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Schaltungsanordnung zur Steuerung von Blindwiderständen Die Erfindung
betrifft eine Schaltungsanordnung zur Steuerung von Blindwiderständent insbesondere
für Starkstromnetze. Sie kommt sowohl für Erzeugerstromkreise als auch für Verbrauchernetze
und Verteilungssysteme in Frage.
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In solchen Stromkreisen ist es oft erforderlich, in ausserordentlich
kurzer Zeit induktive und/oder kapazitive Widerstände zu ändern, um plötzlich auftretenden
uner--wünschten Impedanzänderungen wirksam enttegentreten zu können oder schnell
gewünschte Impedanzänderungen durchzuführen. Dies kommt z. B. in Betracht, wenn
es sich darum handelt, ein Netz zu schützen, Ströme zu begrenzen, etwa bei Gleich-
oder Umrichterschaltungen bestimmte Frequenzen auszusieuefl oder bei i Blindspannungsteilern
oder Regeltransformaboren Spannungsverhältnisse zu ändern.
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Dementsprechend hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine
Schaltungsanordnung zu schaffen, durch die solche BlindWiderstandsänderungen möglichst
innerhalb einer
Schwingung der üblichen Netzfrequenz von 50 Hz bzw.
60 Hz durchgeführt werden können.
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Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß mehrere Blindwiderstände
eines Schaltelementes (Transformators) oder eines Schaltkreises oder mehrere zusätzliche
Blindwiderstände in Reihe dder parallel geschaltet sind und daß in Reihe mit oder
parallel zu mindestens einem dieser Widerstände jeweils zwei steuerbare, als Schalter
wirkende Gleichrichter mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung geschaltet sind, die
ihre Steuerspannung von Meßfühlern erhalten, die ihrerseits den Netzstrom, die Spannung,
die Frequenz eines Netzes, Temperaturwerte oder andere Paramenter, die zu Blindwiderstandsänderungen
führen könnten, überwachen.
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Die vorerwähnten elektronischen Schalter sind an sich bekannt. Es
können Thyristoren oder Quecksilberdampfgefäße oder auch Thyratrons sein. Ebenso
sind die Meßfühler an sich bekannt und in den Figuren nur schematisch angedeutet.
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Besonders wirksam ist die neue Anordnung, wenn die zu steuernden Blindwiderstände
in Resonanz geschaltet sina.
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Anhand der Figuren soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke
beispielsweise näher erlautert werden.
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Fig. 1 zeigt die Anwendung der Erfindung bei eine 3-1altung zur Kupplung
zweier Netze. Die Netzkupplung bestent aus Blindwiderständen (Induktivitäten und
Kapazitäten), die unter
normalen Betriebsbedingungen einen Reihenresonanzkreis
bilden. Zur Strombegrenzung oder zum Fehlerschuts wird dieser Kreis verstimmt.
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Fig. 2 veranschaulicht eine Reihenresonanz-Netzkupplung mit einer
Gruppe parallel geschalteter Kapazitäten, die in Reihe mit parallel geschalteten
Induktivitäten liegen.
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Fig. 3 stellt eine weitere Modifikation dar, bei der eine der Induktivitäten
mit Anzapfungen versehen ist.
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Bei der Schaltung nach Fig. 4 weist eine der Induktivitäten getrennte
Wicklungen auf, die beispielsweise durch Anordnung auf einem gemeinsamen Kern aus
magnetischem Material magnetisch gekoppelt sind.
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Fig. 5 zeigt eine Induktivität, die aus einem nicht unmittelbar beeinflußbaren
Hauptwicklingsteil und zwei Hilfswicklungen - alle auf einem gemeinsamen magnetischen
Kern - besteht, die durch die elektronischen Schalter in bezug auf die Hauptwicklung
im unterstützenden oder etgegenwirkenden Sinne ein- und ausgeschaltet werden können,
so daß eine verhältnismäßig große Za1L unterschiedlicher Reaktanzwerte erhalten
werden kann.
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Fig. 6 stellt eine Netzkupplung mit Parallel-Resonanzkreis dar. Im
Störungsfall wird der Kreis auf Parallelresonanz abgestimmt. Im Normalbetrieb ist
er verstemmt, so daß zur
keinen großen Widerstand bildet.
