DE2336594A1

DE2336594A1 - Statischer blindleistungskompensator

Info

Publication number: DE2336594A1
Application number: DE19732336594
Authority: DE
Inventors: Charles Caussin; Claude Gerbaulet
Original assignee: Jeumont Schneider SA
Current assignee: Jeumont Schneider SA
Priority date: 1972-08-09
Filing date: 1973-07-18
Publication date: 1974-02-28
Also published as: BE803294A; FR2195860A1; LU68180A1; FR2195860B1; ES416522A1; BR7305688D0

Description

92806 P UTEAUX /Frankreich

Unser Zeichen: J 595

Statischer Blindleistungskoinpensator.

Die Entwicklung in den industriellen Anlagen von Apparaten, welche eine erhebliche zeitlich stark und sehr schnell veränderliche Blindleistung verbrauchen, wie lichtbogenofen, Gleichrichter, Kegeltriebe mit Halbleitern, macht insbesondere die Aufgabe der Kompensierung der an den elektrischen Verteilungsnetzen angeforderten Blindleistung immer verwickelter. Bisher erfolgte diese Kompensierung entweder durch Synchronkompensatoren, oder durch Kondensatorenbatterien.

Die lösung mit einea Synchronkompensator,

welche sehr anpassungsfähig ist, da sie eine kontinuierliche Änderung der erzeugten oder absorbierten Blindleistung gestattet, erfordert, falls man genügende Anspreehgeschwindigkeiten erhalten will, eine besondere Konstruktion der Maschine und ihrer i)rregorvorrichtung_s welche wirtschaftlich nur für die Kompensierung von grossen Leistungen in der G-rÖssenordnung von wenigotens zehn Kvar in Betracht gezogen v/erden kann*

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Diese lösung bleibt sowohl hinsichtlich der Anlagekosten als auch der Wartungskosten stets sehr kostspielig.

Die Losung mit Kondensatorbatterien, welche

wirtschaftlicher ist und die leichte Herstellung von ganz verschiedenen Leistungseinheiten ermöglicht, besitzt den Nachteil, dass sie nur eine stufenweise Änderung der erzeugten Blindleistung zulasst, wenigstens in ihrer gangisten Ausführungsform, bei welcher die Batterie in eine gewisse Zahl von Elementen unterteilt ist, welche im geeigneten Zeitpunkt mit Hilfe von elektromechanischen Schaltern oder statischen Halbleiterschaltern aus- und eingeschaltet werden»

Der erfindungsgemässe statische Blindlei-

stungskompensator für industrielle Anlagen ist gekennzeichnet durch eine Kondensatorenbatterie, deren Leistung gleich einem bestimmten Bruchteil (welcher gleich Eins sein kann) der grössten Blindleistung ist, welche von der zu kompensierenden Anlage aufgenommen werden kann, und welche zu dieser parallel geschaltet ist, sowie durch ein System zur Absorbierung von Blindleistung, welches durch drei einphasige Induktivitäten gebildet wird, welche mit einem Ende an die drei die zu kompensierende Anlage speisenden Phasenleiter und mit dem anderen Ende an die drei Klemmen einer Anordnung von Thyristoren angeschlossen sind, welche in Dreieck geschaltet sind, und deren Durchlassrichtung in dem Sinn des Dreiecks die gleiche ist, wobei jeder Thyristor mit einer Verzögerung von ungefähr 180° gegenüber seiner Klemmenspannung gezündet wird, wobei diese Verzögerung in dem Bereich von 120 bis 180° so eingestellt wird, dass die Differenz zwischen, der von der Kondensatoreivbatterie erzeugten Blindleistung und der von diesem System absorbierten Blindleistung der Leistung entspricht, welche in der Anlage kompensiert werden soll. Bekanntlich sind ja Gleichrichtergruppen Verbraucher von Blindleistung, wenn sie mit einer grossen Phasenverschiebung arbeiten. Die erfindungsgemässe Anordnung von in Dreieck geschalteten Thyristoren entspricht einer kurzgeschlossenen Gleich-, richtergruppe.

