-
Ebenso bereitet die Resonanzeigenschaft der Kondensatoren zusammen
mit der Netzinduktivität und
-
der Induktivität einer eventuell vorgeschalteten Drosselspule Probleme.
-
Die eingangs genannte bekannte Einrichtung zur Blindleistungskompensation
eines Verbrauchers enthält einen selbstgeführten Stromrichter oder sogenannten »Blindleistungsstromrichter«,
bei dem die Kommutierung gleichstromseitig stattfindet. Die steuerbaren Ventile
sind in Drehstrom-Brückenschaltung angeordnet. Gleichstromseitig ist an den Stromrichter
ein Glättungskondensator angeschlossen. Eine besondere Energiequelle ist auf der
Gleichstromseite nicht notwendig. Zur Begrenzung von Oberschwingungen sind in den
wechselspannungsseitigen Zuleitungen Drosselspulen angeordnet. Durch Verstellen
des Steuerwinkels des Stromrichters wird die wirksame Gesamtkapazität der Einrichtung
verändert. - Diese bekannte Einrichtung stellt für das Wechselspannungsnetz unnötigerweise
einen Wirkr leistungsverbraucher dar. Diese Wirkleistung muß entweder in Widerständen
in Wärme umgesetzt oder mittels einer Rückspeiseeinrichtung in das Wechselspannungsnetz
zurückgespeist werden. Die Stellgeschwindigkeit liegt beim Kompensieren in der Größenordnung
einer Periode der Netzwechselspannung, was für manche Anwendungsfälle zu lang ist.
-
Aus der Deutschen Offenlegungsschrift 2247819 ist als äquivalenter
Stand der Technik bereits bekannt, einen selbstgeführten Stromrichter, der an ein
Drehstromnetz angeschlossen ist, über eine Glättungsdrossel von einem netzgeführten
Stromrichter mit eingeprägtem Gleichstrom zu speisen. Der selbstgeführte Stromrichter
ist hierbei mit vertauschter Phasenfolge an das Drehstromnetz angeschlossen. Bei
dieser Einrichtung handelt es sich jedoch nicht um eine Einrichtung zur Blindleistungskompensation,
sondern um eine Symmetrierungseinrichtung für ein Drehstromnetz.
-
In der älteren, nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 2513168.4-32
wird eine Einrichtung zur Kompensation von Blindleistung in einem Drehstromnetz
mit Hilfe einer Stromrichteranordnung beschrieben, die dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Stromrichteranordnung als Umrichter ausgebildet ist, der einen eingangsseitig
an das Drehstromnetz angeschlossenen ungesteuerten Gleichrichter zur Erzeugung einer
eingeprägten Gleichspannung, einen Gleichspannungszwischenkreis mit einer Glättungsdrosselspule
und einem Kondensator und einen selbstgeführten Wechselrichter umfaßt, der ausgangsseitig
über Induktivitäten an das Wechselstromnetz angeschlossen und durch ein Pulsbreitenmodulationsverfahren
derart gesteuert ist, daß die Grundschwingung der gepulsten Ausgangsspannung des
Wechselrichters zur Netzspannung gegenphasig liegt und die Amplitude dieser Grundschwingung
durch Beeinflussung des Pulsbreitenwinkels veränderbar ist. Während bei der älteren
Anmeldung also ein Gleichspannungs-Zwischenkreisumrichter verwendet wird, kann nach
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung - wie später noch deutlich wird
- ein Gleichstrom-Zwischenkreisumrichter herangezogen werden. Ein Gleichstromsteller
zwischen den gleichspannungsseitigen Eingangsklemmen des selbstgeführten Wechselrichters
ist beim Gegenstand der älteren Anmeldung nicht vorgesehen.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Blindleistungskompensation
eines Verbrauchers der eingangs genannten Art so auszuge-
stalten, daß einerseits
bei Blindleistungsänderungen ein besonders schnelles Ansprechen und Kompensieren
möglich ist und daß andererseits gleichzeitig der Wirkleistungsverbrauch möglichst
gering bleibt.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die gleichstromseitigen
Anschlußklemmen des selbstgeführten Stromrichters eine Gleichstromquelle zum Einspeisen
eines der maximal zu kompensierenden Blindleistung entsprechenden konstanten Gleichstroms
angeschlossen ist, daß die gleichstromseitigen Anschlußklemmen durch einen parallel
zu den Ventilen des Stromrichters liegenden Gleichstromsteller miteinander verbunden
sind, der mit einer Taktfrequenz gesteuert ist, die ein ganzzahliges Vielfaches
der Netzfrequenz der Netzwechselspannung ist, und daß die steuerbaren Ventile des
selbstgeführten Stromrichters und der Gleichstromsteller so gesteuert sind, daß
ein Ausgangsstrom mit netzfrequenter Grundschwingung erzeugt wird, wobei die Phasenlage
des Ausgangsstroms bezüglich der Netzwechselspannung zumindest weitgehend festgehalten
ist.
