DE439611C

DE439611C - Power factor controller for single and two-phase alternating current

Info

Publication number: DE439611C
Application number: DES71132D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Norbert Schachtmeyer; Dipl-Ing Walter De Vries
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG
Priority date: 1925-08-14
Filing date: 1925-08-14
Publication date: 1927-01-14

Description

Leistungsfaktor-Regler für Ein- und Zweiphasenwechselstrom. Der cos cp in Wechselstromnetzen läßt sich bekanntlich durch Blindstrom liefernde oder aufnehmende Maschinen (Phasenschieber) beeinflussen und durch Änderung der Erregung derselben in gewünschter Weise ändern. In neuerer Zeit sind cos-(p-Regler bekannt geworden, die selbsttätig die Einregelung des Netz-cos p in einer gewünschten Höhe bewirken. Derartige Regler beruhen beispielsweise auf der Differentialwirkung von zwei Spulen, die sowohl von der Netzspannung als auch vom Netzstrom beeinflußt werden. Die grundsätzliche Arbeitsweise solcher Regler veranschaulicht die Abb. i. In dieser Abbildung bedeuten i und a zwei Spulen mit magnetischen Kernen, die sowohl von der Netzspannung als auch vom Netzstrom beeinflußt werden. Bei Abweichung des cos 9 von einem gewünschten Wert wird das Gleichgewicht des um den Drehpunkt 3 beweglichen Systems der beiden Kerne gestört, der Kontaktfinger q. macht entweder nach oben oder nach unten Kontakt und schließt hierdurch einen Hilfsstromkreis, der eine Vergrößerung bzw. Verkleinerung der Erregung irgendeines Phasenschiebers zur Folge hat, wodurch der cos 9p in der gewünschten Weise verändert wird. -Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Einrichtung, die mit sehr einfachen Mitteln gestattet, einen beliebigen cos (p in Ein- oder Zweiphasenwechselstromanlagen einzuregeln und konstant zu halten.Power factor controller for single and two-phase alternating current. The cos As is known, cp in alternating current networks can be determined by supplying or receiving reactive current Machines (phase shifters) influence and change the excitation of the same change as desired. Recently, cos (p-controllers have become known, which automatically regulate the network cos p at a desired level. Such regulators are based, for example, on the differential effect of two coils, which are influenced by both the mains voltage and the mains current. The basic one The way in which such regulators work is illustrated in Fig. I. In this figure mean i and a two coils with magnetic cores that are dependent on both the mains voltage and the can also be influenced by the mains current. If the cos 9 deviates from a desired one Value becomes the equilibrium of the center of rotation 3 movable System of the two cores disturbed, the contact finger q. makes either up or downward contact and thereby closes an auxiliary circuit, which is an enlargement or reduction of the excitation of any phase shifter result, whereby the cos 9p is changed in the desired way. -The present invention relates to now a facility which, with very simple means, allows any cos (p to be regulated and kept constant in single or two-phase alternating current systems.

Erfindungsgemäß werden die Reglerspulen i und 2 aus Abb. i in Serie mit der Sekundärwickelung eines Spannungswandlers, die aus zwei einander gleichen, entgegengesetzt gewickelten Hälften besteht, geschaltet, und die Mitte der Sekundärwickelung des Wandlers wird über eine Drosselspule oder einen Kondensator zur Verbindungsstelle der beiden Reglerspulen geführt, wobei diese Drosselspule oder der Kondensator noch außerdem über einen Stromwandler des N N etzes gespeist wird.According to the invention, the regulator coils i and 2 from Fig. I are in series with the secondary winding of a voltage transformer, which are two equal to each other, oppositely wound halves consists, switched, and the middle of the secondary winding of the converter becomes the connection point via a choke coil or a capacitor of the two regulator coils, with this choke coil or the capacitor still is also fed via a current transformer in the network.

Eine Ausführung der Erfindung zeigt Abb. 2. In dieser Abbildung bedeutet 12 das Ein- oder Zweiphasenstromnetz, dessen cos <p geregelt werden soll. Die Reglerspulen i und 2 befinden sich in Serie im Sekundärstromkreis eines Spannungswandlers 5, dessen Sekundärwickelung 6 aus zwei einander gleichen, jedoch entgegengesetzt gewickelten Hälften besteht und in der Mitte 7 angezapft ist. Die Anzapfung ist über eine Drosselspule 8 nach der Verbindungsstelle g der beiden Reglerspulen geführt. Außerdem ist ein Stromwandler io vorgesehen, dessen Sekundärseite i i zu den Enden der Drosselspule geführt ist.An embodiment of the invention is shown in Fig. 2. In this figure, means 12 the one- or two-phase power network, the cos <p of which is to be regulated. the Regulator coils i and 2 are in series in the secondary circuit of a voltage converter 5, the secondary winding 6 of which is composed of two identical, but opposite wound halves and is tapped in the middle 7. The tap is on out via a choke coil 8 after the junction g of the two regulator coils. In addition, a current transformer io is provided, the secondary side i i of which is towards the ends the choke coil is guided.

