DEH0004316MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 10. März 1942 Bekanntgemacht am 2. August 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Das Patent 937 721 betrifft ein Schaltverfahren zur Anpassung der Blindleistungslieferung an den Blindleistungsverbrauch in Wechselstromanlagen mit Hilfe von Kondensatoren abgestufter Leistung, bei dem vorzugsweise jeder Leistungsstufe nur je ein Nockenschalter zugeordnet ist. Bei diesem Schaltverfahren werden die bei einzelnen Hauptstufenübergängen durchzuführenden Einzelschaltungen einer Kombinationsschaltung nacheinander so vorgenommen, daß der Phasenverschiebungswinkel zwischen der Sollage und der Istlage des Stromvektors bis zum Abschluß der Kombinationsschaltung jeweils vergrößert wird.

Nach dem neuen Verfahren entsprechend der hier beschriebenen Erfindung sind die Abstufung der einzelnen Kondensatoren und deren Anzahl anders gewählt als bei den Ausführungsbeispielen des Hauptpatentes. Während bei letzteren jede selbständig schaltbare Kondensatoreinheit nur einmal vertreten und ihre Leistung jeweils so gewählt ist, daß jede folgende Einheit immer die doppelte Leistung der vorhergehenden besitzt, ist entsprechend, der hier beschriebenen Erfindung die kleinste selbständig schaltbare Kondensatoreinheit mehr als einmal, also zwei-, drei-, viermal usw. vorhanden, und außer dieser ist nur noch eine einzige weitere Kondensatorgröße ein oder mehrmals vorhanden. Die zweite Kondensatorgröße ist ein Vielfaches der ersten, und zwar ist sie vorzugsweise bei η Kondensatoren der ersten Größe

609 577/168

H4316VIIIb/21d²

(η + i)-mal so groß wie die erste. Wählt man also z. B. vier Kondensatoren je 20 kVar als erste Kondensatorgröße, so ist die zweite gleich 4 + 1) X 20 kVar = 100 kVar.

Abb. ι der Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel kommt dem Ausführungsbeispiel nach Abb. 6 des Hauptpatentes am nächsten. Soweit die Einzelteile dieser Ausführungsbeispiele einander gleich sind oder ein-

ib ander entsprechen, tragen sie die gleichen oder ähnliche Bezugszeichen.

Übereinstimmend mit Abb. 6 des Hauptpatentes ist auch hier das Drehstromnetz RST der Einfachheit wegen nur einphasig dargestellt. An dieses Drehstromnetz können die Motoren 7 mit Hilfe von Schaltern 8 angeschlossen werden. Das Drehstromnetz speist ferner über den Transformator 9 und den Stromwandler 10 bzw. den Spannungswandler 11 die Strombzw. Spannungsspulen 12 bzw. 13 des Blindlastreglers 14, der nach Art eines Blindverbrauchzählers gebaut ist und bei einer Blindbelastung der Anlage unter oder über der vereinbarten Blindlast in verschiedenem Drehsinne umläuft. Die Systemwelle 15 dieses Blindlastreglers ist über das Getriebe 16 mit der Nockenwelle 36 gekuppelt.

Auf der Nockenwelle 36 sitzen abweichend von Abb. 6 des Hauptpatentes sieben Nockenscheiben 75 bis 81, die über Kippschalter (Quecksilberschalter) 82 bis 88 die nicht näher bezeichneten Magnetwicklungen der Schütze 89 bis 95 an das Hilfsnetz S-O legen, durch die die Phasenschieberkondensatoren 101 bis 107 an das Drehstromnetz RST angeschlossen werden.. Das Anschließen der Phasenschieberkondensatoren an das Drehstromnetz RST wird weiter unten noch genauer beschrieben. Die ersten vier Nockenscheiben 75 bis 78 sind starr mit der Nockenwelle 36 gekuppelt, während die übrigen drei Nockenscheiben 79 bis 81 lose auf der Nockenwelle 36 sitzen und über einen toten Gang von der Nockenwelle 36 mitgenommen werden. Zur Erzeugung des toten Ganges sind auch hier die Nockenscheiben 79 bis 81 mit Schlitzen 31, 32 bzw. 96 versehen, in die die nicht näher bezeichneten Stifte der Mitnehmer 25, 26 und 97 eingreifen, die fest mit der Nockenwelle 36 verbunden sind. Die zur Erzeugung des toten Ganges erforderlichen Einzelteile können auch in diesem Falle mit den Teilen nach den Abb. 3 und 4 des Hauptpatentes übereinstimmen. Die Nockenwelle 36 wird ferner auch hier von einem Rückstellmagnet 44 beeinflußt, dessen nicht näher bezeichnete Wicklung an das Drehstromnetz RST angeschlossen ist. .

