DE1964823A1 - Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver Wechselstromverbraucher - Google Patents

Description

• Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver Wechselstromverbraucher Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Schalten und Steuern blindlas-t-kompensierter induktiver Wechselstromverbraucher unter-Verwendung von antiparallel geschalteten Thyristoren. Zum Ein- und Ausschalten sowie zum Zweck der Verstellung der Leistungsaufnahme von Wechselstromverbrauchern ist es bekannt und üblich, in einem Strang der Netzzuleitung zwei antiparallel geschaltete Thyristoren anzuordnen (Buch "Thyristoren" 1969, Teubener Verlag, Seiten 58 bis 52), Hat der Verbraucher eine starke induktive Eomponente, so ist es üblich, dem elektrischen Verbraucher Kompensationskondensatoren parallelzuschalten und den benötigten Blindstrom nicht über die Thyristoren vom Netz, sondern von den Kondensatoren zu beziehen. Eine solche Anordnung ist mit drei wesentlichen Mängeln behaftet 1. In Cltjj' Netzzuleitung vom spannungskonstanten Netz zum Kompensationskondensator sind keinerlei strombegrenzende Schaltelemente cnthalten, so daß sich der Kondensator an jeder Veränderung des Netzzusanden sowie an den immer vorhandenen Netzharmonischen weit über die Grenzen aer Nennleistung der eigenen Anlage hinaus beteiligt.
• 2. Aus dem gleichen Grund ist die Einschaltung der beiden Thyristoren nur in dem Augenblick der Netzperiode zulassig, in dem die Netzspannung den Wert der Kondensatorspannung durchläuft. Eine Verstellung der Leistungsaufnahme durch Anschnittsteuerung der Thyristoren ist im Gegensatz zu Anordnungen ohne Parallelkondensator nicht mehr möglich.
• 3. Die Impedanz der Parallelschaltung aus Verbraucher und Eondensator-ist im Fall der vollständigen Kompensation, d.h. Resonanzfrequenz gleich Netzfrequenz, maximal. Istdieser Kreis gegenüber der Netzfrequenz verstimmt, z.B.
• durch Änderung der Induktivität in Abhängigkeit; von Zeit, Temperatur usw. oder durch Fehlanpassung des Kompensationskondensators, so vermindert sich die Impedanz mit der Quadratwurzel aus Verstimmung und Dämpfung. Im gleichen Naß steigt der Strom durch die Thyristoren an, ohne indessen zur übertragenen leistung beizutragen.
• Jedoch müssen die Thyristoren für den der größten auftretenden Verstimmung entsprechenden Strom bemessen sein.
• Aus diesen Gründen ist es günstiger, die benötigte Blindleistung nicht durch Parallelschaltung, sondern durch Serienschaltung eines Kompensationskondensators zu Verfügung zu stellen. Diese Anordnung weist die Nachteile nach 1) und 3) nicht auf. Sie kann jedoch in dieser Form aus einem anderen Grunde ebenfalls nicht verwirklicht; werden Bei schwacher Dämpfung des Lastkreises beträgt die Spannung an der 1nduktivität und am Kondensator ein Vielfaches der Netzspannung. Sollen die Thyristoren nicht für diese erhöhte Spannung ausgelegt werden, was im allgemeinen völlig indiskutabel ist, so darf der Strom niemals unterbrochen werden. Das bedeutet, daß dann in dieser Anordnung nicht nur die Leistungsaufnahme nicht verstellt werden kanns sondern daß der Verbraucher mittels der Thyristoren auch nicht mehr abgeschaltet werden kann.
• Aufgabe der Erfindung ist es, unter Verwendung von in der Wechseistromzuleitung liegenden antiparallel geschalteten Thyristoren eine Anordnung zum Schalten und Steuern blindlast-kompensierter induktiver Verbraucher zu schaffen die die erwähnten Mängel der bekannten Anordnungen nicht aufweist. Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der obengenannten Art dadurch gelöst, daß der zur Blindlastkompensation dienende Kondensator zum Verbraucher in Reihe geschaltet und derart bemessen ist, daß der Verbraucherkreis geringfügig unterkompensiert ist und daß parallel zum-kompensierten Verbraucher ein weiteres antiparallel geschaltetes Thyristorpaar vorgesehen ist. Die vorgeschlagene Anordnung läßt sich zu beliebigen Zeitpunkten der Netzperiode einschalten, reagiert nicht auf Spannungssprünge oder Spannungsharrnonische im Netz, ist von 0 bis 100 % Last steuerbar, vermindert damit Laststöße und läßt sich bei Bedarf durch Blockierung der in der Wechselstromzuleitung liegenden Thyristoren nach spätestens einer Halbwelle vom Netztrennen.
• An-Hand eines Ausführungsbeispieles sei der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert.
• Die Fig 1 zeigt eine Anordnung zur Speisung eines induktiven Verbrauchers 3s4, bei der zur Blindlastkompensation ein Serienkondensator 5 vorgesehen ist. Der Verbraucher 3,4 ist über antiparallel geschaltete Thyristoren 2a,2b mit dem Wechselstromnetz 1 verbunden. Der Kondensator 5 ist auf den Verbraucher 3,4 so abgestimmt, daB der Verbraucherstrom i der Verbraucherspannung u ein wenig nacheilt, d.h.
• eine Unterkompensation vorliegt. Eine Überkompensation muß unbedingt vermieden werden. Parallel zum kompensierten Verbraucher 3,4,5 ist ein aus den beiden antiparallel geschalteten Thyristoren 6a,6b bestehendes Thyristorpaar 6 vorgesehen. Diese Anordnung ist sowohl für den Vollastbetrieb als auch für den Teillastbetrieb geeignet. Während des Vollastbetriebes, d.h. wenn keine Steuerung der Beistungsaufnahme stattfindet, sind die Thyristoren 2a,2b ständig leitend und die Thyristoren 6a, 6b ständig gesperrt.
