnung nur einmalig vorgenommen werden. Naoh erfolg-

bei ter Einstellung kann der G-leichstrom, gleichgültig ob /ainer Steuerung oder Regelung, nicht höher werden als dem vorgegebenen Winkelbetrag 26 entspricht. Das heißt also, daß man eine Strombegrenzung auf diesen Wert erhält.

Die Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichter mit je einer ventilseitigen Transformatorwicklung ausgestattet und gleichstromseitig über die Glättungsdrossel in Reihe geschaltet sind, und daß die Steuerspannungen der Steuersatz beider Stromrichter von einem vorgegebenen Wert aus gegenläufig um denselben Betrag verstellbar sind. Zweckmäßig ist es dabei, zwei Steuersätze gleicher Ausführung zu verwenden, bei denen wie üblich der SteuerwinkeleCproportional der Steuerspannung ist.

Die Erfindung geht also davon aus, daß nicht nur ein kurzgeschlossener Stromrichter, sondern auch ein leerlaufender Umkehrstromrichter, der zwei gleichstromseitig in Reihe geschalteten Stromrichtern äquivalent ist, infolge seines Kreisstroms eine Blindlast für das Stromnetz darstellt. Bei exakter Zuordnung der Steuerwinkel =61, ei, 2 beider Stromrichter entsprechend der Winkelsumme ( «>61 +U2) = 180° liegt dabei der Kreisstrom mit dem Aussteuerungsgrad und der Größe der Glättungsdrossel fest. Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß es ohne weiteres möglich ist, durch geringfügiges Verkleinern der Winkelsumme (oi 1 +oL2) unter 180° den Kreisstrom um eine mit dem Winkelbetrag 2S beliebig einstellbare Gleichkomponente zu erhöhen. Da es gelingt, die Höhe eines auf diese Weise eingestellten Kreisstroms in eine vernünftige gemeinsame Abhängigkeit von den Steuerwinkeln ail, °c 2, und zwar im gesamten möglichen Gleichrichter-Steuerbereich 0°<-t1 c (90°- u/2) (u=Überlappungswinkel beim Aussteuerungsgrad Null, der sicn aus der Kommutierungsreaktanz ergibt) zu bringen, so fällt die erwähn- , te Schwierigkeit eines Steuersatzes mit extrem kleinem Steuer- ....

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ORIGINAL INSPECTED'

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bereich weg, und es können übliche Steuersätze verwendet werden. Die Glättungsdrossel braucht bei dieser Art der Steuerung lediglich sicherzustellen, daß der Gleichstrom,der bei gleichen Steuerwinkeln ot.1 = °i-2 = (9O°-<£.) fließt, nicht lückt. Das ist wichtig für die Bemessung der Glättungsdrossel.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Zeichnung enthalten und in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ihrer Ausgestaltungen und Vorteile wird nun auf die beigefügten Figuren 1 bis 4 Bezug genommen, in denen Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt ist. Es zeigen

Figur 1 eine Einrichtung zur Kompensation von Blindlaststößen im Drehstromnetz,

Figur 2 eine Winkelachse mit eingetragenen Steuerwinkeln, Figur 3 ein Diagramm, in dem die Klemmenspannungen von zwei Stromrichtern über den zugehörigen Steuerwinkeln aufgetragen sind, und

Figur 4 eine Steuereinrichtung zur gegenläufigen Führung zweier Steuerspannungen.

In Figur 1 ist eine Kompensationseinrichtung dargestellt, die zur Kompensation von Blindlaststößen in einem Drehstromnetz 2 vorgesehen ist. Die drei leiter des Drehstromnetzes 2 sind mit R,S,T bezeichnet. Ein dreiphasiger Verbraucher 3, der z.B. eine Iiichtbogen-Schmelzanlage großer Leistung sein kann, ruft im Betrieb Blindlaststöße hervor, die zwecks Vermeidung der Störung anderer (nicht dargestellter) Verbraucher kompensiert werden müssen.