Angenommen, die zulässige Blindlast sei Null und die Anlage werde beim Einschalten von Motoren 7 stark induktiv belastet, dann dreht der Blindlastregler 14 die Nockenwelle 36 so lange in der Pfeilrichtung »ind.«, bis gegebenenfalls der fest auf der Nockenwelle 36 sitzende Anschlag 34 am ruhenden Gegenanschlag 35 zum Anliegen kommt. Die Nockenscheiben 75 bis 81 steuern hierbei über die Kippschalter (Quecksilberschalter) 82 bis 88 die Schütze 89 bis 95 in einer ganz bestimmten Reihenfolge, so daß die Kondensatoren 101 bis 107 wie folgt eingeschaltet werden:

Übergangsstufen in kVar

Induktive Belastung des Drehstromnetzes RST

(Einschaltung)

Hauptstufen Übergangsstufen in kVar in kVar

i. 101 (20) ein 20

2., 102 (20) ein ' 40

3. 103 (20) ein 60

4. 104 (20) ein 80

5. 101 bis 104 (80) aus, 105 (100) ein 100

6. 101 (20) ein 120

7. 102 (20) ein 140

8. 103 (20) ein 160 ^

9. . 104 (20) ein 180 .10. 101 bis 104 (80) aus, 106 (100) ein 200

11. 101 (20) ein 220

12. 102 (20) ein 240

13. 103 (20) ein ' 260

14. 104 (20) ein 280

15. 101 bis 104 (80) aus, 107 (100) ein 300

16. 101 (20) ein 320

17. 102 (20) ein ^: ,'■ " 340

18. 103 (20) ein 360 ^8s

19. 104 (20) ein 380

Die Ausschaltung der Kondensatoren 101 bis geht bei zu starker kapazitiver Belastung des Drehstromnetzes wie folgt vor sich:

Kapazitive Belastung des Drehstromnetzes RST (Ausschaltung)

Hauptstufen in kVar

1. 104 (20) aus 360

2. 103 (20) aus 340

3. 102 (20) aus 320

4. 101 (20) aus 300

5. 101 bis 104 (80) ein, 107 (100) aus 280

6. 104 (20) aus 260

7. 103 (20) aus 240

8. 102 (20) aus ' 220

9. 101 (20) aus 200

10. 101 bis 104 (80) ein, 106 (100) aus 180

11. 104 (20) aus 160

12. 103 (20) aus 140

13. 102 (20) aus 120

14. 101 (20) aus 100

15. 101 bis 104 (80) ein, 105 (100) aus 80

16. 104 (20) aus 60

17. 103 (20) aus . ' 40

18. 102 (20) aus 20

19. 101 (20) aus 0

Beim Arbeiten des Blindlastreglers 14 im Einschaltsinne werden also Kondensatoren nicht nur ein-, sondern auch ausgeschaltet, und zwar werden auf den Kombinationsschaltungsstufen (5., 10. und 15. Übergangsstufe) zunächst so viele der eingeschalteten Kondensatoren ausgeschaltet, daß ihr Gesamtbetrag um den Schaltschritt von 20 kVar unter der Kapazität des neu hinzuzuschaltenden Kondensators bleibt. Andererseits werden beim Arbeiten des Blindlastreglers 14 im Ausschaltsinne Kondensatoren nicht nur aus-, sondern auch eingeschaltet, und zwar werden

609577/168

H 4316 VIIIb121 d*

auf den Übergangsstufen gleicher Ordnungszahl zunächst soviel Kondensatoren hinzugeschaltet, daß der Gesamtbetrag um den Schaltschritt von 20 kVar unter der Kapazität des abzuschaltenden Kondensators bleibt. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Drehrichtung des Blindlastreglers 14 während des Ein- und des Ausschaltvorganges sich niemals umkehren kann, d. h. daß keine Pendelungen auftreten können. Für den beschriebenen Ein- und Ausschaltvorgang wurde angenommen, daß alle sieben Kondensatoren 101 bis 107 ein- oder ausgeschaltet werden. Es ist selbstverständlich, daß je nach den Belastungsverhältnissen der Anlage nur ein Teil dieser Einheiten zur Ein- oder Ausschaltung kommen kann.