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Fig. 7 veranachaulicht einen Autotransformator, dessen Blindwiderstände
zwecks Spannungsregelung mittels der elektronischen Schalter gesteuert werden.
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Fig 8 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einem Filterkreis.
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Die in der Fig. 1 dargestellte strombegrenzende Netzkupplung zwischen
zwei nicht gezeichneten Netzen mit den Klemmen T1 und T2 besteht aus vier induktiven
Komponenten L1, L2, L3, L4 und aus vier kapazitiven Komponenten C1, C2, C3 und C4,
die nur unter normalen Betriebsbedingungen der Netze einen sehr geringen Widerstand
aufweisenden Reihenresonanzkreis bilden. Parallel zu den Komponenten L3, L4 und
C3, C4 liegen jeweils die elektronischen Schalter EL 5, EL 2, EL 3, EL 4, die hier
als Paare vön gesteuerten Gleichrichtern nach Art von Thyristoren ausgebildet sind,
die mit entgegengesetzter Durchlassrichtung geschaltet und damit für Wechselstrom
durchlässig sind. Die Schalter werden in der üblichen Weise durch Impulssteuergeriite
FU gezündet, die ihrerseits von Meßfühlern 8U gesteuert werden, die beispielsweise
eine Steuerspannung in Abhängigkeit von Frequenzschwankungen der Netze, die mit
den Klemmen T 1 und T 2 verbunden sind, liefern. Uber das Impulssteuerungerät FU
werden die elektroniechen Schalter EL 1 - EL 4 so geschaltet, daß selbsttätig Reihenresonans
aufrechterhalten bleibt, auch wenn die Netzfrequenz
vom Sollwert
abweicht. Wahlweise oder zusätzlich können Meßfühler vorgesehen sein, die. auf die
Amplitude des Stromes zwischen den Klemmen T1, T2 ansprechen.und einen oder mehrere
der Schalter EL 1 bis EL 4 betätigen, um die Reihenresonanz zu verstimmen, damit
der Strom bei Auftreten eines Fehlers im Netz begrenzt wird.
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Fig. 2 zeigt die Reihenschaltung einer Gruppe von parallel geschalteten
Induktivitäten L1', L2', L3' L4', L5' und einer Gruppe von parallel geschalteten
Kapazitäten cl', C2', C3', C4', C5' zwischen den Klemmen T1 und T2. Elektronische
Schalter ELl', EL2' EL3', EI4', EL5' und EL6' sind in Reihe mit den Blindwiderständen
L1', L2', L3', C1', o2' und C3' geschaltet. Mit dieser Schaltung lassen sich die
gleichen Aufgaben wie bei der Schaltung nach' der Fig. 1 lösen.
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Die Fig. 3 veranschaulicht eine strobegrenzende L-C-Eapplung zwischen
zwei Netzen. Sie enthält eine feste Kapazität C, eine feste Induktivität L1 (Drossel)
und eine veränderliche Induktivität B2. Die Veränderlichkeit wird durch die Anzapfungen
der Wicklung L2 bewirkt. Die Wicklungsteile L1 und L2 können auf einem gemeinsamen
magnetischen Kern angeordnet sein.
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Das obere Ende FE der Wicklung L2 ist mit der Wicklung Ll verbunden,
während die Klemme T2 sowohl mit dem unteren
Ende NE der Wicklung
L2 als auch mit den inzapfpunkten P1 und P2 und dem oberen Ende FE dieser Wicklung
über mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung geschaltete
Thyristoren a1, bl, a2, b2, a3, b3, a4, b4 verbunden ist.
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Durch entsprechende Zündung der Thyristoren in Abhangigkeit von der
von den Meßfühlern gelieferten Steuerspannung kann bei normalen Stromflußbedingungen
praktisch eine Serienresonanz aufrechterhalten werden, auch wenn die Netzfrequenz
innerhalb eines gegebenen Bereiches schwankt. Die Reihenresonanz kann außerordentlich
schnell durch die Betätigung der elektronischen schalter verstimmt werden, um den
Strom zu begrenzen, falls der Strem zwischen den Klemmen T1 und T2 einen vorgegebenen
Maximalwert überschreitet.
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Die Anordnung nach der Fig. 4 untersche@det sich von der nach Fig.