Diesem Zweck dient eine dreiphasige Kondensatorenanlage 4 fester Kapazität, der eine Blindleistung verbrauchende Einrichtung 5, also eine Blindlast parallel geschaltet ist. Diese Einrichtung 5 entspricht in ihrer Wirkung einem induktiven Verbraucher mit veränderbarer Induktivität. Die Einrichtung/wird, wie später noch näher ausgeführt wird, in einem Regelkreis immer so einge-

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stellt, daß die Induktivität von Verbraucher 3 und Einrichtung 5 gemeinsam der Kapazität der Kondensatoranlage 4 entsprechen. Auf diese Weise läßt sich der Leistungsfaktor des Stromnetzes 2 auf einem festen Wert, der beliebig nahe bei 1 liegen kann, festhalten. Im vorliegenden Fall ist die Kondensatoranlage 4 wie üblich zu zwei Filterkreisen 4a, 4b, die beispielsweise auf die 5. und 7· Harmonische abgestimmt sind, erweitert. Es können auch mehr als zwei Pilterkreise und auch noch zusätzliche Kondensatoren vorgesehen sein.

Die Einrichtung 5 umfaßt einen Transformator 6 mit einer an das Drehstromnetz 2 angeschlossenen Wicklung 7 und zwei ventilseitigen Wicklungen 8, 9 sowie zwei steuerbare Stromrichter 11 und 12 voneinander gleichartigem Aufbau. Wenn die Wicklung 8 im Stern und die Wicklung 9 im Jreieck geschaltet ist, liegt bei gleichen Steuerwinkeln ^1 = ol2 beider Stromrichter 11, 12 ein 12-pulsiger Stromrichterbetrieb vor. Die Stromrichter 11, 12 sind gleichetromseitig an den Klemmen 13, 14 in Reihe geschaltet und mit den Klemmen 155 18 an eine einzige Glättungsdrossel 10 angeschlossen. Eine zweite Glättungsdrossel ist nicht erforderlich. Jeder Stromrichter 11 und 12 enthält in bekannter Weise sechs steuerbare Hauptventile 11' bzw. 12' in Drehstrombrückenschal tung. Als Hauptventile 11' bzw. 12' können insbesondere Thyristoren eingesetzt werden. Jeder Stromrichter 11, 12 arbeitet für sich 6-pulsig.

Die Hauptventile 11' des ersten Stromrichters 11 erhalten Zündimpulse von einem Steuersatz 17, der mit einer Steuerspannung u1 gespeist wird. Die Steuerspannung u1 bestimmt den Steuerwinkel =C1 des ersten Stromrichters 11. Zur Wahrung der Übersicht ist nur eine einzige Steuerleitung 19 zwischen einem Hauptventil 11' und dem Steuersatz 17 eingezeichnet. Entsprechend erhalten die Hauptventile 12' des zweiten Stromrichters 12 Zündimpulse von einem gleichartigen Steuersatz 18, der mit einer Steuerspannung u2 gespeist wird. Auch hier ist wieder nur eine einzige Steuerleitung 20 eingezeichnet. Die Steuerspannung u2

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bestimmt ganz entsprechend den Steuerwinkel oi.2 des zweiten Stromrichters 12.

In Figur 2 ist schematisch veranschaulicht, in welcher Weise die beiden Stromrichter 11, 12 gesteuert werden. Die dargestellte Winkelachse reicht von 0° bis 180°. Die Steuerwinkel

beider Stromrichter 11, 12 werden gemäß der Erfindung im Betrieb so geführt, daß ihre Summe (-ot1 + o(.2) um einen vorgegebenen Winkelbetrag 2S kleiner ist als 180°. Es gilt also die Beziehung

oC1 + et2 = 180° - 25 . (1)

Mit anderen Worten: Der Punkt A kann sich nach beiden Eichtungen auf der dargestellten Winkelachse bewegen; der Punkt B bleibt dabei fest. Eine Bewegung des Punktes A nach rechts hat z.B. eine Vergrößerung des Steuerwinkels e(,1 und eine Verringerung des Steuerwinkels oi.2 um denselben Betrag zur Folge. Die Beziehung (1) bleibt während dieser Bewegung weiter gültig. Die Bewegung des Punktes A kann, wie später ausgeführt wird, in Abhängigkeit einer Regelgröße erfolgen.

Der Steuerwinkel «i.1 des ersten Stromrichters 11 ist nach Figur 2 kleiner als 90 , d.h. der erste Stromrichter 11 arbeitet im Ausführungsbeispiel als Gleichrichter. Der Steuerwinkel d.2. des zweiten Stromrichters 12 ist größer als 90°, d.h. dieser zweite Stromrichter 12 arbeitet im Ausführungsbeispiel als Wechselrichter.