Die Einstellung der Zündung eines jeden Thyristors in dem eingegebenen Bereich, insbesondere in dem in der Nahe von 180° liegenden, ermöglicht die Veränderung der von dem

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System absorbierten Blindleistung. Dieses ist imstande, beträchtliche Blindleistungen zu absorbieren, wobei nur Induktivitäten mit sehr geringem Wert benutzt werden, da die einzige Aufgabe dieser Induktivitäten die Strombegrenzung im Augenblick der Zündung der Thyristoren ist.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

Pig'. 1 ist das Schema eines statischen Blind-

leistungskompensators mit einer einzigen dreiphasigen Kondensatorenbatterie und einem einzigen System zur Absorbierung von Blindleistung.

Fig. 2 zeigt einen statischen Blindleistungs-

kompensator mit einer einzigen dreiphasigen Kondensatorenbatterie und zwei Systemen zur Absorbierung von Blindleistung.

Pig. 3 zeigt den Verlauf der Spannungen und Ströme in den Systemen der Pig. 2. ·

Pig. 4 zeigt das Schema eines statischen

Blindleistungskompensators, bei welchem die Induktivitäten des Systems zur Absorbierung von Blindleistung durch die Streuinduktivitäten eines Transformators gebildet werden.

Pig. 5 zeigt einen statischen Blindleistungs-

kompeneator mit vier Systemen zur Absorbierung von Blindleistung, bei welchen die Induktivitäten durch die Streuinduktivitäten von Transformatoren mit verschiedenen Kopplungen gebildet werden.

Pig. 6 ist eine Ausführüngsabwandlung der

Pig. 2, bei welcher die Kondensatorenbatterie in mehrere mit Induktivitäten in Reihe liegende Elemente unterteilt ist.

Der in Pig. 1 dargestellte statische Kondensator enthält eine dreiphasige Kondensatorenbatterie C, v/elche in Sternschaltung an eine zu kompensierende Drehstromanlage mit den Phasen P^, P₂, P* angeschlossen ist. Die leistung dieser Batterie.wird durch die grosste Blindleistung, welche die zu kompensierende Anlage aufnehmen kann, sowie den gewünschten Kompensationsfaktor bestimmt.

Perner ist ein System zur Absorbierung von

Blindleistung vorhanden, welches durch drei einphasige, zwischen die Phasen P^, P₂, P-^ der zu kompensierenden Anlage geschaltete

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Induktivitäten/und eine Anordnung von Thyristoren T*, T₂, T, gebildet wird, welche in Dreieck geschaltet sind, und deren Durchlassrichtung in diesem Dreieck den gleichen Sinn hat.

Die Zündung eines jeden Thyristors, welche

durch eine (nicht dargestellte) logik bekannter Art mit einer Verzögerung von etwa 180 gegen seine Klemmenspannung gesteuert wird, erzeugt in den Induktivitäten IL , R₂, R, das Fliessen von Strömen, deren Grundwelle senkrecht auf der Spannung der Phase steht, an welche jede Induktivität angeschlossen ist, wobei die Löschung der Thyristoren von selbst durch naturliche Kommutierung erfolgt»

Wenn man die Steuerlogik der Zündung der

Thyristoren von einer Regelung abhängig macht, kann man durch Veränderung des Yerzögerungswinkels in einem Bereicht von 120 bie 180° die von einem derartigen System aufgenommene Blindleistung jederzeit einstellen und somit durch 4en gesamten statischen Kompensator den gewünschten Bruchteil der Blindleistung ausgleichen, welcher von der zu kompensierenden Anlage erzeugt oder absorbiert wird.

7/enn man z.B. die Kondensatorenbatterie fur

eine Blindleistung von -Q und daß absorbierende System fur eine Blindleistung von 0 bis +2Q vorsieht, kann man die Kompensierung von -Q bis +Q verändern·

Die in den das System zur Blindleistungsab-

sorbierung durchfliessenden Strömen vorhandenen Oberwellen können schädliche Rückwirkungen auf die zu kompensierende Anlage haben (Resonanzen, Erhöhung der Verluste usw.) Es ist dann möglich, wenigstens die Oberwellen mit den tiefsten Ordnungszahlen auszuscheiden, welche im allgemeinen die störendsten sind, indem man einen Kompensator mit mehreren Absorbiersystemen mit verschiedenen Kopplungen wählt, wie er z.B. in Fig· 2 dargestellt ist.

