DE3248653A1 - Verfahren zur regelung des leistungsfaktors sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur regelung des leistungsfaktors sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

Dipl.-lng. OtIo Flügel, Dfp1.-Ing.*Manrrcd*Säger, Patentanwälte, Cosimastr, 81, D-8 München 81
Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 57-169095 vom 27. September 1982 in Anspruch genommen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Leistungsfaktors sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, insbesondere derart, daß während der Schließzeit des Kondensators auftretende Impulswellen unterdrückt werden und daß sich die Anordnung von Entladespulen erübrigt.
Herkömmliche Vorrichtungen zur Regelung des Leistungsfaktors bei einem Dreiphasen-Stromkreis weisen, wie in Figur 1 gezeigt, sterndreieckförmig geschaltete Kondensatoren la1,Ib',Ic1, Vorschaltdrosselη 2a',2b1, 2c' und V-geschaltete Entladespulen 3a,3b auf.
Die Vorrichtung ist über einen Schalter 4 an eine Verteilungsleitung angeschlossen, wobei der Schalter 4 mit einem Schalter 4' für die an die Verteilungsleitung angeschlossene Last synchronisiert ist.
Die Entladespulen 3a, 3b dienen zum Zwecke der Entladung der Kondensatoren la',Ib',Ic' innerhalb einer gewissen Zeitspanne, während der die Last abgeschaltet ist, um Impulswellen zu absorbieren, die durch ein Aufeinandertreffen der Netzspannung und der in den Kondensatoren verbliebenen elektrischen Ladung in dem Schaltkreis entstehen können. Jedoch können die Impulswellen nicht vollständig absorbiert werden.
-ι A-
Dipl.-Ing. Otto Flügel, ΕΓιβΙ.-Ing! ManlrcJ Siigcrj'alcntanwiuie, Cosimastr. 81, D-8 München 81
- 4 ■-
Im übrigen wirken sich Vorrichtungen oder Geräte, bei welchen Impulsstörungen auftreten, in manchen Fällen negativ auf benachbarte Computeranlagen aus, und zwar insofern, als deren Speicherinhalt trotz vorhandener Entladespulen durch solche Impulsstörungen einer Umwandlung unterzogen wird, was sich speziell bei wichtigen Speichern, zum Beispiel Zahlenspeichern, als ernst zu nehmendes Problem darstellt.
Zudem ist die Betriebszeit solcher Entladespulen mit einer Dauer von einigen Sekunden bis zu einigen Minuten zu lang für den Fall, daß schnelles Schalten bzw. Umschalten erforderlich ist, wenn die Spulen verbraucht sind und sich aufgrund des schnellen Schaltvorgangs, der mit dem Schaltvorgang für die Last synchronisiert ist, selbst zerstören.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, die Impulswellen so abzuflachen, daß irgendwelche elektrischen Gerate wie Computer oder dergleichen keinen negativen Einflüssen ausgesetzt sind, dennoch ein vereinfachter Aufbau erreicht wird und Energieverluste herabgesetzt werden.
Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstand nach dem Verfahrenshauptanspruch und bei einer Vorrichtung nach dem Vorrichtungshauptanspruch erfindungsgemäß durch deren kennzeichnende Merkmale gelöst.
Dipl.-Ing. Otto Flügel, DiplAiTg1. Manfrtu Sng^PaleniaWfiltCCosiniiistr. 81, D-8 München SI
Dazu wird nach den kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung jeder von drei Kondensatoren, die an jede Phase einer Dreiphasen-Verteilungsleitung anzuschließen sind, vorher mit einer maximalen Netzspannung geladen, während eine an die Verteilungsleitung angeschlossene Last ausgeschaltet ist, und der Kondensator wird dann angeschlossen, wenn die Netzspannung nach Einschalten der Last ihr Maximum erreicht oder annähernd erreicht hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es folgt die Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Regelung des Leistungsfaktors nach älterer Vorstellung;
Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Regelung des Leistungsfaktors;
Fig. 3 ein AbI aufdiagramm der Wellenformen der Netzspannung, der Kondensatorspannung, des Kondensatorstroms, der Thyristorspannung und der Zündspannung des Thyristors in der erfindungsgemäßen Schaltung;
Fig. 4a] eine graphische Darstellung der Wellenformen 4bJ zur Erläuterung der Wirkung bzw. Funktion der Drossel η;
Dipl.-lng. Otto Flügel, I)l|il.-Int.*Manrrcif Siigcr.l'alcntanwulie, Cosimastr. 81, D-8 München
Fig. 5 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 6 eine Ansieht einer Schaltsteuereinheit für die Thyristoren.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in dem Fall, wo der Anschluß an die Verteilungsleitung unter Steuerung durch eine Schaltsteuereinheit 7 erfolgt.