Die Wirkungsweise der Anordnung erkennt man leicht mit Hilfe des Vektordiagramms (Abb. 3). Für dieses Diagramm und für die folgenden Diagramme ist die im ,v esentlichen zutreffende Annahme gemacht worden, daß die Sekundärspannung des Spannungswandlers in Phase mit der Primärspannung, d. h. also mit der Netzspannung, und der Sekundärstrom des Stromwandlers in Phase mit dem Netzstrom ist. Für Diagramm 3 ist angenommen; daß der cos p des Netzes gleich i ist. Dieser cos (p soll durch die Reglervorrichtung konstant aufrechterhalten werden. In Diagramm 3 bedeuten Ei und E2 die einander gleichen, jedoch entgegengesetzt gerichteten Spannungen der Sekundärwickelung des Spannungswandlers, die in Phase mit der Primärspannung sind. Da der N Letz-cos 99 - i ist, ist auch der Strom mit diesen Spannungen in Phase. Infolgedessen ist die Drosselspulenspannung E3, die im wesentlichen von dein Netzstrom herrührt, senkrecht zu E, bzw. EZ gerichtet, und für die Reglerspulen i und 2 ergeben sich die Spannungen D1 und D2. Der Sekundärstrom des Spannungswandlers, der von Ei und EZ herrührt, kann bezüglich seines Einflusses auf den Spannungsabfall in der Drosselspule vernachlässigt werden, da man seine Größe durch Kondensatoren 15, die parallel zu den Reglerspulen geschaltet werden, verschwindend klein machen kann. Die Spannungen D, und DZ sind einander gleich, und deshalb wird das Gleichgewicht des Systems nach Abb. i nicht gestört, und der Kontaktfinger q. bleibt in der Mittellage.The mode of operation of the arrangement can easily be seen with the help of the vector diagram (Fig. 3). For this diagram and for the following diagrams, the generally correct assumption has been made that the secondary voltage of the voltage transformer is in phase with the primary voltage, i.e. with the mains voltage, and the secondary current of the current transformer is in phase with the mains current. For diagram 3 it is assumed; that the cos p of the network is equal to i. This cos (p should be kept constant by the regulator device. In diagram 3, Ei and E2 mean the same but oppositely directed voltages of the secondary winding of the voltage transformer, which are in phase with the primary voltage. Since the N Letz-cos 99 - i , the current is also in phase with these voltages. As a result, the choke coil voltage E3, which essentially originates from the mains current, is directed perpendicular to E or EZ, and the voltages D1 and D2 result for the regulator coils i and 2 Secondary current of the voltage converter, which comes from Ei and EZ, can be neglected with regard to its influence on the voltage drop in the choke coil, since its size can be made vanishingly small by means of capacitors 15, which are connected in parallel to the regulator coils. The voltages D, and DZ are equal to each other, and therefore the equilibrium of the system according to Fig. I is not disturbed, and the contact finger q. Bl Eibt in the middle position.

Tritt nun eine Änderung des cos cp ein, so dreht sich gleichzeitig mit dem Vektor des Netzstromes auch der Vektor E3, der ja zu diesem immer senkrecht steht, und es ergibt sich nun das Diagramm (Abb. q.), in 'dem die Spannungen D, und D2 voneinander verschieden sind. Infolgedessen schlägt der Kontaktfinger q. der Abb. i nach irgendeiner Seite aus und schließt einen der beiden Steuerstromkreise, der die Erregung der Generatoren verändert. Der Steuerstromkreis bleibt so lange geschlossen und die Änderung der Erregung geht infolgedessen so lange vor sich, bis der cos p des Netzes wieder den Wert i erreicht hat, weil erst dann der Vektor E3 in der Lage ist, seine Anfangsstellung gemäß Abb. 3 wieder einzunehmen, der zufolge die Spannungen Di und D2 wieder einander gleich werden.If the cos cp now changes, it rotates at the same time with the vector of the mains current also the vector E3, which is always perpendicular to this stands, and the result is the diagram (Fig.q.), in which the stresses D, and D2 are different from each other. As a result, the contact finger hits q. of Fig. i to either side and closes one of the two control circuits, which changes the excitation of the generators. The control circuit remains that long closed and the change of excitement goes on for so long as a result, until the cos p of the network has again reached the value i, because only then does the vector E3 is able to resume its initial position according to Fig. 3, according to which the voltages Di and D2 become equal to each other again.