Dieses Schema enthält wie das der Pig. 1 eine dreiphasige, in Stern geschaltete Kondensatorenbatterie, aber zwei Systeme zur Absorbierung von Blindleistung, von denen das eine durch die Induktivitäten R^, R₂, R* und die in Dreieck geschalteten Thyristoren I.. ₂ > ^?3 ^unä ^31 ^{und das} andere durch die Induktivitäten R^J^, R^f ₂, E¹, und die Thyristoren T₂₁, T₅₂ und

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T₁- gebildet wird, welche ebenfalls in Dreieck aber entgegengesetzt zu dem vorhergehenden geschaltet sind·

Die Arbeitsweise dieser Anordnung, welche

die geraden Oberwellen und die der Ordnung Drei und Vielfacher von Drei ausscheidet, wird durch die Kurven der Fig. 3 dargestellt, welche in Punktion der Zeit t zeigen :

- die drei Phasenspannungen der zu kompensierenden Anlage P₁, P₂, P* (Kurve 3a) ,

- den Strom I₁ in der Induktivität R₁ des

ersten Absorbiersystems, dessen positive und negative Amplituden den Strömen I₁₂ ^bzw· ¹Ji ^iö- ^den thyristoren (D₁₂ bzw. T^i (Kurve 3b) entsprechen ,

- den Strom I*₁ in der Induktivität E·^ des

zweiten Absorbiersystems, dessen positive und negative Amplituden den Strömen Γ.., bzw. I₂₁ in den Thyristoren T₁, bzw. T₂₁ (Kurve 3c) entsprechen ,

- und den resultierenden Strom J₁ in dem

Leiter der Phase P₁ zwischen der ICondensatorenbatterie und den Systemen zur Absorbierung von Blindleistung (Kurve 3d).

In der Praxis wird man zur günstigsten Anpassung der Benutzungsspannungen der Halbleiter an die Spannungen der zu kompensierenden Anlagen im allgemeinen dazu geführt, zwischen diese Anlagen und die Thyristoren einen oder mehrere Transformatoren zu schalten, deren Streuinduktivitäten dann so bestimmt werden können, dass sie Strombegrenzungsinduktivitäten bilden.

Pig. 4, in welcher die Wicklungen eines '

Transformators mit A bezeichnet sind, zeigt eine derartige Ausführungsform·

Die Primärwicklung des Transformators A ist

mit den Phasenleitern P₁ , P₂, P^ verbunden« Seine Sekundärwicklung ist mit den Klemmen der in Dreieck geschalteten Thyristoranordiiung T₁, T₂, T, angeschlossen.

Das Schema der Pig. 5 betrifft einen Kompensator, welcher parallel an den Phasenleitern P_{1 f} Pg, P₅ mehrere Systeme zur Absorbierung von Blindleistung auf-tfeist, welche den System der Pig. 4 entsprechen, und deren Strombegrenzungsinduktivitäten ebenfalls durch die Streuinduktivitäten, von Transformatoren A₁, A₂, A-, A, gebildet v/erden, bei welchen

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die Kopplungen der Wicklungen im Verein mit -den in Dreieck geschalteten Thyristoranordnungen Th₁, Th₂, Th^, Th^ so gewählt wurden, dass die geraden Oberwellen, die Oberwellen der Ordnung Drei und von Vielfachen von Drei und die Oberwellen der Ordnung Fünf und Sieben ausgeschieden werden. Diese Anordnung bildet in der Tat ein zwölfphasiges Absorbiersystem·

Schliesslich ist gemass einer in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform die Kondensatorenbatterie in drei Elemente C^, C₂, C, unterteilt, deren ;jedea in Reihe mit Induktivitäten von geringem Viert geschaltet ist, welche so bestimmt sind, dass parallel geschaltete Filter f^ , £₂, f, entstehen, welche die von dem Kompensator selbst herrührenden drei wichtigsten restlichen Oberwellen sowie die gegebenenfalls von der zu kompensierenden Anlage herrührenden ausscheiden.

Ferner wird gemass einer dem obigen statischen. Kompensator eigentümlichen Betriebsart die Zündung der auf natürliche Weise kommutierenden Halbleiter so gesteuert, dass sie stets in einem Bereich diskontinuierlicher Leitfähigkeit gehalten wird, um dem System eine sehr grosse Ansprechschnelligkeit zu erteilen, welche umso grosser ist, ;je höher die Phasenzahl der absorbierenden Systeme ist.