In Figur 3 wird das Verfahren zum Betrieb der Anordnung 5 an einem Wertebeispiel näher verdeutlicht. Der zeichnerischen Übersichtlichkeit wegen sind im Wege des Beispiels folgende Werte angenommen worden:

2S= 12°, o£1 = 60°, «L2 = 108°, Δ = 24°. Im wirklichen Betrieb wird der Wert des Winkel be träges 2«fkleiner sein. Weiter ist angenommen, daß die Stromrichter 11, 12 und ihre Steuersätze

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17 bzw. 18 in bekannter Weise so ausgestaltet sind, daß die Aus gang s s pannung TJ(oi.) proportional zu cosoi ist, wobei oL der Steuerwinkel ist. Bei al =0° nimmt die Ausgangsspannung U(«O den maximalen Wert TJ an. Das ergibt sich, aus Figur 3 bei Betrachtung der Kurve U(oli)/U über der Winkelachse <i . Diese Kurve setzt sich - was nicht dargestellt ist - kosinusförmig über den Winkelet= 90 hinaus ins Negative fort.

Der Winkelbetrag 25 wird folgendermaßen festgesetzt: Man wählt für beide Stromrichter 11, 12 denselben Steuerwinkel.et . Es gilt also die Beziehung:

eil = dL2 (2)

Diesen Steuerwinkel W.1 = «C.2 verschiebt man solange, bis durch die G-lättungsdrossel 10 ein Gleichstrom I_d fließt, der dem höchsten geforderten Blindlastwert entspricht. Aus den Beziehungen (1) und (2) erhält man dann die Beziehung

«i.1 = öl 2 = 90° - S , (3)

wodurch der halbe Winkelbetrag «Tfestgelegt ist. Jeder Stromrichter 11, 12 gibt die Ausgangsspannung

U(oc1) - U(«12) = U(90° - S) (4)

ab.(Hier und im folgenden bezeichnen die in Klammern gesetzten Größen keinen Multiplikator, sondern sind als Index aufzufassen), An der Glättungsdrossel 10 liegt somit das Doppelte der Ausgangsspannung U(90°-<f), also die Spannung 2U(90 -S). Im Wertebeispiel gemäß Figur 3 ist für den Steuerwinkel ad = <>L2 = 84 und für den halben Winkelbetrag S = 6° angenommen worden, so daß sich für die relative Ausgangsspannung U(9O°-5)/U etwa 0,1 ergibt. Der Wert des halben Winkelbetrages <5" liegt fest mit der wirksamen Kommutierungsreaktanz jedes Stromrichters 11, 12, mit allen ohmschen Widerständen der gesamten Einrichtung 5 und mit der Schleusenspannung der Hauptventile 11' bzw. 12^f.

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Zur Verringerung des durch Wahl des Winlcelbetrages 2<fvorgegebenen Blindleistungswertes könnte man nun die Steuerwinkel ot1, o£2 beider Stromrichter 11, 12 um einen sehr kleinen Wert gleichsinnig erhöhen, wie es eingangs beschrieben wurde. Van dieser Maßnahme wird jedoch kein Gebrauch gemacht. Der Winkel (90 - S) wird vielmehr als gemeinsamer Bezugspunkt für beide Steuerwinkel öd , °£2 angesehen, von dem aus beide Steuerwinkel aLl , al2 um denselben Winkel Δ gegensinnig verändert werden. Der Winkel Δ zählt also von (90°- S) aus in positiver und negativer Richtung. Das ist in Figur 3 mit den beiden Abzissen für die Steuerwinkel oi.1 und <*i.2 dargestellt. Die Abzisse mit dem Steuerwinkel dU verläuft von links nach rechts, und zwar vom Winkel 0° bis zum Winkel (90°-<T) = 84°. Sie gehört zur Kurve U(oCi)/U_Q. Der erste Stromrichter 11 wird also als Gleichrichter im gesamten Steuerbereich betrieben. Die Abzisse mit dem Steuerwinkel oi.2 verläuft von (90°- S) = 84° nach links bis zum Winkel (180°- 2 S ) = 168°. Sie gehört zur negativ aufgetragenen Kurve -U(«»£2)/U Der zweite Wechselrichter 12 wird also im Steuerbereich im wesentlichen als Wechselrichter betrieben.

Der Winkel Δ darf beliebig in den Grenzen O⁰^ Δ ^ ( 90° - S) liegen. Damit erhält man für.die Steuerwinkel

βί.1 = 90° - S - & und

= 90° - (S + Δ . (5)

Der Steuerwinkel «el wird also in den Grenzen von 0 bis (90°- <£) und der Steuerwinkel <<.2 in den Grenzen von (90 - <Γ) bis (180° - 2 S) entsprechend verändert. Bis auf die Steuerbereichsgrenze (90°-cT) sind die beiden Steuerwinkel o£i , «£2 stets verschieden groß.