-
Eine solche Einrichtung zurr Blindleistungskompensation läßt sich
in einphasiger Ausführung in Verbindung mit einem einphasigen Verbraucher oder in
mehrphasiger Ausführung auch bei einem mehrphasigen Verbraucher einsetzen. Der Verbraucher
kann dabei ohmisch-induktiv oder ohmisch-kapazitiv sein.
-
Beispielsweise wird die Einrichtung bei einem ohmisch-induktiven Verbraucher,
z. B. bei einem Lichtbogen-Schmelzofen, eingesetzt. Auch ist beispielsweise ein
Einsatz zur Kompensation von Hochspannungsleitungen möglich.
-
Gegenüber der eingangs genannten bekannten Einrichtung ergibt sich
der Vorteil kleinerer Stellzeiten, eines sehr geringen Wirkleistungsverbrauchs,
der Einsparung der wechselspannungsseitigen Drosselspule und des Glättungskondensators.
Als besonderer Vorteil wird es jedoch angesehen, daß die Einrichtung auf Blindleistungsänderungen
sehr schnell ansprechen kann. Das liegt daran, daß bei einer solchen Blindleistungsänderung
der von der Gleichstromquelle gelieferte Gleichstrom nicht geändert zu werden braucht.
-
Bei dieser Einrichtung ist der Gleichstromsteller in seinem Takt
mit der Taktung des selbstgeführten Stromrichters verknüpft. Durch Veränderung der
Einschaltdauer des Gleichstromstellers zusammen mit der des selbstgeführten Stromrichters
läßt sich die Amplitude der Grundschwingung des Ausgangsstroms des selbstgeführten
Stromrichters und damit die in das Wechselspannungsnetz eingespeiste, zur Kompensation
verwendete Blindleistung beeinflussen. Außerdem kann durch das Zünden und Löschen
der steuerbaren Ventile des selbstgeführten Stromrichters die Phasenlage des Ausgangsstrom
hinsichtlich der Netzwechselspannung verändert werden. Die Phasenlage kann dabei
praktisch jeden beliebigen Winkel annehmen. Bei der Kompensation von Blindleistung
werden jedoch nur Werte von +90° und -90", d. h. induktive bzw. kapazitive Ausgangsströme
benötigt. Die Phasenlage kann also entsprechend fest eingestellt sein.
-
Die Steuerung kann insbesondere so vorgenommen werden, daß der Gleichstromsteller
beidseitig symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten eingeschaltet und der Stromrichter
im Gegentakt hierzu stromleitend gesteuert ist, wobei die Einschaltdauer des Gleichstromstellers
und der einzelnen Ventile des Stromrichters
in Abhängigkeit von
der zur Kompensation benötigten Blindleistung geführt ist. Hierbei können pro Periode
der Netzwechselspannung bevorzugt p Einschaltzeiten vorgesehen sein, wobei p die
Anzahl der Brückenzweige des selbstgeführten Stromrichters ist. Prinzipiell könnte
- um Oberschwingungen im Ausgangsstrom klein zu halten - die Anzahl der Einschaltzeiten
ein Mehrfaches der Anzahl p sein, doch steigen mit wachsender Anzahl die Schaltverluste
des Gleichstromstellers und in den Ventilen des Stromrichters.