Die in Figur 2 dargestellte Sterndreieckschaltung besteht aus drei Serienstromkreisen, wovon jeder eine Diode 5 und einen damit parallel geschalteten Thyristor 6, einen Kondensator 1 und eine Drossel 2 aufweist, wobei die Diode 5 und der Thyristor 6 entgegengesetzte Polarität haben.
Im folgenden wird der Betrieb einer Phase des Dreiphasen-Stromkreises beschrieben.
Die Steuerung des Thyristors 6 in dem Stromkreis erfolgt wie nachstehend erläutert mit Hilfe einer Schaltsteuereinheit 7, die mit der Schaltung einer an die Verteilungsleitung angeschlossenen Last synchronisiert i st.
Figur 3 zeigt ein AbI aufdiagramm einiger'WeIlenformen, die unter Steuerung der Schaltsteuereinheit 7 in dem Stromkreis bzw. Schaltkreis gebildet werden.
In Figur 3 bezeichnet (a) die Wellenform der Netzspannung VM, (b) die Wellenform der Kondensatorspannung V-, (c) die Wellenform des Kondensatorstroms I-, (d) die
IDipl.-Ing. Otto Flügel, Di*pl.-Ing.*Manfrc3*Sf;igcr,* Patentanwälte, Cosimastr, 81, D-8 München
Wellenform der Thyristorspannung Vs und (e) die Wellenform der Zündspannung Vq des Thyristors 6.
Wenn der Thyristor 6 zum Zeitpunkt Tq, nämlich dem Zeitpunkt des Anschaltens der Last, angestellt bzw. in Betrieb gesetzt wird, so bedeutet das, daß der Kondensator 1 als Regler des Leistungsfaktors operiert, und diese Zeitsteuerung ist ein wesentlicher Faktor vorliegender Erfindung.
Vorher bzw. zu einem früheren Zeitpunkt Kondensator 1 über die Diode 5 etwa eine maximale Netzspannung VQ, während der Thyristor 6 abgeschaltet ist, und zwar unberücksichtigt dessen, ob die Last anoder ausgeschaltet ist, wie in Figur 3(b) gezeigt.
Zur Unterdrückung der Impulswellen ist das Anschalten des Thyristors 6 zu dem Zeitpunkt einer maximalen oder annährend maximalen Netzspannung VM (die beste Bedingung ist bei maximaler Netzspannung gegeben) deshalb die geeignete zeitliche Steuerung bzw. Abfolge für das Schließen des Kondensators 1. Dieser Zeitpunkt ist in Figur 3 mit T, gekennzeichnet.
Somit wird zu dem Zeitpunkt T1 durch die Schaltsteuereinheit 7 an dem Tor des Thyristors 6 eine Spannung Vg angelegt, um den Thyristor 6 anzuschalten, wie das in Figur 3(e) gezeigt ist. In diesem Fall weiStudie..Zündspannung VG nicht eine Wellenform (Impulswelle) wie bei herkömmlichem Einsatz irgendeines Thyristors auf, sondern die Form eines Gleichstroms, der zu dem Zeitpunkt T-, erzeugt wird und zu einem Zeitpunkt T^ wieder abklingt bzw. verschwindet.
Uipl.-lng. Otto Hügel, DipL-Ing*.'Manfred siiger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München
Thyristor 6 ist angeschaltet, während die Netzspannung VM unter der Kondensatorspannung Vc liegt. Die Diode 5 dagegen ist angeschaltet, während die Netzspannung VM über der Kondensatorspannung Vc liegt. Infolgedessen müssen der Thyristor oder die Diode aufeinanderfolgend angeschaltet sein. Daraus ergibt sich eine Kondensatorspannung Vc und ein Kondensatorstrom Ic wie in Figur.3(b)(c) gezeigt.