Es wurde bereits angegeben, daß die Steuerwinkel <=£1 , *L2 ausgehend von dem festen Wert (90°- S) gegenläufig um denselben Winkelbetrag Δ verstellbar sind. Bezüglich der Anordnung 5 in Figur 1 bedeutet das: Von den Steuersätzen 17, 18 werden Zündimpulse an die steuerbaren Hauptventile 1-1', 12· der beiden Strom

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richter 11 "bzw. 12 in der Weise gegeben, daß ein Hauptventil 11* des ersten Stromrichters 11 mit einer einstellbaren Voreilung gegenüber einem vorgegebenen Zeitpunkt und daß das entsprechende Hauptventil 12' des zweiten Stromrichters 12 mit einer zu dieser Voreilung zeitgleichen Verzögerung gegenüber dem vorgegebenen Zeitpunkt gezündet wird. Das gilt jeweils für entsprechende Ventile 11', 12' beider Stromrichter 11, 12. Voreilung und Verzögerung sind für alle Hauptventile 11*, 12' gleich groß und um denselben Betrag veränderbar.

Die in Figur 3 gewählte Darstellung mit zwei gegenläufigen Abzissen ist besonders vorteilhaft, weil sich aus ihr unmittelbar die resultierende Spannung

U(A) = U UO + U(ot2) (6)

beider Stromrichter 11, 12 und damit der resultierende Aussteuerungsgrad beider Stromrichter 11, 12 entnehmen läßt. Die relative resultierende Spannung U(A)/U_Q ist in Figur 3 mit einem Doppelpfeil eingezeichnet. Man erhält mit den Beziehungen (5) und (6) sowie unter Berücksichtigung der bekannten und bereits erwähnten Proportionalität des Aussteuerungsgrades der .Stromrichter 11, 12 vom Cosinus den Steuerwinkel oi.1, -ji.2:

TS(A) = U₀ (cos oL 1 + cos <4.2)

= U₀ ((cos(90°-<T-A) + cos (90°- S+A) U(A)/U_o = 2 sin f cos Δ. (7)

Im Wertebeispiel mit Δ. = 24 und S"= 6° erhält man für dieses Verhältnis etwa 0,19.

Die reslutierende, an der Glättungsdrossel 10 liegende Spannung U(A) läßt sich nach der Beziehung (7) durch Verändern des Winkels/ einstellen; damit wird auch der Gleichstrom L eingestellt. Eine veränderte Einstellung des Gleichstroms J^ hat eine Änderung der Amplitude des Wechselstroms zur Folge, der aus dem Drehstromnetz 2 in die Einrichtung 5 fließt. Die Phasenlage

bleibt dabei unv

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dieses Wechselstromes bleibt dabei unverändert 90° nacheilend

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gegenüber der Netzspannung. Vom Drehstromnetz 2 aus gesehen hat die !Einrichtung 5 somit das Verhalten einer an das Drehstromnetz 2 angeschlossenen Drosselspule mit veränderbarer Induktivität.

Man erkennt aus Figur 3, daß das Verhältnis U(A)/U mit wachsendem Winkel Δ kleiner wird (Scheren-Effekt). Es wird zwar nie ganz zu Null. Wenn aber υ(Δ) durch Vergrößern des Winkels Δ gerade gleich der Schleusenspannung der Ventile 11', 12' wird, so erreichen damit Gleichstrom I, und Blindleistung fast den Wert Null. Es verbleibt lediglich ein kleiner lückender Kreisstrom.

Eine Steuerung in der in den Figuren 2 und 3 angegebenen Weise läßt sieh besonders leicht durchführen mit zwei Steuersätzen 17, 18 gleicher Ausführung, bei denen der Steuerwinkelot1,vC2 direkt .proportional der Steuerspannung u1 bzw. u2 ist. Die Steuerspannungen u1, u2 sind dabei Gleichspannungen. Nach Figur 1 können diese Steuerspannungen u1, u2 aus zwei getrennten Anteilen bestehen, und zwar aus einem festen Steuerspannungsanteil u(9O°-<S) und einem veränderlichen Steuerspannungsanteil -u(A) bzw. +u(Δ).

