DE3418065C2

DE3418065C2 -

Info

Publication number: DE3418065C2
Application number: DE3418065A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl.-Ing. Schwarzenau; Reinhard Dipl.-Ing. 1000 Berlin De Hoffmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1984-05-12
Filing date: 1984-05-12
Publication date: 1989-01-26
Also published as: DE3418065A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum schnellen Abbau einer überhöhten Spannung an einem Kondensator bei Blindlei stungs-Kompensationsanlagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru ches 1.The invention relates to a circuit arrangement for fast Discharge of an excessive voltage on a capacitor in the case of blind lines Stungs compensation systems according to the preamble of claim ches 1.

Thyristorgeschaltete Kondensator-Kompensationsanlagen zur Kompensa tion induktiver Blindleistung, bei denen ein Kondensator in Reihe mit einer Vordrossel und einem Thyristorschalter (bestehend z. B. aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren) zwischen den Zuleitungen eines Wechselspannungsnetzes liegt, sind bekannt. Es wird dazu auf den Auf satz von H. Pesch, W. Schulz: "Steuerbare Blindleistungskompensa tion - ein Vergleich der möglichen Alternativen", abgedruckt in der Druckschrift Leistungselektronik. Blindleistungskompensation mit Stromrichtern (A 52 V 1. 8. 49/0482) vom 21. 04. 82, Seiten 4 bis 11, ver wiesen. Dieser Aufsatz zeigt die verschiedenen Möglichkeiten und gibt deren Vor- und Nachteile an.Thyristor switched capacitor compensation systems for compensation tion inductive reactive power, where a capacitor in series with a pre-choke and a thyristor switch (consisting e.g. of two antiparallel connected thyristors) between the leads of one AC network is known. It will do so on the up sentence by H. Pesch, W. Schulz: "Controllable reactive power compensation tion - a comparison of the possible alternatives ", printed in the Power electronics publication. Reactive power compensation with Power converters (A 52 V 1. 8. 49/0482) from 04.21.82, pages 4 to 11, ver grasslands. This essay shows the different possibilities and indicates their advantages and disadvantages.

Bei induktiven Stoßleistungsverbrauchern, wie z. B. Schweißmaschinen anlagen, kann nach dem Verlöschen des Kompensationsstromes eine über höhte Kondensatorspannung auftreten, wofür Ausgleichsvorgänge oder eine hohe Oberschwingungsbelastung die Ursache sein können. Um die Kompensationsanlage ausgleichsschwingungsfrei wieder einschalten zu können, muß erst die überhöhte Kondensatorspannung etwa auf den stationären Scheitelwert der Betriebsspannung abgebaut werden. Kann die Kompensationsanlage aufgrund der überhöhten Kondensatorspannung aus Schutzgründen nicht bedarfsgerecht wieder zugeschaltet werden, so kommt es, insbesondere wegen der hohen Blindleistungsbelastung des Netzes, zu erheblichen Spannungsabsenkungen. Diese können bei entsprechendem häufigen Auftreten durch Flickererscheinungen in Glüh lampen und andere Effekte sehr störend auf andere am gleichen Netz betriebene Verbraucher wirken.With inductive surge power consumers, such as. B. welding machines systems, an after the extinction of the compensation current high capacitor voltage occur, for which compensation processes or A high harmonic load can be the cause. To the Switch the compensation system back on again without vibration To be able to, the excessive capacitor voltage must be approximately on the stationary peak value of the operating voltage can be reduced. Can the compensation system due to the excessive capacitor voltage are not switched on again for protection reasons, this is what happens, especially because of the high reactive power load of the network, to significant voltage drops. These can be found at corresponding frequent occurrence due to flicker in glow lamps and other effects very disturbing to others on the same network powered consumers work.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann man die zulässige Schalterspan nung beim Wiedereinschalten erhöhen, was aber den Schutzpegel verrin gert und zu erhöhten Ausgleichsvorgängen führen kann. Man kann auch die Güte der wie ein Saugkreis wirkenden, aus Kondensator und Vordros sel bestehenden Kompensationseinrichtung gezielt verschlechtern. In 50 Hz-Netzen ist dieser Saugkreis häufig auf 150 Hz abgestimmt. Durch die Verschlechterung der Güte vermindert sich jedoch die gewünschte Saugkreiswirkung, die Belastung des Netzes mit dem vom kompensieren den Verbraucher verursachten Oberschwingungsstrom mit Abstimmfrequenz bleibt praktisch unverändert.To avoid this disadvantage, the permissible switch voltage can be changed Increase the voltage when switching on again, but this reduces the protection level device and can lead to increased compensation processes. One can also the goodness of those that act like a suction circuit, made up of condenser and vorros sel deliberately worsen the existing compensation device. In 50 Hz networks, this suction circuit is often tuned to 150 Hz. By however, the deterioration in quality decreases the desired one Suction circuit effect, the load on the network to compensate for that harmonic current caused by the consumer with tuning frequency remains practically unchanged.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der durch sehr schnellen Abbau ein überhöhten Spannung am Kondensator - auf einen Wert nahe dem stationären Scheitelwert der Betriebsspannung - eine ausgleichs schwingungsarme Wiederzuschaltung der Kompensationsanlage auch nach sehr kurzen Pausen des Verbrauchers mit zeitlich stark veränderlichem Blindleistungsbedarf ermöglicht und so unnötige Flickereffekte im Netz vermieden werden.The invention has for its object a circuit arrangement of the type mentioned at the beginning, in the case of very fast Decrease an excessive voltage across the capacitor - to a value close to the stationary peak value of the operating voltage - a compensation Low-vibration reconnection of the compensation system even after very short breaks of the consumer with time-varying changes Reactive power requirement enables and so unnecessary flicker effects be avoided in the network.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the in the characteristics of Features listed 1 solved.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dem Unteranspruch entnehmbar. An advantageous embodiment can be found in the subclaim.