3 dadurch, daß die veränderbaren Teile des Blindwiderstandes L2 aus selbständigen
Wicklungen bestehen, die über einen gemeinsamen magnetischen Kern miteinander gekoppelt
sind. Wit jed@@ der vie@ Teilwi@klungen des Blindwiderstabdes L2 liegt eine Parallelschaltung
zweiewr gesteuerung Gleichrichter a1', b1', mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung
in Reihe. Parallel zu dieser Reihenschaltung liegt wieder eine Parallelschaltung
aus zwei ebenfalls mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung geschalteten Gleichrichtern
a2', b2'. Der Übersichtlichkeit wegen ist die bezifferung für' die weiteren Teilwicklungen
des Blindwiderstandes L2 fortgelassen worden.
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Bei der Anordnung nach der Fig. 5 wird der induktive Blindwiderstand
aus einer Hauptdrossel L1, einem nicht gesteuerten Wicklungsteil 12 und gesteuerten
Hilfsdrosseln oder -wicklungstailen L3, L4 gebildet. jeder Wicklungsteil L3, 14
ist einer Hälfte des Wicklungsteiles 12 gleichwertig.
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Ein Paar gesteuerter Gleichrichter .RPl mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung
ist zwischen das obere Ende der Teilwicklung I3 und das untere. Ende der Teilwicklung
L2 geschaltet. Ein anderes gleichartiges Gleichrichterpaar RP2 liegt zwischen dem
anderen Ende der Teilwicklung L3 und der Teilwicklung 12. Ein drittes Gleichrichterpaar
RP3 ist zwischen Teilwicklung T3 und die nächste Teilwicklung L4 geschaltet. Ein
viertes derartiges Gleichrichterpaar RP4 liegt parallel zur Reihenschaltung aus
Teilwicklung L3 und Gleichrichterpaar RP3. Der Teilwicklung L4 sind ebenfalls vier
gleichartige Gleichrichterpaare zugeordnet. Nicht dargestellte Meßfühler zur Steuerung
der Gleichrichterpaare bewirkten die Rintereinanderschaltung der Teilwicklungen
L3, 14 in bezug auf Wicklung L2 in unterstützendem oder entgegenwirkenden Sinne,
wodurch mit nur zwei Teilwicklungen eine größere Zahl unterschiedlicher Blindwiderstande
eingestellt werden kann.
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Die Fig. 6 - zeigt eine Induktivitäts-Kapazitäts-Kombibation zwischen
den Klemmen T1, T2 zweier Netze, die einen Parallel-Resonanzkreis zum Zwecke der
Strombergrenzung bildet.
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Ein induktiver Zweig, der die Hauptdrossel L und eine Hilfsdrossel
LA
enthält, liegt parallel zum kapazitiven Zweig mit dem Hauptkondensator C und dem
Hilfskondensator CA.
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Elektronische Schalter in Form gesteuerter, mit entgegengesetzter
Durchlaßrichtung parallel geschalteter Gleichrichter SRl, SR2 liegen parallel zur
Hilfsdrossel LA und zum Hilfskondensator CA. Meßfühler, die die Zündung der Gleichrichter
SR1, SR2 bewirken, überwachen den Strom und/oder die Frequenz. Der Resonanzkreis
ist so eingestellt, daß bei normalem Strom auch bei Frequenzschwankungen der Gesamtwiderstand
des Resonanzkreises gering ist.
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Durch Einschalten der Hilfsblindwiderstände LA und/oder CA wird der
Kreis ganz oder nahezu auf Resonanz abgestimmt, wenn der Strom den zulässigen Wert
überschreitet. Der Gesamtwiderstand des Parallel-Resonanzkreises wird dann sehr
hoch.
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Die Fig. 7 veranschaulicht die Anwendung der Erfindung bei einem Autotransformator
mit regelbarer Spannung.
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Die primare Teilwicklung PW liegt einpolig an Erde E und ist auf der
anderen Wicklungsseite mit der Primärklemme TP verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung
SW ist mit einer Sekundärklemme TS verbunden. Ein Ende einer Regel-Teilwicklung
RW ist über ein Paar mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung parallel geschalteter
steuerbarer Gleichrichter S1 mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung SW und über
ein anderes gleichartiges Gleichrichterpaar S2 mit der Primärklemme TP verbunden.
