DE3726745A1

DE3726745A1 - Verfahren zur bestimmung der grundschwingungs-blindleistung einer r-l-last

Info

Publication number: DE3726745A1
Application number: DE19873726745
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Ing Hoffmann; Reinhard Dipl Ing Schwarzenau
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1987-08-08
Filing date: 1987-08-08
Publication date: 1989-02-16

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des vorliegenden Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, daß durch R-L-Lasten, wie zum Beispiel Widerstandsschweißmaschinen, das speisende Energienetz durch Blindleistung belastet wird. Um diese Blindleistung zu kompensieren, ist ihre Messung erforderlich.

Das Verfahren zur Messung der Wirk- und Blindleistung nach Integration über mindestens einer halben Netzperiode ist bekannt und beschrieben in:

1. Quade, W.: "ETZ" 58 (1937), Seiten 1313 bis 1316 bis 1341 bis 1344;
2. Depenbrock, M.: Blind- und Scheinlast in einphasig gespeisten Netzwerken: "ETZ-A" (1964), Seiten 385 bis 390.

Nachteilig bei dem beschriebenen Meßverfahren ist, daß das Meßergebnis erst nach Ablauf der Integrationszeit feststeht. Für eine schnelle Blindleistungskompensation ist jedoch eine verzögerungsfreie Blindleistungsmessung unbedingt erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Blindleistungsmessung ohne Integrationszeit (verzögerungsfrei) erfolgt.

Aufbauend auf die in

3. "AEG-Mitteilungen" (1941), Heft 3/4, Seiten 94ff, Mohr, O.: "Die Abhängigkeit der Ströme und Spannungen vom Aussteuerungsgrad bei stromrichtergesteuerten Widerstandsschweißmaschinen"

beschriebenen Grundlagen wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 aufgeführten Verfahrensschritte gelöst.

Gemäß der Erfindung werden also Blindleistungswerte vorab für verschiedene R-L-Lasten berechnet und gespeichert. Feste mathematische und physikalische Zusammenhänge beim Betrieb der R-L-Last werden genutzt, um Hilfsparameter, die zur Leistungsbestimmung erforderlich sind, zu ermitteln. Die Leistungswerte werden so gespeichert, daß sie bereits beim Stromflußbeginn in der Last abgerufen werden können.

Die Erfindung basiert auf der Tatsache, daß der Stromzeitverlauf i _L einer gestellten R-L-Last mathematisch formulierbar ist:

wobei û _L der Scheitelwert der Lastspannung, Z _L die Lastimpedanz, ϕ _L der Lastwinkel, α der Steuerwinkel und ω die Netz-Kreisfrequenz sind. Dadurch ist es möglich, z. B. den Blindleistungsbedarf zum Stromflußbeginn (Phasenlage α) mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorherzusagen.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt die Fig. 1 den Lastwinkel ϕ _L in Abhängigkeit vom Steuerwinkel α und der Phasenlage α _S des Stromscheitelwertes als Parameter.

Es zeigt die Fig. 2 die auf eine Bezugsleistung S _max bezogene Grundschwingungs-Blindleistung Q₁/S _max als Funktion des Steuerwinkels α mit verschiedenen Lastwinkeln ϕ _L als Parameter.

Schließlich zeigt die Fig. 3 den relativen Stromscheitelwert k _i in Abhängigkeit vom Steuerwinkel α mit dem Lastwinkel d _L als Parameter.