-
Gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist als Gleichstromquelle
ein netzgeführter Stromrichter vorgesehen, der wechselspannungsseitig an das Wechselspannungsnetz
und gleichstromseitig über eine Glättungsdrossel an die gleichstromseitigen Anschlußklemmen
des selbstgeführten Stromrichters angeschlossen ist, daß der netzgeführte Stromrichter
auf konstanten Ausgangsstrom geregelt und daß der selbstgeführte Stromrichter in
fester Phasenlage zur Netzwechselspannung gesteuert ist.
-
Der netzgeführte Stromrichter kann insbesondere steuerbare Ventile
in Brückenschaltung umfassen.
-
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die mit einem besonders
geringen Aufwand an Bauelementen und wegen des Fehlens eines netzgeführten Stromrichters
ohne Verbrauch an Steuerblindleistung auskommt, ist dadurch gekennzeichnet, daß
als Gleichstromquelle eine Drosselspule vorgesehen ist, die über den selbstgeführten
Stromrichter aus dem Wechselspannungsnetz gespeist ist, und daß die Phasenlage des
Ausgangsstronis des selbstgeführten Stromrichters bezüglich der Netzwechselspannung
um ein geringes abweichend von dem Wert, der durch das zur Kompensation der Blindleistung
erforderliche System von Ausgangsströmen vorgegeben ist, so gesteuert ist, daß sich
in der Drosselspule der konstante Gleichstrom einstellt.
-
Eine besondere Gleichstromquelle ist hierbei also nicht erforderlich.
Diese Ausführungsform beruht auf der Erkenntnis, daß es letztlich gleichgültig ist,
auf welche Weise am Eingang des selbstgeführten Stromrichters der konstante Gleichstrom
erzeugt wird und woher die zur Aufrechterhaltung des Stromflusses in derDrosselspule
benötigte Energie bezogen wird. Bei dieser Ausgestaltung wird der selbstgeführte
Stromrichter also auch zur Erzeugung des Gleichstroms herangezogen. Hierbei ist
ein geringer, dem ohmschen Widerstand der Drosselspule entsprechender Wirkleistungsverbrauch
des selbstgeführten Stromrichters zu verzeichnen. Gegenüber der Ausgestaltung mit
netzgeführtem Stromrichter muß die Phasenlage in engen Grenzen veränderbar sein.
-
Zwischen dem selbstgeführten Stromrichter und dem Wechselspannungsnetz
kann zur Spannungsanpassung und bei Verwendung von höherpulsigen Schaltungen eventuell
auch zur Unterdrückung bestimmter Oberschwingungen ein Transformator angeordnet
sein. Weiterhin kann bei rein induktivem Verbraucher vorgesehen sein, daß dem Verbraucher
eine Kondensatorbatterie mit Vorschaltdrosseln parallel geschaltet- ist.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand von
14 Figuren näher erläutert.
-
Es zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Einrichtung zur Kompensation
von Blindleistung, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform zur Kompen-
sation von Blindleistung,
die mit einer Drosselspule als Gleichstromquelle auskommt, Fig. 3 den Gleichstrom
der Gleichstromquelle in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 4 den unter Wirkung des
Gleichstromstellers in den selbstgeführten Stromrichter eingespeisten Gleichstrom
in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 5 den durch den Gleichstromsteller fließenden
Gleichstrom in Abhängigkeit von der Zeit, Fig. 6 bis 11 Zeitdiagramme, die die Stromführungsdauer
der einzelnen Ventile des selbstgeführten Stromrichters veranschaulichen, und Fig.
12 bis 14 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsströme des selbstgeführten Stromrichters.
-
Nach Fig. 1 speist ein Drehstrom-Generator 2 über ein dreiphasiges
Wechselspannungsnetz 3 mit den Phasenleitern R, S, T einen Verbraucher 4 mit einer
Netzwechselspannung der Netzfrequenz fn 1/Tn, wobei Tun die Periodendauer der Netzwechselspannung
ist. Als Verbraucher 4 ist hier speziell eine induktive dreiphasige Last vorgesehen,
also eine Last, die induktive Blindleistung verbraucht. Das kann beispielsweise
ein Lichtbogen-Schmelzofen sein. Prinzipiell kann es sich bei dem Verbraucher 4
auch um eine kapazitive Last handeln. Es wird im folgenden vorausgesetzt, daß der
Verbraucher 4 symmetrisch ist oder durch eine nicht gezeigte Symmetrierungseinrichtung
bereits symmetriert ist.