• Nur wenn die Anordnung abgeschaltet werden soll, werden auch die Thyristoren 6a,6b im geeigneten Zeitpunkt mit Zündimpulsen beaufschlagt. Während des Teillastbetriebes, d.h. wenn eine Steuerung der Leistungsaufnahme stattfindet, werden die parallel zum Verbraucher 3,4,5 geschalteten Thyristoren 6a,6b vom Nulldurchgang des Laststromes i bis zur erneuten Zündung der in der Wechselstromzuleitung liegenden Thyristoren 2a,2b leitend gehalten. Im Stromnulldurchgang wird der bis dahin stroniftihrende in der Wechselstromzuleitung liegende Thyristor, z.B. 2a, gelöscht. Die nächste Stromhalbwelle fließt dann zuerst über einen-der parallelen Thyristoren, z.B. über 6a. Nach Zündung des in der Wechselstromzuleitung liegenden zweiten Thyristors bier 2b, wird der über den paraliel-en-Thyristor -6a-flleßende Strom 1 unter der Wirkung der Netzspannung wieder auf die in der Netzzuleitung liegenden Thyristoren zurückkommutiert.
• In Fig. 2 sind diese Verhältnisse dargestellt.- Nan erkennt, daß der Verbraucherstrom i der Netzspannung u um den Phasenwinkel y nacheilt. Die am kompensierten Verbraucher 3, 4, 5 anstehende Spannung wurde schraffiert dargestellt. Die parallelgeschalteten Thyristoren 6a und 6b führen nur während eines kleinen: Teiles der Periode Strom. Man erkennt die Verkleinerung der Spannungs-Grundwelle bei Ver-grösserung des Steuerwinkels Cc. Damit geht eine Verkleinerung des Stromes i vorsich, so daß die parallelen Thyristoren 6a, 6b immer nur mit einem: Bruchteil des mittleren Stromes der Thyristoren 2a, 2b belastet werden und entsprechend schwächer bemessen werden können. Eine andere Möglichkeit der Steuerung besteht darin, die dem Verbraucher 3, 4, 5 parallelgeschalteten Thyristoren 6a, 6b bereits im Nulldurchgang der Netzspannung u zu zünden und nicht erst beim Strommnulldurchgang. Durch diese Steuerungsvariante wird erreicht daß der Laststrom i schon vor seinem eigenen Nulldurchgang vom, Netz 1 auf die parallelen Thyristoren 6a, 6b abkommutiert wird* Dies führt zu einer Verminderung der Blindleistungsaufnahme. Auch dieser Fall sei an fland der Fig. 2 erläutert. Für diesen Fall gilt die gestrichelte bzw. eingeklammerte Darstellung. Im Spannungsnulldurchgang wird der parallele Thyristor 6b gezündet, wodurch der Laststrom i von Thyristor 2a auf den Thyristor bb kommutiert.
• Thyristor 2a erlischt. Der Verbraucherstrom i fließt in gleicher Richtung, nunmehr jedoch über den parallelen Tbyristor 6b, weiter. Im Stromnulldurchgang wird wie zuvor Thyristor 6a gezündet. Nach Zündung des in der Wechselstromzuleitung liegenden zweiten Thyristors'2b1 zum Zeitpunkt des Steuerwinkels dt, wird der über den parallelen Thyristor 6a fließende Strom i unter der Wirkung der Netzspannung wieder auf die in der Netzzuleitung liegenden Thyristoren zurückkommutiert.
• Die für die Aussteuerung der Thyristoren 2a,2b bzw. 6a,6b benötigten Steuer- und Regelanordnungen mit den dazugehorigen Zündimpulsgeneratoren sind nicht gesondert dargestellt.
• Dient die Anordnung nur zum Ein- und Ansschalten des elektischen Verbranchers, dann genügt für die in der Wechsel-Stromzuleitung liegenden Thyristoren 2a, 2b ein Impulserzeugert der zu festen Zeitpunkten, nämlich während der Stromnulldurchgänge, Zündimpulse liefert. Ist die Möglichkeit zur kontinuierlichen Verstellung der Leistungsaufnahme von 0 bis zu 100 % erwünscht, dann muß der Zündverzögerungswinkel α atü-rlich veränderbar sein. Den dem Verbraucher 3,4,5 parallelgeschalteten Thyristoren 6a,6b müssen Zündimpulsgeneratoren zugeordnet werden, die Je nach Steuerverfahren die Zündimpulse entweder im Nulldurchgang des Verbraucherstromes i oder im Nulldurchgang der Spannung u auslösen. Unter Umständen genügt es bereits, die Anoden mit den Steuerstrecken direkt oder über ein Netzwerk zu verbinden. Wichtig ist, daß der Nacheilwinkel # # des Laststromee gegenüber der Netzspannung laufend überwacht wird und dafür gesorgt wird, daß die in der Wechselstromzuleitung liegenden thyristoren 2a,2b gesperrt werden, wenn sich die Polarität des Phsenwinkels # umkehrt, d.h. der Laststrom der Netzspannung voreilt. Bei fehlender Überwachung könnte es sonst durch die Zündung der -Thyristoren Ga,6b zu eine direkten Netzkurzschluß kommen. Der dem Verbraucher 3, 4 in Reihe geschaltete Kompensationskondensator 5 kann unter Umständen in mehrere Teilkondensatoren aufgeteilt werden, so daß in Abhängigkeit vom Nacheilwinkel # des Laststromes 1 Teilkondensatoren in der Weise zu- oder abgeschaltet werden, daß der Nacheilwinkel möglichst klein wird. Die Zu- und Abschaltung dieser Teilkondensatoren kann durch bekannte elektronische Verfahren ohne Unterbrechung des Leistungsflusses vom Netz erfolgen.
• 7 Seiten Beschreibung, 5 Patentanspruche und 1 Blatt Zeichnungen mit 2 Figuren