Durch die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung wird die Dynamik thyristorgeschalteter Kompensationsanlagen erheblich verbessert. Auch Schweißvorgänge bei Schweißanlagen mit kurzen systembedingten Pausen (ein bis zwei Netzperioden) können kompensiert, die Netzein speisung 1) entflickert werden.The dynamics of thyristor-switched compensation systems are considerably improved by the circuit arrangement according to the invention. Welding processes in welding systems with short system-related breaks (one to two grid periods) can also be compensated for, the grid feed 1 ) can be deflicked.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung besitzt keine aktiven Ele mente, wodurch ein zusätzlicher Steueraufwand entfällt. Sie basiert auf der Ausnutzung der magnetischen Eigenschaften einer sättigbaren Eisendrossel; durch ihre Wirkung entstehen praktisch keine Verluste im mit der sättigbaren Drossel in Reihe liegenden Widerstand bei zu geschaltetem Kondensator.The circuit arrangement according to the invention has no active ele elements, which eliminates additional tax expenditure. It is based on the exploitation of the magnetic properties of a saturable Iron thrush; due to their effect there are practically no losses in the resistance in series with the saturable choke at switched capacitor.

Anhand eines schematischen Beispieles für eine einphasige Ausführung wird die Erfindung im nachstehenden näher erläutert. Using a schematic example for a single-phase version the invention is explained in more detail below.

In der Figur sind mit L ₁ und L ₂ zwei Leitungen eines speisenden Netzes zu einem nicht näher dargestellten Stoßleistungsverbraucher bezeichnet. Zwischen diesen Leitungen L ₁ und L ₂ liegt eine Reihenschaltung, be stehend aus einem Kondensator C _K, einer Vor drossel L _K und antiparallel geschalteten Thyristoren Th ₁ und Th ₂. Die Vordrossel L _K begrenzt die Stromanstiegsge schwindigkeit und im Störungsfall die Ausgleichsströme; sie ist so dimensioniert, daß der L _K-C _K-Reihenschwingkreis auf 150 Hz abgestimmt ist. Die Thyristoren Th ₁ und Th ₂ werden als elektronischer Schalter betrieben und können zum Zuschalten der Kompensationseinrichtung gemeinsam ge zündet werden.In the figure, L ₁ and L ₂ denote two lines of a supply network to a surge power consumer, not shown. Between these lines L ₁ and L _{2 there} is a series connection, consisting of a capacitor C _K , an inductor L _K and anti-parallel connected thyristors Th ₁ and Th ₂ . The pre-choke L _K limits the current rise speed and, in the event of a fault, the compensating currents; it is dimensioned so that the L _K - C _{K series} resonant circuit is tuned to 150 Hz. The thyristors Th ₁ and Th ₂ are operated as an electronic switch and can be ignited together to switch on the compensation device.

Parallel zum Kondensator C _K liegt ein Entladewiderstand R _e zur Sicherstellung normgerechter Entladezeiten (VDE 0560, Teil 4, §5).In parallel with the capacitor C _{K there} is a discharge resistor R _e to ensure discharge times in accordance with the standards (VDE 0560, Part 4, §5).

Gemäß der Erfindung liegt nun parallel zum Kondensator C _K eine Reihenschaltung aus einer sättigbaren Drosselspule (Drossel) L, einem Widerstand R und zwei gegeneinander geschalteten Zener dioden Z ₁ und Z ₂. Es können zur Leistungsaufteilung auch jeweils mehrere Zenerdioden gegeneinander in Reihe geschaltet sein. Anstelle der Zenerdioden können auch an dere elektronische Elemente mit ähnlicher Wirkung (nicht- linearer Zusammenhang zwischen Strom und Spannung) ver wendet werden. According to the invention, a series circuit comprising a saturable inductor (choke) L , a resistor R and two Zener diodes Z ₁ and Z ₂ connected in opposition to one another is now parallel to the capacitor C _K. A plurality of Zener diodes can also be connected in series with one another for power distribution. Instead of the Zener diodes, other electronic elements with a similar effect (non-linear relationship between current and voltage) can also be used.