-
Der Bedarf des Verbrauchers 4 an induktiver Blindleistung wird durch
eine selbsttätig arbeitende elektronische Einrichtung zur Blindleistungskompensation
gedeckt. Diese ist zwischen dem Drehstrom-Generator 2 und dem Verbraucher 4 angeordnet.
Sie ist so aufgebaut, daß sie die Blindleistung im Wechselspannungsnetz 3 möglichst
weitgehend kompensiert und bei Blindleistungsänderungen sehr schnell anspricht.
-
Die Einrichtung zur Blindleistungskompensation, die für den Verbraucher
4 die erforderliche induktive Blindleistung liefert, umfaßt einen selbstgeführten
Stromrichter 5 mit der Anzahl p = 6 steuerbaren Ventilen A bis F in Drehstrom-Brückenschaltung.
-
Die Ventile A bis F sind jeweils einzeln einschaltbar und zwangsweise
löschbar. Die Ventile A, B und C, D und E, F sind jeweils in gegenüberliegenden
Brükkenzweigen angeordnet. Jedes der Ventile A bis F kann dabei aus einem Hauptthyristor
bestehen, dem die Reihenschaltung eines Löschkondensators und eines Löschthyristors
parallel geschaltet ist (DE-OS 2247819, Fig. 2). Die wechselstromseitigen Ausgangsklemmen
U, Wdes Stromrichters 5 sind über einen Transformator 6 in Stern-Stern-Schaltung
an das Wechselspannungsnetz 3 angeschlossen. Zur Unterdrückung von bestimmten Oberschwingungen
kann der Transformator 6 abweichend davon auch in mehrpulsiger Schaltung ausgeführt
sein. Eine Kondensatorbatterie 9 mit Vorschaltdrosseln liegt parallel zum Verbraucher
4.
-
An die beiden gleichstromseitigen Anschlußklemmen 7 und 8 des selbstgeführten
Stromrichters 5 ist eine Gleichstromquelle 10 angeschlossen. Diese liefert einen
konstanten, der maximal zu kompensierenden Blindleistung entsprechenden Gleichstrom
IdJ der in einem Stromregelkreis konstant gehalten wird. Als Gleichstromquelle 10
ist nach Fig. 1 ein netzgeführter Stromrichter 11 mit steuerbaren Ventilen in Drehstrom-Brückenschaltung
vorgesehen, der wechselspannungsseitig über einen Eingangstransformator 12
in
Stern-Stern-Schaltung an das Wechselspannungsnetz 3 und gleichstromseitig über eine
Glättungsdrossel 13 an die Anschluß klemmen 7, 8 angeschlossen ist. Der Stromrichter
11 muß hierbei zwar für den vollen Strom, braucht aber nur für eine kleine Leistung
ausgelegt zu sein. Die Zündimpulse für die steuerbaren Ventile des netzgeführten
Stromrichters 11 werden von einem Steuergerät 15 geliefert, das aus dem Wechselspannungsnetz
3 gespeist und mit diesem synchronisiert ist. Zur Messung des Stroms ist eine Meßeinrichtung
14 vorgesehen, die im Gleichstrom-Zwischenkreis angeordnet und Bestandteil des (nicht
näher gezeigten) Stromregelkreises ist.
-
Die gleichstromseitigen Anschlußklemmen 7 und 8 des selbstgeführten
Stromrichters 5 sind durch einen Gleichstromsteller 18 miteinander verbunden. Der
Gleichstromsteller 18, im Prinzip ein zünd- und löschbares Ventil, ist so gepolt,
daß er parallel zu den Ventilen A bis Fliegt. Der Gleichstromsteller 18 und der
selbstgeführte Stromrichter 5 werden von einer Steuereinrichtung 20 gesteuert. Dieser
Steuereinrichtung 20 sind als Meßgrößen die Netzwechselspannung und der Netzwechselstrom
zugeführt. Aus beiden Meßgrößen werden von der Steuereinrichtung 20 die vom Gleichstromsteller
18 und dem selbstgeführten Stromrichter 5 benötigten Steuergrößen (Einschaltdauer
und Phasenlage) ermittelt. Hierdurch wird die benötigte Amplitude der Ausgangströme
il, i2, i3 eingestellt und ihre Phasenlage auf einem vorgegebenen Wert, nämlich
+90° oder -90", festgehalten.