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1.
2. Anordnung zum Schalten und Steuern der Leistungsaufnahme von mittels eines Kondensators blindlastkompensierten induktiven Wechselstromverbrauchern, unter Verwendung von in der Wechselstromzuleitung liegenden antiparallel geschalteten Thyristoren, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Blindlastkompensation dienende Kondensator (5) zum Verbraucher (3, 4) in Reihe geschaltet und derart bemessen ist, daß der Verbraucherstromkreis (3,4,5) geringfügig unterkompensiert ist, und daß parallel zum kompensierten Verbraucher (3,4-,5) ein weiteres antiparallel geschaltetes Thyristorpaar (6) vorgesehen ist.
3. 3. Anordnung nach Ans-pruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zweck der kontinuierlichen Verstellung der Leistungsaufnahme zwischen C und 100 % den in der Wechselstromzuleitung liegenden Thyristoren (2a, 2b) zusätzliche Steuereinrichtungen zur Verstellung des Zündwinkels (α) zuge@wändet sind.

   3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2,, dadurch gekennzeichnet, daß den Thyristoren (6a,6b) parallel zum kompensierten Verbraucher ( 3, 4, 5) Steuereinrichtungen zugeordnet sind, die die Zündung -je eines Thyristors oder beider Thyristoren abhängig von der Stromumkehr im Lastkreis (3, 4, 5) und/oder der Spannungsumkehr im Netz (1) bewirken.
4. 4. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur laufenden Uberwachung des Nacheilwinkels (#) des Laststromes (1) gegenüber der Netzspannung (u) vorgesehen sind, die im Falle der unerwünschten Vorzeichenumkehr diese Winkels (#) durch Blockieren der Thyristoren (2a,2b) in der Wechselstromzuleitung die Leistungszufuhr unterbrechen.
5. 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskondensator (5) in einen Grundkondensator und einen oder mehrere Zusatzkondensatoren aufgeteilt ist , daß diese Zusatzkondensatoren durch bekannte elektronische Verfahren ohne Unterbrechung des Leistungsflusses vom Netz zu- und abschaltbar sind und daß die Zu--und Abschaltung die.

   ser Zusatzkondensatoren in Abhängigkeit vom Nacheilwinkel (#) des Laststromes~ (i) in der Weise erfolgt, daß der Nacbeilwinkel () ) minimal, Jedoch niemals negativ, wird.

   L e e r s e i t e