Die beschriebene Einrichtung kann aber auch vorteilhaft zur Konstanthaltung eines beliebigen cos q) verwendet werden. Erfindungsgemäß wird man deshalb in den Sekundärstromkreis des Spannungswandlers gemäß Abb. 5 noch einen regelbaren Ohmschen Widerstand 13, z. B. in den Stromkreis der Spule i, schalten. Um allen praktisch vorkommenden Fällen zu genügen, kann man auch im Stromkreis der Spule :2 einen ähnlichen Widerstand (in Abb. 5 gestrichelt) anordnen. Im übrigen entspricht die Schaltung der Abb. 5 bis auf gewisse Besonderheiten, die noch erörtert werden, der Abb. 2. Die Spannungsverhältnisse unter Berücksichtigung des Ohmschen Widerstandes sind durch das Vektordiagramm der Abb.6 dargestellt. In diesem Diagramm bedeuten wieder Ei und E2 die beiden einander gleichen Spannungen der Sekundärwickelung des Spannungswandlers und E, die Spannung der Drosselspule. Unter der Annahme, daß der Ohmsche Widerstand in den Stromkreis der Spule i geschaltet ist, ist die auf Spule 2 wirkende Spannung wieder unverändert gleich D., während D, die resultierende Spannung des Ohmschen Spannungsabfalles Di über den Widerstand 13 und der Spannung Dl" der Spule i bedeutet. Man erkennt aus Abb. 6, daß das Spannungsgleichgewicht der Spulen i und :2 gestört ist, weshalb der Regler gemäß Abb. i seine Regeltätigkeit beginnen wird. Durch Veränderung der Erregung des Phasenschiebers wird der cos (p so lange verändert, bis das Diagramtn der Abb. 6 sich in die Lage der Abb. 7 verschoben hat. Hierbei entspricht die Abweichung der Drosselspulenspannung E3 von der gestrichelten Mittellage dem sich einstellenden Phasenverschiebungswinkel, und da nunmehr Gleichgewicht besteht, so muß in Abb. 7 D," - D, sein.The device described can, however, also advantageously be used to keep any cos q) constant. According to the invention is therefore in the secondary circuit of the voltage converter according to Fig. 5 or a variable ohmic resistor 13, z. B. in the circuit of the coil i, switch. In order to satisfy all practically occurring cases, one can also arrange a similar resistor (dashed in Fig. 5) in the circuit of the coil: 2. Otherwise, the circuit in Fig. 5 corresponds to Fig. 2 except for certain special features that will be discussed later. The voltage ratios, taking into account the ohmic resistance, are shown by the vector diagram in Fig. 6. In this diagram, Ei and E2 again mean the two equal voltages of the secondary winding of the voltage transformer and E, the voltage of the choke coil. Assuming that the ohmic resistance is connected to the circuit of coil i, the voltage acting on coil 2 is again unchanged equal to D., while D, the resulting voltage of the ohmic voltage drop Di across the resistor 13 and the voltage Dl "der Coil i means. It can be seen from Fig. 6 that the voltage equilibrium of coils i and: 2 is disturbed, which is why the controller will start its control activity according to Fig. I. By changing the excitation of the phase shifter, the cos (p is changed as long as until the diagram in Fig. 6 has shifted to the position in Fig. 7. Here, the deviation of the choke coil voltage E3 from the dashed central position corresponds to the phase shift angle that is established, and since there is now equilibrium, then in Fig. 7 D, " - D, be.