Der feste Steuerspannungsanteil u(90 -S) entspricht dem Winkel (90°- S) und ist für beide Steuersätze 17, 18 gleich groß. Er kann an einem Einstellorgan 21, das in Figur 1 als Potentiometer dargestellt ist, als Grundwert eingestellt werden.

Der veränderliche Steuerspannungsanteil -u(A) bzw. +υ(Δ) entspricht dem Winkel Δund ist für beide Steuersätze 17, 18 betragsmäßig gleich groß, besitzt aber für beide Steuersätze 17, 18 entgegengesetztes Vorzeichen. Im Steuersatz 17 wird somit dem festen Steuerspannungsanteil u(90°- S) der veränderliche Steuerspannungsanteil -u(A) zur Steuerspannung u1 überlagert. Entsprechend wird im Steuersatz 18 dem festen Steuerspannungsanteil u(90°-£) der veränderliche Steuerspannungsanteil

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+ιι(Δ) mit dem anderen Vorzeichen zur S teuer spannung u2 überlagert. Zwecks besonders einfacher Durchführung dieser Überlagerung kann den Eingängen der beiden Steuersätze 17, 18 je ein Verstärker, z.B. in integrierter Technik, oder je ein anderer entsprechender logischer Schaltkreis vorgeschaltet sein.

Beide veränderliche Steuerspannungsanteile -u(^i) werden zweckmäßigerweise aus ein und demselben Gerät entnommen. Dieses Gerät kann insbesondere eine Steuereinrichtung, z.B. nach Figur 4, oder, wie in Figur 1, ein Regler 22 mit symmetrischen Ausgängen sein.

Gemäß Figur 1 werden die Steuerspannungen u1, u2 beider Steuersätze 17 bzw. 18 in einem Blindleistungsregelkreis in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen einem Blindleistungs-Sollwert P* und einem Blindleistungs-Istwert P geführt. Diese Abweichung wird als Differenz (P*-P) in einem Vergleichsglied 23 gebildet, das dem Regler 22 vorgeschaltet ist. Vergleichsglied 23 und Regler 22 können baulich in einem Blindleistungsregler zusammengefaßt sein. Ein Sollwertgeber 24, der als Potentiometer dargestellt ist, liefert den Blindleistungs-Sollwert P*. Der Blindleistungs-Istwert P wird von einem Meßgerät 25 ermittelt, dem sowohl von Abgriffen 26 die speisende Netzspannung als auch von einem Stromwandler 27 der Netzstrom zugeführt wird. Der dargestellte Regelkreis sorgt durch Nachführung der veränderbaren Steuerspannung -u(A) für eine Konstanthaltung der im Drehstromnetz 2 transportierten Blindleistung.

In Figur 4 ist dargestellt, wie die beiden Steuerspannungen u1 und u2 auf einfache Weise mittels einer Steuereinrichtung gleichzeitig gegensinnig geführt werden können. Anstelle des Reglers 22 von Figur 1 ist ein Potentiometer 28 mit Abgriff 29 vorgesehen, das aus einer Spannungsquelle 30 gespeist wird. Steht der Abgriff 29 in seiner mittleren Stellung, so entspricht das dem Winkel (90°- S). Jeder Steuersatz 17, 18 erhält in dieser Stellung die halbe Spannung der Spannungsquelle 30 als Steuerspannung u1 bzw. u2. Beide Steuerspannungen u1, u2 gehenvon diesem festen Wert aus. Wird der Abgriff 29 nun nach rechts oder

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links verschoben, so wer der. damit die beiden Steuerspannungen u1 , u2 vom festen Wert aus gegenläufig um denselben Betrag ver- ■ stellt. Zur Begrenzung des Steuerbereiches können noch zwei Widerstände 31, 32 von gleichem ohmschen Wert beidseitig des Potentiometers 28 angeordnet sein. - Soll bei beiden Steuersätzen 17, 18 je eine Eingangsleitung geerdet werden, so können zwei an ihren Abgriffen gegenläufig gekoppelte Potentiometer verwendet werden, die aus derselben Spannungsquelle gespeist werden.