-
Die Einrichtung zur Blindleistungskompensation nach Fig. 2 zeigt
weitgehend denselben Aufbau wie diejenige nach Fig. 1. Es ist jedoch eine andere
Gleichstromquelle 10 vorgesehen, die wesentlich einfacher aufgebaut ist. Als Gleichstromquelle
10 wird hier - in Verbindung mit dem selbstgeführten Stromrichter 5 - eine Drosselspule
23 herangezogen, die parallel zum Gleichstromsteller 18 geschaltet ist.
-
Diese Drosselspule 23 verbindet die beiden Anschlußklemmen 7, 8 des
Stromrichters 5.
-
Damit sich in der Drosselspule 23 ein konstanter Gleichstrom 1d einstellt,
wird bei der Einrichtung nach Fig. 2 die Phasenlage der einzelnen Ausgangsströme
it, i2, i3 des selbstgeführten Stromrichters 5 bezüglich der Netzwechselspannung
auf einen Wert ungleich +90° el geregelt. Die Abweichung gegenüber dem Wert +90°
el ist nur gering. Sie entspricht der im ohmschen Widerstand der Drosselspule 23
verbrauchten Wirkleistung und den Schaltverlusten. Im Unterschied dazu kann bei
der Einrichtung nach Fig. 1 die Phasenlage der einzelnen Ausgangsströme i1, i2,
i be il, i2, 3 bezüglich der Netzwechselspannung genau auf einem Wert +90° eI oder
- 900 eI konstant gehalten werden.
-
Der netzgeführte Stromrichter 11 wird vom Steuersatz 15 so gesteuert,
daß die Gleichstromquelle 10 einen eingeprägten, der maximal zu stellenden Blindleistung
entsprechenden Gleichstrom 1d erzeugt. Der zeitliche Verlauf des Gleichstroms 1d
über eine Periodendauer T, der Netzwechselspannung ist in Fig. 3 dargestellt.
-
Im folgenden wird an Hand der Fig. 3 bis 14 die Steuerung der Einrichtung
zur Blindleistungskompensation nach Fig. 1 näher beschrieben.
-
a) Betrieb bei gesperrtem Gleichstromsteller: Es sei zunächst angenommen,
daß der Gleichstromsteller 18 dauernd gesperrt ist. Dann besitzt der Eingangsgleichstrom
If des Stromrichters 5 hinter
dem Gleichstromsteller 18 denselben Zeitverlauf wie
der konstante Gleichstrom Ld vor dem Gleichstromsteller 18. Es gilt if = 1d In Fig.
4 gilt dann der gestrichelt eingezeichnete völlig waagerechte Zeitverlauf.
-
Bei Fig. 5 wäre der Strom le im Gleichstromsteller 18 stets Null.
-
Die einzelnen zünd- und löschbaren Ventile A bis F des selbstgefüi
rten Stromrichters 5 werden von der Steuereinrichtung 20 nach einem bestimmten Pulsprogramm
gesteuert. Dadurch wird der Eingangsgleichstrom ij zyklisch auf alle drei Phasenausgänge
des selbstgeführten Stromrichters 5 verteilt. In jeder Periodendauer T, der Netzfrequenz
fn erhält jedes Ventil A bis F einen Zündimpuls. Der selbstgeführte Stromrichter
5 wird also mit Netzfrequenz f0 gesteuert. Jedes Ventil A bis F ist dabei während
einer Einschaltdauer, die durch Tnl3 gegeben ist, eingeschaltet.
-
Nach Ablauf dieser Einschaltdauer wird es zwangsweise gelöscht.