Wenn zum Zeitpunkt T2 die Last von der Verteilungsleitung abgeschaltet und die Zündspannung Vg des Thyristors 6 abgeschnitten wird, erfolgt das Laden des Kondensators über die Diode 5 bis zu dem Zeitpunkt To, nämlich wenn die Netzspannung ihr Maximum erreicht hat und der Kondensatorstrom Ip Null ist. Die Diode 5 hält den Kondensator 1 auf Netzspannung, während die Last abgeschaltet ist, weil nämlich die Diode bei jedem halben Zyklus der Netzspannung Leckstrom des Kondensators 1 liefert. Selbst wenn die Zündspannung Vg des Thyristors 6 zum Zeitpunkt T^ verschwindet, ist der Thyristor 6 von T4 bis T5 und die Diode 5 von T& bis T3 angeschaltet, so daß sich dasselbe Ergebnis zeigt.
Anstelle der herkömmlichen Vor schaltdrossel 21 wird eine Drossel 2 angeordnet, die die Funktion eines Wellenformers zuverlässig übernimmt, wie nachstehend noch bestätigt wird, und zwar im Zusammenhang mit Figur 4(a)(b), wo die Wellenform des Stroms (a) und (F) gezeigt ist, die sich unter der Bedingung bildet, daß die erfindungsgemäße Schaltung keine Drossel 2 aufweist (Fig.4(a)) und daß die erfindungsgemäße Schaltung eine Drossel 2 aufweist (Fig.4(b)).
DipL-Ing. Otto Flügel, DiK-Ing*.'Manfred"Slig'er.T'atcnlaiiwiiilc.'Cosimastr. 81, D-8 München 81
Figur 4(a)(b) zeigt die offensichtliche Wirkung der Drossel 2 in Figur 2. Zudem genügt es, daß die Drossel 2 nur etwa die Hälfte der Kapazität einer üblichen Drossel aufweist, so daß diese mit kleinerem Volumen und niedrigeren Kosten hergestellt werden kann.
Sofern die obenstehenden Vorteile außer Acht gelassen werden, erweist sich auch der übliche Weg des Anschlusses der Drosseln 2Ra,2Sb,2Tc, wie in Figur 5 gezeigt, als wirksam.
Nachstehend folgt eine Beschreibung der Schaltsteuereinheit 7 zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens.
Figur 6 zeigt ein Beispiel einer Schaltsteuereinheit für eine Phase. Ein mit der Netzspannung korrespondierendes Signal wird an dem Anschluß P-j eingegeben, ein mit dem Laststrom korrespondierendes Signal wird an dem Anschluß Pp eingegeben und die Zündspannung des Thyristors wird an dem Anschluß P3 ausgegeben. Ein Spannungssignal SV aus dem Anschluß P1 wird über einen Detektorkreis 71, der bei maximaler Netzspannung eine impulsförmige Welle erzeugt, in ein UND-Gatter 74 eingegeben, während ein Stromsignal S1 über einen Detektorkreis 72, der mit Anschalten der Last eine impulsförmige Welle erzeugt, in das UND-Gatter 74 eingegeben wird, worauf das UND-Gatter 74 ein Ausgangs signal zu einem Einstel1anschluß P5 eines Einstelle /RUckstel1 kreises 76 abgabt. Zum anderen wird ein Signal aus dem Anschluß P2 über einen Detektorkreis 73, der mit Abschalten der Last eine impulsförmige Welle erzeugt, einem Rückstel 1-Anschl uß Pr des Einstell-*
Dipl.-liig. Otto Flügel, Di)>1.-Ing.\lanfre3 ViCger, Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
- 10 -
/RUckstellkreises 76 zugeführt.
In dieser Einheit ist der Einstel1-/Rückstel1kreis 76 einzustellen, wenn die Netzspannung nach Anschalten der Last ihr Maximum erreicht hat, und der Einstell-/RUckstellkreis 76 ist zurückzustellen, wenn die Last abgeschaltet wird.. Somit erzeugt der Einstell-/Rückstel1kreis eine Spannung Vq für das Tor des Thyristors an dem Anschluß p^·
Wie vorstehend erwähnt, ist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, gemäß welchem ein Kondensator, der vorher etwa eine maximale Netzspannung erhält, wenn die Netzspannung ihr Maximum erreicht hat, angeschlossen werden kann, um bei angeschalteter Last Impulswellen zu unterdrücken, der am besten geeignete Leistungsfaktor-Regler für Gebäude, in welchen sich komplizierte elektrische Anlagen, wie beispielweise Computeranlagen, befinden.