Ein besonderer Vorzug bei dem beschriebenen Verfahren ist darin zu sehen, daß im Betrieb der Einrichtung 5 jeglicher interne Regelungsvorgang für den Gleichstrom I-, entfällt, womit die Betriebssicherheit erhöht wird. Gegenüber der bekannten Anordnung ist nur eine einzige Glättungsdrossel 10 erforderlich. Selbstverständlich läßt sich das Verfahren nicht nur zur Blindleistungs-Kompensation in dreiphasigen, sondern auch im einphasigen Wechselstromnetz einsetzen. Schließlich ist besonders hervorzuheben, daß die Induktivität der Glättungsdrossel 10 klein sein darf. Wenn ihre Induktivität gerade so gewählt ist, daß sie beim höchsten Wert des Gleichstroms I, bei o£1 = *C 2 das Lücken gerade verhindert, so tut sie es im gesamten, durch den Winkel Δ bestimmten Steuerbereich, wobei der Gleichstrom I^ kleiner wird, entsprechend den Gesetzmäßigkeiten für den Kreisstrom in Abhängigkeit vom Aussteuerungsgrad, wie sie in dem Lehrbuch von G. Möltgeri "Netzgeführter Stromrichter mit Thyristoren", Herausgeber und Verlag: Siemens AG, Berlin und München, 1967, Seite 295, Bild 228, Kurve 3 dargestellt sind. Das Verfahren führt also dazu, daß Kosten und Gewicht im Hinblick auf die Glättungsdrossel 10 gegenüber anderen bekannten Verfahren eingespart werden. Die Zeitkonstante im Gleichstromkreis, die durch die Induktivität der Glättungsdrossel 10 bestimmt wird, kann praktisch beliebig klein sein.

8 Patentansprüche ·
4 Figuren

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Claims (8)

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   Patentansp rüche

   ί1.^Verfahren zum Betrieb einer Blindleistung erzeugenden An-Ordnung, die aus einer Kondensatoranlage und aus zwei steuerbaren Stromrichtern besteht, welche an ein mindestens einphasiges Wechselstromnetz angeschlossen und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel verbunden sind, wobei die Stromrichter im Steuerbereich mit voneinander verschiedenen Steuerwinkeln gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerwinkel («i.1,-42) beider Stromrichter (11,12) so geführt werden, daß ihre Summe (·=■£ 1 + U.2) stets um einen vorgegebenen Winkelbetrag (2 5) kleiner ist als 180°.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Winkelbetrag (2<f ) so gewählt ist, daß bei gleich großen Steuerwinkeln ( oL 1 = "l2 = 90°- S) durch die Glättungsdrossel (10) ein Gleichstrom (Ij) fließt, der dem höchsten geforderten Blindlastwert entspricht.
3. 3. Anordnung zur Erzeugung von Blindleistung in einem mindestens einphasigen Wechselstromnetz, bestehend aus einer Kondensatoranlage und aus zwei steuerbaren Stromrichtern, welche an das Wechselstromnetz angeschlossen und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel verbunden sind, und welchen je ein Steuersatz zugeordnet ist, denen im Steuerbereich Steuerspannungen unterschiedlicher Größe zugeführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichter (11, 12) mit je einer ventilseitigen Transformatorwicklung (8, 9) ausgestattet und gleichstromsei tig über die Glättungsdrossel (10) in Reihe geschaltet sind, und daß die Steuerspannungen (u1, u2) der Steuersätze (17, 18) beider Stromrichter (11, 12) von einem vorgegebenen Wert aus gegenläufig um denselben Betrag verstellbar sind.

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4. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen (u1, u2) beider Stromrichter (11, 12) aus einem festen Steuerspannungsanteil (u(90°- <5")), der für beide Steuersätze (17, 18) gleich groß ist, und einem überlagerten veränderlichen Steuerspannungsanteil (-u(A), + u(A)) besteht, wobei die beiden veränderlichen Steuerspannungsanteile (-u(A), +u(a)) vom Wert Null aus gegenläufig um denselben Betrag veränderbar sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Steuerspannungsanteil (u(90 -S)) an einem Einstellorgan (21) einstellbar ist.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß der feste Steuerspannungsanteil (u(90°-<f)) und der veränderliche Steuerspannungsanteil (-u(A), +u(Δ)) mittels eines Verstärkers am Eingang des betreffenden Steuersatzes (17, 18) überlagert sind.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannungen (u1, u2) beider Stromrichter (11, 12) in einem Blindleistungsregelkreis in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen Blindleistungs-Sollwert (P*) und Blindleistungs-Istwert (P) geführt sind.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch ihre Anwendung als Kompensationseinrichtung zur Kompensation von induktiven Blindlaststößen in einem Wechselstromnetz (2), das einen lichtbogenofen speist.

   409828/0549

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