Durch Einstellung des Widerstandes 1,3 hat man es demnach in der Hand, einen beliebigen cos (p dauernd aufrechtzuerhalten. Das Vektordiagramm der Abb.7 zeigt, daß bei großen Phasenverschiebungen die Spannung E3 beträchtlich von der Senkrechten bei .El bzw. E2 abweicht. Die Empfindlichkeit des Reglers ist jedoch dann die größte, wenn E3 gerade senkrecht auf El bzw. E2 steht, weil in diesem Falle die geringste Abweichung von der go°-Stellting bereits beträchtliche Änderungen der Spannung der Spule i gegenüber der Spannung in Spule :2 zur Folge hat. Erfindungsgemäß wird daher irn Primär- oder Sekundärstromkreise des Spannungswandlers eine Drosselspule 14 (Abb. 5) oder ein Kondensator zugeschaltet. Wird die Drosselspule gemäß Abb. 5 in den Primärstromkreis geschaltet, so erhält die Primärspannung des Spannungswandlers gegenüber der Netzspannung eine Phasenverschiebung, die aus Abb. 8 ersichtlich ist. In dieser Abbildung bedeutet P die- N etzspannung und J den gegen die Netzspannung phasenverschobenen Netzstrom. Mit Hilfe der Einstellung oder Wahl der Drosselspule 14 kann nun zweckmäßig die Primärspannung des Spannungswandlers und damit auch die ihr phasengleiche Sekundärspannung El annähernd in eine mit dein Netzstrom J phasengleiche Lage gebracht werden. Für diesen Fall steht dann die Drosselspulenspannung E.; wiederum senkrecht auf E, und wir erhalten zuch für den Fall eines von i abweichenden cos #o das Diagramm der Abb.3, das die größte Empfindlichkeit gewährleistet. Die Drosselspule 14 kann gegebenenfalls regelbar gemacht werden.By setting the resistance 1.3 you have it in your hand, to maintain any cos (p permanently. The vector diagram in Fig.7 shows that with large phase shifts the voltage E3 differs considerably from the Vertical at .El or E2 deviates. The sensitivity of the regulator is however then the largest if E3 is just perpendicular to E1 or E2, because in this case the slightest deviation from the go ° position means considerable changes the voltage in coil i versus the voltage in coil: 2. According to the invention therefore becomes a choke coil in the primary or secondary circuits of the voltage converter 14 (Fig. 5) or a capacitor is switched on. If the choke coil as shown in Fig. 5 switched into the primary circuit, it receives the primary voltage of the voltage converter a phase shift compared to the mains voltage, which can be seen in Fig. 8. In this figure, P means the mains voltage and J denotes the mains voltage phase shifted mains current. With the help of the setting or selection of the choke coil 14 can now expediently the primary voltage of the voltage converter and thus also the its in-phase secondary voltage El into an approximately in-phase with your mains current J Able to be brought. In this case, the choke coil voltage E .; in turn perpendicular to E, and we also get for the case of a cos deviating from i # o the diagram in Fig. 3, which ensures the greatest sensitivity. The choke coil 14 can be made adjustable if necessary.

Die Empfindlichkeit des Reglers hängt auch von der Größe der Spannung E3 ab. Diese Spannung, die, wie schon erwähnt, nicht nur durch eine Drosselspule, sondern auch durch einen Kondensator hervorgerufen werden kann, wird man deshalb durch eine veränderliche Drosselspule oder durch einen regelbaren Kondensator veränderlich machen. Zur Steigerung der Empfindlichkeit des Reglers kann man noch die Sekundärwickelung des Stromwandlers i i gemäß Abb. 5 anzapfbar machen. Auf diese Weise kann bei Zurückgehen auf eine geringere sekundäre Windungszahl die Stromstärke des Wandlers sekundärseitig erhöht und damit eine größere Spannung E., in der Drosselspule bzw. in dem Kondensator erzielt werden.The sensitivity of the regulator also depends on the size of the voltage E3 off. This voltage, which, as already mentioned, is not only caused by a choke coil, but can also be caused by a capacitor, one will therefore changeable by a variable choke coil or by a controllable capacitor do. The secondary winding can also be used to increase the sensitivity of the controller of the current transformer i i can be tapped according to Fig. 5. This way you can go back to a lower number of secondary turns, the current intensity of the converter on the secondary side increased and thus a greater voltage E., in the reactor or in the capacitor be achieved.

Claims

PA TR? NT CLAIMS: i. Power factor controller for single or two-phase alternating current with two coils in differential action, characterized in that these coils are connected in series with the secondary winding of a voltage transformer, the consists of two equal, oppositely wound halves, and that the middle of the secondary winding of the transducer via a choke coil or via a Capacitor is led to the junction of the two regulator coils, the Choke coil or the capacitor also via a current transformer of the network is fed. a. Device according to claim i, characterized in that parallel capacitors can be switched to the regulator coils. 3. Device according to claim i for adjusting any power factor, characterized in that Ohmic resistors are also connected to the secondary circuit of the voltage converter will. Device for increasing the sensitivity of the controller according to the claims i to 3, characterized in that in the primary or secondary circuit of the Voltage converter, additional inductors or capacitors can be switched. 5. Device for increasing the sensitivity of the controller according to the claims i to 3, characterized in that - the current transformer is tapped on the secondary side receives. 6. Device for increasing the sensitivity of the controller according to the claims i to 5, characterized in that the choke coil or the capacitor according to Claim i is made controllable.