-
Aus den Fig. 6 bis 11 (gestrichelter Verlauf) ist die zeitliche Verteilung
der stromleitenden Zustände der einzelnen Ventile A bis F ersichtlich. Danach ist
die Zündfolge durch die aufeinanderfolgende Zündung der Ventile A-F-C-B-E-D gegeben.
Der zeitliche Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zündungen beträgt jeweils
Tn/6. Ventile benachbarter Brückenzweige, z. B. die Ventile A und B, werden im zeitlichen
Abstand T,/2 gezündet.
-
Die dargestellte Stromverteilung der Ventile A bis F hat zur Folge,
daß sich drei gegeneinander um 1200 el phasenverschobene Ausgangsströme i1, i2,
i3 einstellen. Ihr Zeitverlauf ist in den Fig. 12 bis 14 gezeigt.
-
Für die hier zunächst durchgeführte Betrachtung (If = led) gilt wiederum
jeweils der gestrichelte Zeitverlauf. Pro Periodendauer T, ergeben sich danach jeweils
eine positive und eine negative Strom-Zeit-Fläche der Einschaltdauer T,/3. Diese
beiden Strom-Zeit-Flächen sind durch eine stromlose Pause der Dauer T,/6 voneinander
getrennt. Für das Drehstromsystem gilt immer die Beziehung i1 + i3 + i3 = 0. Es
wird über den Transformator 6 in das dreiphasige Wechselspannungsnetz 3 eingespeist.
-
Durch geeignetes Zünden und Löschen der Ventile A bis F könnten bei
der Einrichtung nach Fig. 1 die drei Ausgangsströme i1, i2, i3 bezüglich der dreiphasigen
Wechselspannung des Netzes prinzipiell jeden beliebigen Phasenwinkel einnehmen.
Das heißt, daß sich der selbstgeführte Stromrichter 5 bei geeigneter Steuerung auch
rein induktiv oder auch rein kapazitiv gegenüber dem dreiphasigen Wechselspannungsnetz
3 verhalten kann, ohne daß ein externer Kondensator benötigt wird. Bei einem induktiven
Verbraucher 4 sorgt nun die Steuereinrichtung 20 speziell für die richtige Phasenbeziehung
der Zünd-und Löschimpulse des selbstgeführten Stromrichters 5 und des Gleichstromstellers
18 gegenüber der dreiphasigen Wechselspannung des Netzes und damit für das soeben
erwähnte rein kapazitive oder induktive Verhalten des selbstgeführten Stromrichters
5. Mit anderen Worten: Die Phasenlage der Ausgangsströme i1, i2, i3 (d. h. die Zünd-
und Löschzeitpunkte der Ventile A bis F des selbstgeführten Stromrichters 5) ist
durch die Steuerung auf +90° oder -90" festgehalten und somit fest mit der Phasenlage
der Netzwechselspannung verknüpft.
-
Der selbstgeführte Stromrichter 5 ist - wie in Fig. 1 dargestellt
- in Drehstrom-Brückenschaltung ausgeführt. Das heißt, alle drei Phasenausgänge
des Stromrichters
5 sind miteinander verknüpft. Infolge der zyklischen
Verteilung des Eingangsgleichstroms ij auf alle drei Phasenausgänge kann der Ausgangsstrom
il, i2, i3 an einem einzelnen Phasenausgang nie unabhängig von den anderen Ausgangsströmen
geändert werden, also z. B. auch nicht unabhängig zu Null gemacht werden. Es ist
demnach nur ein symmetrisches Stellen möglich. Die Einrichtung kann daher nur zur
Kompensation symmetrischer Blindstromsysteme verwendet werden. Ist der Verbraucher
4 unsymmetrisch, so muß er zuerst durch eine getrennte Einrichtung symmetriert werden.
-
b) Betrieb bei gepulstem Gleichstromsteller: Nunmehr wird die Voraussetzung
aufgegeben, daß stets 1d = If gelten soll, d. h. der Gleichstromsteller 18 soll
nunmehr ebenfalls betrieben werden.