Das andere Ende der Regel-Tejlwicklung RW ist über elektronische Schalter S3
mit
dem unteren Ende der Sekundärwicklung SW und. über weitere solche Schalter S4 mit
der Klemme TP verbunden. Parallel zur Regel-Teilwicklung RW liegt der elektronische
Schalter S5. Auf diese Weise kann die Regel-Teilwicklung RW überbrückt,im unterstützenden
oder im entgegenwirkenden Sinne eingeschaltet und damit in einfacher Weise die Sekundärspannung
geregelt werden. Diese Anordnung-lä sich sinngemäß auch bei Transformatoren mit
getrennter Primär-und Sekundärwicklung anwenden.
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Die Schaltung nach der Fig. 8 bezieht sich auf die Steuerung von Filterkreisen.
Vom Netz R, S, T wird ein Transformator TRO gespeist, an dessen Sekundärwicklung
ein statischer Umformer CON angeschlossen ist. Höhere Harmonische, die durch den
Umformer CON entstehen, werden durch Filterkreise zwischen den Klemmen R, S, T und
Erde E daran gehindert, in das Drehstromnetz einzutreten. Die neue Anordnung ist
nur für die Leitung zur Klemme T dargestellt, muß aber auch für die anderen Leitungen
vorgesehen sein.
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Die Filteranordnung setzt sich in diesem Fall aus den parallel geschalteten
drei Zweigen B5-, B7 und BH, die sowohl induktive und kapazitive Blindwiderstände
als auch Wirkwiderstände enthalten, zusammen. Die Indizes dieser Schaltelemente
entsprechend dem Index des jeweiligen Zweiges.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat der Zweig B5 einen geringen Widerstand
für die 5. Harmonische, der Zweig B7
für die 7. Harmonische, der
Zweig BH für die elfte und höhere Harmonische. Die Kondensatoren C51, C52 und C53
sind in Reihe geschaltet. Elektronische Schalter EL52 und EL53 liegen jeweils parallel
zu den Kondensatoren C52 und C53. Wenn einer der elektronischen Schalter gezündet
wird, wird der zugeordnete Kondensator überbrückt.
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Die resultierende Kapazität wird grober. Teile der Induktivität L5
können in gleicher Weise geregelt werden (nicht dargestellt). Es können durch entsprechende
Ausbildung der Schaltung die einzelnen gesteuerten Teile des Blindwiderstandes in
Reihe oder parallel geschaltet werden, um gewünschte Blindwiderstandswerte zu erhalten.
Die Zweige B7 und BH können in gleicher Weise gesteuert werden, so daß bei kleiner
Frequenzänderungen von z.B. 50 Hz auf 49 Hz oder bei Temperaturänderungen oder bei
durch andere Umstände bedingten Abweichungen von der Resonanzfrequenz außerordentlich
schnell Änderungen der Blindwiderstände im Sinne der Wiederherstellung der Resonanzbedingungen
herbeigeführt werden können und das Filter zimmer voll zur Wirkung kommt.
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Außer den vorstehend angeführten Äusführungsbeispielen sind auch noch
andere Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Grundsätzlich kann die Erfindung überall
da angewendet werden, wo für eine gewünschte Arbeitsweise ein bestimmter Wert eines
Blindwiderstandes wichtig oder kritisch ist. Beispielsweise kann die Erfindung auch
dann angewendet werden1 wende es sich nur um induktive oder kapazitive Blindwiderstände
handelt. So kann ein Meßfühler die Blindleistung von Kondensatoren
überwachen,
die zur Verbesserung des Leistungsfaktors eingesetzt sind und denen von den Meßfühlern,
».B.
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in Form eines Leistungsfaktormessers, gesteuerte elektronische Schalter
zugeordnet sind. Weiter kann bei der Schaltung nach Fig. 6 der elektronische Schalter
SR 1 parallel zur Hilfsdrossel LA entfallen und lediglich der Blindwiderstand des
kapazitiven Zweiges elektronisch geregelt werden.
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Die Resonanzkreise können sowohl als einfach abgestimmte Kreise erster
Ordnung oder auch als doppelt abgestimmte Kreise höherer Ordnung ausgebildet sein
oder auch Kombinationen von Reihen oder Parallelresonanzkreisen aufweiset 11 Seiten
Beschreibung 6 Patentansprüche 3 Blatt Zeichnung mit 8 Figuren