Ferner kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung die Ladezeit der Kondensatoren verkürzt werden, und zwar mit Hilfe einer Hi-Fi-Schaltsteuereinheit, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch dann eingesetzt werden kann, wenn schnelles Schalten bzw. Umschalten erforderlich ist.
Schließlich wird mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch ein durch das Entladen verursachter Leistungsverlust verhindert, weil keine Entladespule vorgesehen ist und die erfindungsgemäß vorgesehene Drossel, die mit der Verteilungsleitung parallel geschaltet ist, in ihrer Wirkungsweise mit der herkömmlichen Vorschaltdrossel vergleichbar ist. Darüberhinaus ist für die erfindungsgemäße Drossel etwa die Hälfte des Fassungsvermögens
Dipl.-Ing. Otto Flügel, DipI-Ing.'ManfrccfSiiger, Patentanwälte, Cosiniaslr. 81, D-8 München 81
- 11 einer üblichen Vorschaltdrossel ausreichend.

Claims (3)

  1. Dipl.-lng. Otto Flügel, Dißl.-Irfg? ManlHu Siiger,'Patentanwalt^ Cosimastr. 81, D-8 München 81
    Kabushiki Kaisha Shinwa Giken
    783-5 Chiyodacho, Himeji-shi
    Japan 12.078
    VERFAHREN ZUR REGELUNG DES LEISTUNGSFAKTORS SOWIE VORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS
    Patentansprüche
    K,x Verfahren zur Regelung des Leistungsfaktors, gekennzeichnet durch Laden eines jeden von drei Kondensatoren, die an jede Phase einer Dreiphasen-Verteilungsleitung anzuschließen sind., mit einer etwa maximalen Netzspannung, während eine an die Verteilungsleitung angeschlossene Last abgeschaltet ist, und Schließen des Kondensators, wenn die Netzspannung der Verteilungsleitung nach Anschließen der Last ihr Maximum erreicht oder annähernd erreicht hat.
  2. 2. Vorrichtung zur Regelung des Leistungsfaktors, mit einem im Sterndreieck angeschlossenen Schaltkreis, welcher drei Serienstromkreise aufweist, deren jeder aus einer Parallelschaltung besteht, die eine Diode und einen damit parallel geschalteten Thyristor, einen Kondensator und eine Drossel als Wellenumformer aufweist, die in Reihe geschaltet sind, wobei die Diode und der Thyristor entgegengesetzte Polarität haben, dadurch gekennzeichnet, daßbei Anschluß der Sterndreieckschaltung an die Verteilungsleitung der Kondensator (1) vorher eine etwa maximale Netzspannung erhält, während die Last abgeschaltet ist, und dann durch die Betätigung des Thyristors (6) zu dem Zeitpunkt zu schließen ist, an dem die Netzspannung
    Dipl.-lng. Otto Flügel, Dipl.-lng*Manfred"&iger, "Patentanwälte, Cosimastr. 81, D-8 München 81
    nach Anschalten der Last ihr Maximum erreicht oder annähernd erreicht hat.
  3. 3. Vorrichtung zur Regelung des Leistungsfaktors, mit einem im Sterndreieck angeschlossenen Schaltkreis, welcher drei Serienstromkreise aufweist, deren jeder aus einer Reihenschaltung besteht, die eine Diode und einen damit parallel geschalteten Thyristor aufweist, deren Polarität entgegengesetzt ist, und mit drei Vorschaltdrosselη, die zwischen jeder Phase des im Sterndreieck angeschlossenen Schaltkreises und der Ver teilungsleitung anzuschließen sind, dadurch ge kennzeichnet, daß bei Anschluß der Sterndreieckschaltung an die Verteilungsleitung der Kondensator (1) vorher eine etwa maximale Netzspannung erhält, während die Last abgeschaltet ist, und dann durch die Betätigung des Thyristors (6) zu dem Zeitpunkt zu schließen ist, an dem die Netzspannung nach Anschalten der Last ihr Maximum erreicht oder annähernd erreicht hat.
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