-
Durch Variation der Einschaltdauer dieses Gleichstromstellers 18
und gleichzeitig der Ventile A bis F des selbstgeführten Stromrichters 5 wird die
Amplitude der Grundschwingung der drei Ausgangsströme il, i2, i3 beeinflußt.
-
Nach Fig. 4 wird durch den Betrieb des Gleichstromstellers 18 der
in den selbstgeführten Stromrichter 5 fließende Eingangsgleichstrom If in Strom-Zeit-Blöcke
veränderbarer Breite unterteilt. Die Breitenänderung ist durch horizontale Pfeile
angedeutet. Die stromlose Pause zwischen den einzelnen Strom-Zeit-Blöcken ist durch
die jeweilige Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 gegeben. Das ist aus
Fig. 5 ersichtlich.
-
Der Gleichstromsteller 18 ist im stationären Betrieb jeweils beidseitig
symmetrisch zu äquidistanten Zeitpunkten ti (i = 1, 2, 3,...) eingeschaltet. Die
Zeitpunkte ti sind durch die erforderliche Phasenlage der Grundschwingung der Ausgangsströme
il, i2, i3 gegenüber der Netzwechselspannung gegeben. In Fig. 1 sind sie fest, in
Fig. 2 durch die Stromregelung gegeben: Der gegenseitige Abstand T der äquidistanten
Zeitpunkte ti ist nach der Beziehung f = 1/T durch die Taktfrequenz fg des Gleichstromstellers
18 gegeben. Die Taktfrequenz fg ist dabei ein ganzzahliges Vielfaches p der Netzfrequenz
f,. Die Zahl p ist dabei ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Brückenzweige
des selbstgeführten Stromrichters 5.
-
Bei Verwendung einer Drehstrom-Brückenschaltung (p = 6) kann die Taktfrequenz
fg also gleich der 6-, 12-, oder der 18fachen Netzfrequenz fn sein. Im einfachsten
Fall wird man die niedrigstmögliche Taktfrequenz fg im vorliegenden Fall also fg
= 6 fn wählen, um die Schaltverluste im Gleichstromsteller 18 und im Stromrichter
5 gering zu halten. Pro Periode T, = l/gn der Netzwechselspannung sind dann p =
6 Einschaltzeiten des Gleichstromstellers 18 und zwei Einschaltzeiten je Ventil
A bis F des Stromrichters 5 zu verzeichnen.
-
Nach Fig. 6 bis 11 werden durch den Gleichstromsteller 18 und durch
Ein- und Abschalten der Ventile A bis F aus jedem Block der Einschaltdauer T,/3
Teilstücke »ausgeblendet«. Jedes Ventil A bis F hat nunmehr pro Periodendauer T,
zwei stromleitende Zustände, die symmetrisch innerhalb des gestrichelt gezeichneten
Blockes der Einschaltdauer Tnl3 liegen und eine steuerbare Breite haben. Sie können
bei maximaler Ansteuerung maximal zusammen die Einschaltdauer T,/3 besitzen. Jede
Einschaltflanke eines der Ventile A bis F fällt mit einer Abschaltflanke des Gleichstromstellers
18 zeitlich zusammen. Entsprechend fällt jede Abschaltflanke eines der Ventile A
bis
F mit einer Einschaltflanke des Gleichstromstellers 18 zusammen. Insofern werden
Gleichstromsteller 18 und Stromrichter 5 im Gegentakt zueinander gesteuert. Jeder
stromleitende Zustand eines der Ventile A bis F liegt beidseitig symmetrisch zu
den Zeitpunkten (ti + T /2) Die Zündfolge der Ventile A bis F ist nunmehr durch
die Ventile (D und A), (A und F), (Fund C), (C und B), (B und E), (E und D), (D
und A) usw. gegeben, wobei die angegebenen Ventilpaare stets gleichzeitig gezündet
und gelöscht werden.
-
Zur Veränderung der Phasenlage der Ausgangsströme i1, i2 i3 werden
die Zeitpunkte ti in Fig. 5 einerseits und in Fig. 6 bis 11 andererseits gemeinsam
gegenüber den Nulldurchgängen der Netzwechselspannung verschoben. Durch Variation
der Einschaltdauer Te wird die Grundschwingungsamplitude der Ausgangsströme il,
i2> i3 eingestellt.