In Fig. 2 kann man erkennen, daß zum Stromflußbeginn (Steuerwinkel α) die in dieser Periode benötigte Grundschwingungsblindleistung Q₁ bestimmt ist, wenn der Lastwinkel ϕ _L und die Bezugsleistung S _max bereits bekannt sind. Diese Vorhersage kann etwa alle 10 ms, also in jeder Netzhalbschwingung aktualisiert werden. Der Lastwinkel ϕ _L wird der Fig. 1 entnommen, indem zusätzlich zum Steuerwinkel α die Phasenlage α _S des Stromscheitelwertes _L gemessen wird. Die Bezugsleistung S _max wird mit Hilfe der Meßwerte û _L und _L und des relativen Stromscheitelwertes k _i berechnet:

Der relative Stromscheitelwert k _i ist ebenfalls mit den Parametern Steuerwinkel α und Lastwinkel d _L bestimmt (Fig. 3). Der Quotient _L/k _i gibt den maximal erreichbaren Stromscheitelwert für den Steuerwinkel α=ϕ _L an.

Zum Zeitpunkt des ersten Stromscheitelwertes (Phasenlage α _S ) steht also der benötigte Blindleistungsbedarf einer gestellten Lage fest, da nun in Fig. 2 neben dem Steuerwinkel α der Lastwinkel ϕ _L und die Bezugsleistung S _max bekannt sind. Wird nun weiterhin angenommen, daß sowohl der Lastwinkel ϕ _L als auch die Bezugsleistung (Lastimpedanz) innerhalb der folgenden 10 ms (halben Netzperiode) ihre Werte nicht sprunghaft ändern, so kann bereits zum nächsten - und jedem darauffolgenden - Stromflußbeginn (Steuerwinkel α) mit Fig. 2 der Blindleistungsbedarf vorhergesagt werden. Die Parameter α _L und S _max werden jeweils nach jedem Stromscheitelwert aktualisiert, deshalb werden auch stetige Impedanz- und Lastwinkeländerungen erfaßt und bei der nächsten Vorhersage berücksichtigt.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung der Grundschwingungs-Blindleistung einer mittels eines Wechselstromstellers (Steuerwinkel α) gestellten R-L-Last, z. B. einer Widerstandsschweißmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromscheitelwert _L gemessen wird, daß folgende zwei Kennlinienscharen bereits vorab berechnet und gespeichert werden:

(1) Lastwinkel ϕ _L als Funktion des Steuerwinkels α und der Phasenlage α _S des Stromscheitelwertes _L (Fig. 1),
(2) relative Grundschwingungs-Blindleistung Q₁/S _max als Funktion des Steuerwinkels α und des Lastwinkels ϕ _L (Fig. 2)

und daß der Steuerwinkel α bei beginnendem Stromfluß gemessen und dann der Kennlinienschar (2) die relative Grundschwingungs-Blindleistung Q₁/S _max für diesen Steuerwinkel und für einen bereits bekannten Lastwinkel d _L, der sich aus der Kennlinienschar (1) für diesen Steuerwinkel ergibt, entnommen wird, wobei die Multiplikation der relativen Blindleistung mit einer vorgegebenen Bezugsleistung S _max den Grundschwingungs-Blindleistungswert Q₁ ergibt.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastspannungsscheitelwert û _L gemessen wird und daß die Bezugsleistung S _max dadurch bestimmt wird, daß der halbe Lastspannungsscheitelwert û _L/2 mit dem Laststromscheitelwert _L multipliziert wird und dieses Produkt durch einen Korrekturfaktor k _i dividiert wird, wobei der Korrekturfaktor, der relativer Stromscheitelwert genannt wird, mit einer Kennlinienschar

(3) relativer Stromscheitelwert als Funktion des Steuerwinkels α und des Lastwinkels ϕ _L (Fig. 3), mit den bekannten Hilfsparametern Steuerwinkeln α und Lastwinkel ϕ _L ermittelt wird.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Kennlinienschar (1) andere, den charakteristischen Stromverlauf beschreibende Kennlinien verwandt werden, z. B.

(1a) Lastwinkel ϕ _L als Funktion des Steuerwinkels α und des an festvorgegebener Stelle gemessenen Stromgradienten oder
(1b) Lastwinkel ϕ _L als Funktion des Steuerwinkels α und zweier Wertepaare i _L (t).