Bei einem zwölfphasigen System der in Fig. 5

dargestellten Art ist die Ansprechzeit bereits kleiner als 3,3 ms.

Wenn die Steuerung der Zündung der Thyristoren der absorbierenden Systeme von einer geeigneten Regelung abhängig gemacht wird, kann ein derartiger statischer Blindleistungskompensator entweder den leistungsfaktor, oder die Spannung, oder die Erzeugung oder den Verbrauch von Blindleistung einer beliebigen industriellen Anlage auf einem bestimmten Viert halten, selbst wenn bei dieser Anlage häufige schnelle Betriebssustansänderungen auftreten.

Die erfindungsgemässen Kondensatoren sind insbesondere auf lichtbogenofen, auf Gleichrichteranordnungen und auf mit Halbleitern bestückte Kegeltriebe anwendbar.

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Claims

Patentanspr U ₁₁, .c.„h e

( 1.)jStatischer Blindleistungakompenaator für· industrielle Anlage^ir^gekennzeichnet durch eine Kondensatorenbatterie (C), deren Leistung gleich einem bestimmten Bruchteil (welcher gleich Eins sein kann) der grössten Blindleistung ist, welche von der zu kompensierenden Anlage aufgenommen werden kann, und welche parallel au dieser geschaltet ist«, sowie durch ©in System zur Absorbierung von Blindleistung, welches durch drei einphasige Induktivitäten ( R₁ , Bg, E^) gebildet wird, welche mit einem Ende an die drei die zu kompensierende Anlage speisenden Phasenleiter (P*, P«> P3) und mit dem anderen Sude an die drei Klemmen einer Anordnung von Thyristoren (I^ , Tg* ^x) ^arL" geschlossen sind, welche in Dreieck geschaltet sind, und deren Durchlassrichtung in dem Sinn des Dreiecks die gleiche ist, wobei jeder Thyristor (T₁, T₂, T~) mit einer Verzögerung von etwa 180° gegenüber seiner Klemmenspannung gezündet wird, wobei diese Verzögerung in dem Bereich von 120 bis 180° so eingestellt wird, dass die Differenz zwischen der von der Kondensatorenbatterie (C) erzeugten Blindleistung und der von diesem System absorbierten Leistung der Leistung entspricht, welche in der Anlage kompensiert werden soll.
2.) Statischer Kondensator nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem System zur Absorbierung von Blindleistung ein zweites identisches System kombiniert ist, welches mit diesem parallel an die die zu kompensierende Anlage speisenden Phasenleiter (P₁ , P₂, P,) angeschaltet ist, bei welchem jedoch die Thyristoren gegensinnig geschaltet sind·
3·) Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induktivitäten des Systems zur Absorbierung von Blindleistung durch die Streuinduktivitäten eines Transformators (A) gebildet werden, dessen Primärwicklung an die die zu kompensierende Anlage speisenden Phasenleiter (P₁, Pp, P₇) angeschlossen ist, während seine Sekundärwicklung mit der in Dreieck geschalteten Thyristoranordnung (T₁, T₂? ^3) verbunden ist»
4.) Kompensator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem System zur Absorbierung von Blindleistung mehrere mit diesan identische Systeme (A₁ , A₂, k-,, A.)

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und Th.|, Ih₂> Ih^, $h*) kombiniert und parallel mit diesem an die die zu kompensierende Anlage speisenden Phasenleiter (P^, Ρ«, Ρ-* ) angeschlossen sind, wobei die Wicklungen der verschiedenen transformatoren (A^, A₂, A,, A^) so gekoppelt sind, dass sie eine Mehrphasenanordnung bilden, deren Phasenzahl ein Vielfaches von Drei ist.
5.) Kompensator nach einem der Ansprüche 1

bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatorenbatterie (C) in mehrere Elemente ( C^, O₂, C, usw.) unterteilt ist, welche mit kleinen Induktivitäten in Reihe geschaltet sind und mehrere parallel geschaltete Filter (f^, f₂, f, usw.) bilden, welche die verschiedenen wichtigsten Oberwellen ausscheidet.

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