Bei zugeschaltetem elektronischen Schalter (Thyristo ren Th ₁ und Th ₂) liegt eine erhöhte Grundschwingungs- Wechselspannung am Kondensator C _K, die sich aus der Span nung an der Vordrossel L _K sowie der zwischen den Leitun gen L ₁ und L ₂ anstehenden Netzspannung ergibt. Durch das Saugkreisverhalten treten zusätzliche Oberschwingungs spannungen auf.When the electronic switch (Thyristo ren Th ₁ and Th ₂ ) is switched on, there is an increased fundamental vibration alternating voltage at the capacitor C _K , which results from the voltage at the pre-choke L _K and the line voltage present between the lines L ₁ and L ₂ . Additional harmonic voltages occur due to the suction circuit behavior.

Durch die aus sättigbarer Drossel L, Widerstand R und Zener dioden Z ₁, Z ₂ bestehende Reihenschaltung fließt der ge ringe Magnetisierungsstrom der Drossel L. Beim Abschalten des elektronischen Schalters (Thyristoren Th ₁ und Th ₂) bleibt der Kondensator C _K auf Grund seiner Oberschwin gungsbelastung (hauptsächlich 150 Hz) häufig auf einer über dem Scheitelwert der stationären Kondensatorspan nung liegenden Gleichspannung. Die sättigbare Drossel L (z. B. Eisendrossel) geht in die Sättigung; es fließt ein durch den Widerstand R begrenzter Entladestrom, bis die Kondensatorspannung etwa die Zenerspannung der Zenerdiode Z ₂ erreicht hat. Diese Zenerspannung wird so gewählt, daß die Spannung des Kondensators C _K am Ende des Teilentladevorganges etwa dem Scheitelwert der Betriebsspannung entspricht.Through the series connection consisting of saturable inductor L , resistor R and Zener diodes Z ₁ , Z ₂ , the low ring current of the inductor L flows . When the electronic switch (thyristors Th ₁ and Th ₂ ) is switched off, the capacitor C _K often remains at a DC voltage above the peak value of the stationary capacitor voltage due to its harmonic load (mainly 150 Hz). The saturable choke L (e.g. iron choke) goes into saturation; a discharge current limited by the resistor R flows until the capacitor voltage has approximately reached the Zener voltage of the Zener diode Z ₂ . This Zener voltage is selected so that the voltage of the capacitor C _K at the end of the partial discharge process corresponds approximately to the peak value of the operating voltage.

Danach wird die weitere Entladung praktisch durch den Ent ladewiderstand R _e bestimmt.Then the further discharge is practically determined by the discharge resistance R _e .

Die Zeitkonstante der Teilentladungseinrichtung, bestehend aus der Reihenschaltung von sättigbarer Drossel L, Widerstand R und Zenerdioden Z ₁ und Z ₂ wird auf 1 . . . 5 · T _N (T _N . . . Netz periodendauer) eingestellt.The time constant of the partial discharge device, consisting of the series connection of saturable inductor L , resistor R and Zener diodes Z ₁ and Z ₂ , becomes 1. . . 5 · T _N (T _N ... Network period) set.

Wenn beim Verlöschen des Stromes der mit der Zener diode Z ₂ verbundene Pol des Kondensators C _K auf positivem Potential bleibt, werden Z ₂ in Sperrichtung und Z ₁ in Durchlaßrichtung betrieben; bleibt dieser Pol des Kon densators C _K dagegen auf negativem Potential, so werden Z ₁ in Sperrichtung und Z ₂ in Durchlaßrichtung be trieben. In beiden Fällen wird die nun gleichspannungsbe lastete Drossel L gesättigt. Der Widerstand R kann als Wicklungswiderstand der sättigbaren Drossel L realisiert werden.If, when the current goes out, the pole of the capacitor C _K connected to the Zener diode Z ₂ remains at positive potential, Z _{2 are operated} in the blocking direction and Z ₁ in the forward direction; remains this pole of the capacitor C _K on the other hand at negative potential, so Z ₁ in the blocking direction and Z ₂ in the forward direction be driven. In both cases, the inductor L now loaded with DC voltage is saturated. The resistance R can be realized as a winding resistance of the saturable inductor L.

Anstelle von Eisenblechen kann in der sättigbaren Drosselspule L auch anderes Kernmaterial verwendet werden, das einen scharfen Sättigungsknick aufweist.Instead of iron sheets, other core material which has a sharp saturation kink can also be used in the saturable inductor L.

Claims

1.Circuit arrangement for the rapid reduction of an excessive voltage on a capacitor in reactive power compensation systems, which is in series with a pre-choke and an electronic switch between the supply lines of an AC voltage network, and whose connection is used by consumers with a time-varying reactive power requirement to compensate for gentle inductive reactive power in the network, characterized in that parallel to the capacitor (C _K ) is a series circuit, consisting of a saturable inductor (L) , a resistor (R) and at least two series-connected electronic components (Z. ₁ , Z ₂ ) is connected with a non-linear relationship between current and voltage.

2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the electronic components (Z ₁ , Z ₂ ) are Zener diodes.