-
Aus den Fig. 12 bis 14 geht weiter hervor, daß durch die Wirkung
des Gleichstromstellers 18 und der getakteten Ventile A bis Fjede der gestrichelt
eingezeichneten positiven und negativen Strom-Zeit-Flächen in zwei kleinere Teilflächen
veränderbarer Gesamtbreite unterteilt wird. Bei Wahl einer höheren Taktfrequenz
fg erhält man mehr als zwei solcher Teilflächen. Die beiden eingezeichneten Teilflächen
liegen jeweils symmetrisch zur Mitte der gestrichelt dargestellten Strom-Zeit-Flächen
und symmetrisch zu den Zeitpunkten (ti + Aus den Fig. 4 bis 14 ist weiter ersichtlich,
daß sich durch Variation der Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 und der
Ventile A bis F die Amplitude der Grundschwingung der einzelnen Ausgangsströme il
i2 i3 und damit das eingespeiste Blindstromsystem dem Betrage nach einstellen lassen.
-
Wird im übrigen diese Variation symmetrisch zu den erwähnten äquidistanten
Zeitpunkten ti (vgl. Pfeile in Fig. 4) vorgenommen, so bleiben bei der Variation
auch die Ausgangsströme il, i2 i3 symmetrisch.
-
Die Steuerung der Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 und
der Stromführungsdauer der Ventile A bis F wird folglich in Abhängigkeit von der
zu kompensierenden Blindleistung des Verbrauchers 4 vorgenommen, wobei nach Fig.
1 die Blindleistung nach Betrag und Art (induktiv oder kapazitiv) durch Strom- und
Spannungsmessung ermittelt wird.
-
Die Steuereinrichtung 20 wird daher im allgemeinen einen (nicht gezeigten)
Regler enthalten, der in Abhängigkeit der Abweichung der gemessenen Blindleistung
von einem vorgegebenen Sollwert die Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18
und die Stromführungsdauer der Ventile A bis F verstellt.
-
Als besonders vorteilhaft wird eine Eigenschaft der Einrichtung nach
Fig. 1 und 2 angesehen, die darin besteht, daß die Ausgangsströme il i2 i3 in ihrer
Grundschwingungsamplitude sehr schnell über eine zueinander gegensinnige Änderung
der Einschaltdauer Te des Gleichstromstellers 18 und der Stromführungsdauer der
Ventile A bis F verändert werden können. Das liegt daran, daß nicht der einzuprägende
Gleichstrom Id selbst in Abhängigkeit vom Blindleistungsbedarf gesteuert werden
muß, sondern mit Hilfe des Gleichstromstellers 18 wird, angepaßt an den Blindleistungsbedarf,
pro Periode nur ein mehr oder weniger großer Bruchteil eines Gleichstroms aus dem
konstanten Gleichstrom Id gleichsam »herausgeblendet« und für die Blindleistungskompensation
herangezogen. Da zwischen dem Eingang des selbstgeführten
Stromrichters
5 und der Einspeisestelle am dreiphasigen Wechselspannungsnetz 3 keine nennenswerten
Energiespeicher vorhanden sind, kann sich eine Änderung des Eingangsgleichstroms
If unverzögert als Änderung der eingespeisten Blindleistung auswirken.
-
Es wird nun noch einmal die Einrichtung zur Blindleistungskompensation
nach Fig. 2 betrachtet. Bei dieser Einrichtung muß durch die Steuereinrichtung 20
gewährleistet sein, daß über die Drosselspule 23
stets ein eingeprägter Gleichstrom
1d vorgegebener Höhe fließen kann. Im Unterschied zur Einrichtung nach Fig. 1 muß
die Steuereinrichtung 20 so aufgebaut sein, daß die Phasenlage der Ausgangsströme
Ii, q, 13 bezüglich der entsprechenden Wechselspannungen um einen geringen Betrag
abweichend von 90" el einstellbar ist. Die Höhe dieser Abweichung bemißt sich nach
der Größe der ohmschen Verluste der Drosseispule 23. Die erforderliche Abweichung
wird vom Stromregelkreis selbsttätig eingestellt.