Die Arbeitsweise des neuen Blindlastreglers wird noch klarer, wenn man die beiden Diagramme nach Abb. 2 beachtet. Diese Abbildung läßt zugleich die Unterschiede und Vorzüge des neuen Schaltverfahrens gegenüber demjenigen nach dem Hauptpatent deutlich

-zo erkennen.. In ihr ist als Abszisse die Zeit t und als Ordinate die induktive bzw. kapazitive Blindlast des Drehstromnetzes in kVar eingetragen. Das erste Diagramm ist gestrichelt gezeichnet und veranschaulicht das Arbeitsdiagramm des Blindlastreglers nach dem

■25 Hauptpatent für den Einschaltvorgang bei zu starker induktiver Blindlast im Drehstromnetz, wobei der Blindleistungsschaltschritt in Übereinstimmung mit dem Zahlenbeispiel des Hauptpatentes 5okVar beträgt. Der zweite Linienzug dagegen ist ausgezogen gezeichnet und zeigt das gleiche Diagramm für den Blindlastregler der hier beschriebenen Erfindung, also ebenfalls für den Einschaltvorgang bei zu großer induktiver Blindlast im Drehstromnetz, jedoch mit einem Blindleistungsschaltschritt von nur 2okVar. In beiden Fällen ist angenommen, daß der Blindlastregler durch seine Anlauf hemmung so eingestellt ist, daß er erst bei etwa 65 % des Blindleistungsschaltschrittes von 50 bzw. 20 kVar anläuft.

Der Anlauf des Blindlastreglers nach dem Hauptpatent (gestrichelt gekennzeichneter Pfeillinienzug) beginnt deshalb bei einer induktiven Blindlast von 65 % von 50 kVar, d. h. 32,5 kVar. In Abb. 2 ist dieser Punkt mit α bezeichnet. Der gestrichelte Pfeillinienzug verläuft von α aus über die Punkte a', b, V, c, c', d, d', e, e', f, f, g, g', h, h', i, V, k, k', I, V, m, m', n, n' bis 0. Dieser Linienzug zeigt folgendes:

Sobald die induktive Blindlast den Wert von 32,5 kVar erreicht hat, fängt der Blindlastregler an zu arbeiten. Er läuft zunächst bis zum Punkt a' (bzw. 1.).

Jetzt wird die induktive Blindlast durch Einschaltung des ersten Phasenschieber kondensator von 50 kVar (1. Übergangsstufe) überkompensiert bis zum Punkt b. Von hier ab bleibt das Netz dann konstant kapazitiv belastet bis zu dem Punkt b'. Daraufhin wächst die

.55 induktive Belastung des Drehstromnetzes bis zu dem Punkt b" (bzw. 2.). In diesem Punkt spricht der Blindlastregler wieder an (Beginn der 2. Übergangsstufe) und schaltet zunächst den ersten Kondensator von 50 kVar aus. Die weitere Folge ist, daß die induktive

«So Blindlast weiter wächst, und zwar bis zum Punkt c. Fast gleichzeitig mit der Abschaltung des ersten Kondensators, und zwar im Punkt c', wird der zweite Kondensator von der Größe 100 kVar eingeschaltet (Ende der 2. Übergangsstufe) und damit das Drehstromnetz wiederum überkompensiert. Die Folge davon ist, daß das Arbeitsdiagramm vom Punkt c' auf den Punkt d in den kapazitiven Belastungsbereich sinkt. Diese kapazitive Belastung bleibt wieder konstant bis zum Punkt d'. Nun wächst erneut die induktive Belastung des Drehstromnetzes bis zum Punkt e. Der Blindlastregler läuft wieder an bis zum Punkt e' (bzw. 3.) und schaltet anschließend den dritten Kondensator von 50 kVar ein (3. Übergangsstufe), worauf das Drehstromnetz wieder überkompensiert wird und das Arbeitsdiagramm auf den Punkt f sinkt, Diese Belastung bleibt bis zum Punkt f konstant. Von hier ab steigt die induktive Belastung des Drehstromnetzes besonders hoch, zunächst allerdings nur bis zum Punkt f" (bzw. 4.). Der Blindlastregler läuft in diesem Punkt wieder an und vollzieht eine zweite Kombinationsschaltung (Beginn der 4. Übergangsstufe); Er schaltet zuerst 50, dann 100 kVar aus, so daß die Belastungskennlinie jetzt zunächst den Punkt.f" und dann den Punkt g erreicht. Fast gleichzeitig, und zwar im Punkt g', werden 200 kVar eingeschaltet. Die zweite Kombinationsschaltung ist nun beendet (Ende der 4. Übergangsstufe). Die Belastungskennlinie sinkt wieder in den kapazitiven Belastungsbereich bis zum Punkt h usw.

Vergleicht man diese gestrichelte Arbeitskennlinie des Blindlastreglers mit dem Zahlenbeispiel des Hauptpatentes, soweit sich dieses auf den Einschaltvorgang bezieht, so ergibt sich folgende Übersicht über den Einschaltvorgang:

Einschaltvorgang

)erga	ngs	iStU	ien	m ν	c'	ir	Hauptstufen
							in kVar
i. in	a!	50	ein		f		50
2. in	b"	50	aus	, in		100 ein	IOO
3. in	e'	50	ein		Γ		150
4. in	f"	50	aus	, in		" 100 aus, in g	'' 200 ein 200
5. in	ϊ	50	ein			250
6. in	k"	50	aus	, in	100 eiir	300
7. in	ri	50	ein			350

Der Beginn der 1. bis 7. Übergangsstufe ist jeweils aus der gestrichelt gezeichneten Kennlinie ersichtlich, wobei zu beachten ist, daß die Punkte 1., 2., 3., 4., 5., 6. und 7. mit den Punkten a', b", e', f", i', k" und n' identisch sind.

Wählt man in Übereinstimmung mit der hier beschriebenen Erfindung unter anderem neunzehn (statt sieben) Übergangsstufen ,und einen Blindleistungsschaltschritt von 20 (statt 50) kVar, so verläuft das Arbeitsdiagramm des Blindlastreglers nach der ausgezogen gezeichneten (statt nach der gestrichelten) Linie. Dieser ausgezogene Linienzug zeigt zunächst, daß der Anlauf des Blindlastreglers bereits bei 65 °/₀ von 20 kVar, d. h. 13 kVar, beginnt. Der Blindlastregler läuft dann auch hier zunächst bis zum Punkt »τ.« und vollzieht die Schaltung der 1. Übergangsstufe, d. h. er schaltet 20 kVar ein usw. Der übrige Verlauf der ausgezogenen Kennlinie ist im Zusammenhang mit der vorher besprochenen Übersicht zu beurteilen, die den Einschaltvorgang bei induktiver Belastung des Dreh-

609 577/163

H 4316 VIIIbI'21 d²

Stromnetzes zahlenmäßig wiedergibt. Der Beginn der I. bis 19. Übergangsstufe ist auch hier jeweils aus der Kennlinie zu ersehen.

Der gestrichelte Linienzug hat seine höchsten induktiven Belastungsspitzen in den Punkten c', g' und V, d. h. auf der 2., 4. und 6. Übergangsstufe, der ausgezogene Linienzug dagegen auf der 5., 10. und 15. Übergangsstufe. Man sieht also, daß das Arbeitsdiagramm des Blindlastreglers nach dem Hauptpatent eine wesentlich größere Blindlastspitze (Punkt g') aufweist als das Arbeitsdiagramm des Blindlastreglers nach der hier beschriebenen Erfindung (5., 10. und 15. Übergangsstufe). Der Regelvorgang nach der hier beschriebenen Erfindung erfolgt im übrigen mit Rücksicht auf die größere Anzahl der Regelstufen feinstufiger. Man erreicht also mit nur zwei Kondensatorgrößen eine feinstufigere Schaltung und geringere Blindleistungssprünge auf bestimmten Schaltstufen.

In Abb. 2 sind lediglich die beiden Kennlinien des Blindlastreglers während des Einschaltvorganges für eine zu große induktive Belastung des Drehstromnetzes dargestellt, während die gleichen Kennlinien für den Fall der kapazitiven Belastung des Drehstromnetzes der Einfachheit wegen weggelassen sind. In diesem zweiten Fall, also bei kapazitiver Belastung des Drehstromnetzes, verlaufen die beiden Kennlinien spiegelbildlich zur Nullinie (Abszisse).

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Einrichtung zur Durchführung des Schaltver- 3» fahrens zur Anpassung der Blindleistungslieferung an den Blindleistungsverbrauch in Wechselstromnetzen mit Hilfe von Kondensatoren abgestufter Leistung, bei dem vorzugsweise jeder Leistungsstufe nur je ein Nockenschalter zugeordnet ist, nach Patent 937 721, dadurch gekennzeichnet, daß nur zwei Kondensatorgrößen verwendet werden, von denen mindestens die kleinere Größe mehrmals vorhanden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von η Kondensatoren der ersten Größe die zweite Kondensatorgröße eine η -f- imal so große Leistung hat wie die erste.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch vier Kondensatoren (101 bis 104) der ersten Kondensatorgröße zu j e 20 kVar und drei Kondensatoren (105 bis 107) der zweiten Kondensatorgröße zu je 100 kVar, die mit einem Blindleistungsschritt von 20 kVar geschaltet werden. 5»

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 609 577/168 7.56