DE2653333C2

DE2653333C2 - Anordnung zur stufenlosen Kompensation von Blindleistung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz

Info

Publication number: DE2653333C2
Application number: DE2653333A
Authority: DE
Inventors: Harry Dipl.-Ing. Västeraas Frank
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1975-12-01
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1982-06-03
Also published as: US4104576A; GB1561540A; CA1076647A; DE2653333A1; CH609182A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur stufenlosen Kompensation von Blindleistung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Anordnung ist bekannt aus der DE-OS 21 18 843.
Für verschiedene Anwendungszwecke ist eine An-Ordnung wünschenswert, die sich als Blindwiderstand verhält, dessen Größe auf einfache Weise schnell verstellt werden kann. Ein wichtiges Anwendungsgebiet für eine solche Anordnung ist die Kompensation der von an ein elektrisches Wechselstromnetz angeschlossenen Verbrauchern aufgenommenen — meist induktiven — Blindleistung, so daß die resultierende Blindstrombelastung des elektrischen Wechselstromnetzes niedrig ist und möglichst den Wert Null erreicht. Aus der DE-OS 21 02 926 (F i g. 1) ist eine Anordnung bekannt, bei der für diesen Zweck Kondensatorbatterien verwendet werden, die in Abhängigkeit des Kompensationsbedarfs stufenweise über Schalter an das Netz anschließbar sind. Es ist ferner aus der US-PS 35 51799 (Fig.7) bekannt, eine fest an das Netz angeschlossene Kondensatorbatterie als Kapazität zu verwenden in Kombination mit einer Anzahl von Spulen als Induktivitäten, wobei die Spulen einzeln über Schalter an das Netz angeschaltet werden können. In diesem Fall kann beispielsweise die Summe der Nennleistungen der Spulen gleich der Nennleistung der Kondensatorbatterie sein, und die Spulen werden sukzessiv vom Netz abgeschaltet, wenn der Bedarf an zu kompensierender kapazitiver Blindleistung zunimmt.

Aus der DE-OS 19 10 578 ist es bekannt, zur Kompensation von Blindleistung Kondensatorbatterien in Gruppen aufzuteilen und diese Gruppen stufenweise ans Netz anzuschalten oder vom Netr. abzuschalten.

In den zuletzt genannten drei Fällen kann der Blindwiderstand der Anordnung nur stufenweise vari-

t5 iert werden, und aus praktischen und wirtschaftlichen Gründen muß die Anzahl dieser Stufen relativ niedrig gehalten werden. Da der Kompensationsbedarf normalerweise kontinuierlich und unregelmäßig variiert, bedeutet dies, daß eine vollständige Kompensation im allgemeinen nicht möglich ist, sondern eine gewisse nicht kompensierte Blindleistung übrigbleibt. Da die Stufenzahl klein ist, ist die durchschnittlich verbleibende nicht kompensierte Blindleistung so groß, daß diese Tatsache bei den bekannten Anordnungen als großer Nachteil zu betrachten ist.

Aus der eingangs genannten DE-OS 21 18 843 ist eine Anordnung bekannt, bei der eine betriebsmäßig fest an das Netz angeschlossene Kapazität vorhanden ist und daneben eine Reihe von Induktivitäten vorhanden sind, von denen jede über antiparallelgeschaltete Thyristoren an das Netz angeschlossen sind. Durch Phasenanschnittssteuerung dieser Thyristoren kann der durch die Spulen fließende Strom kontinuierlich gesteuert werden. Wenn zum Beispiel die Nennleistungen von Spule und Kondensatorbatterie gleich groß sind, so kann der Blindleisturigswert der Anordnung auf diese Weise im Prinzip kontinuierlich zwischen Null und dem Blindleistungswert der Kondensatorbatterie gesteuert werden.

Durch die Phasenwinkelanschnittssteuerung entstehen jedoch Oberwellen im Strom der Anordnung, und diese Stromoberwellen verursachen infolge der Netzimpedanz Spannungsoberwellen im Netz. Da, wie oben ausgeführt, die Nennleistungen der Spule in der Größenordnung des höchsten Kompensierungsbedarfes liegt, bedeutet dies, daß die Strom- und Spannungsoberwellen so stark werden, daß sie einen bedeutenden Nachteil dieser bekannten Anordnung darstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, e>ne Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die trotz kontinuerlicher Verstellbarkeit ihres Blindwiderstandswertes in ihrem Aufbau einfach und wirtschaftlich ist und nur geringe Strom- und Spannungsoberwellen im Wechselspannungsnetz verursacht.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Anordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Ahspruches 1 genannten Merkmale hat

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Dadurch, daß bei der Erfindung von den betriebsmäßig schaltbaren Blindwiderständen nur ein Teil phasenanschnittsgesteuert ist, wird das Netz in weit geringerem Maße mit Oberwellenströmen belastet, wie bei der bekannten Anordnung nach der DE-OS 21 18 843. Außerdem gestattet die Erfindung eine Ausbildung der Kompensationsanordnung in der Weise, daß die von den zusätzlichen Blindwiderständen maximal lieferbare induktive Blindleistung nur halb so groß zu sein braucht, jo wie die maximal zur Verfügung stehende Kompensationsblindleistung. Hierdurch wird die Baugröße sowohl der Kompensationsinduktivität als auch des zwischen dieser und dem Netz befindlichen Transformators herabgesetzt. i^r>

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 eine Anordnung mit einer fest am Netz angeschlossenen Kondensatorbatterie, zwei an- und abschaltbaren Spulen und einer phasenwinkelanschnittsgesteuerten Spule,

Fig.2 den Aufbau des Steuergliedes S in der Anordnung nach Fig. 1,

Fig. 3 in Diagrammform einige in der Anordnung auftretende Größen,

F i g. 4 eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung mit einer fest ans Netz angeschlossenen und zwei an- und abschaltbaren Kondensatorbatterien sowie einer phasenwinkelanschnittsgesteuerien Spule, -so

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung,

Fig. 6 einige der in dieser Anordnung autretenden Größen in Diagrammform.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Kompensation der Blindleistung eines induktiv belasteten Wechselspannungsnetzes N bei der eine Kondensatorbatterie fest an das Netz angeschlossen ist. Ferner hat die Anordnung einen verstellbaren induktiven Widerstand, durch dessen Steuerung die gesamte Blindleistung der t>o Anordnung variiert werden kann.

An das Wechselspannungsnetz N ist eine symbolisch dargestellte Last B angeschlossen. Es wird angenommen, daß diese Last dem Wechselspannungsnetz induktive Blindleistung entnimmt. Diese induktive Blindleistung soll kompensiert werden, so daß die entnommene resultierende Blindleistung Null wird. Die Last S kann beispielsweise ein elektrischer Lichtbogenofen oder eine Strorr richteranla^e sein, und es wird angenommen, daß der Bündleistungsbedarf dieser Last sich mehr oder weniger unregelmäßig verändert Eine Kondensatorbatterie C1 liegt in Reihe mit einer Spule L 4 fest am Wechselspannungsnetz W. Die Nennleistung der Kondensatorbatterie beträgt 4AQ, wobei Q die induktive Blindleistung der Last B ist und AQ die Nennleistung der kontinuierlich gesteuerten Spule L 3. Die Spule L 4 ist vorzugsweise so dimensioniert, daß sie zusammen mit der Kondensatorbatterie als Filter für die fünfte oder siebente Oberwelle der Netzspannung wirkt. Die Nennleistung der Spule ist dann klein, und ihr Einfluß auf die Blindleistung der Kondensatorbatterie ist vernachlässigbar. Die drei Spulen Li, L2 und L3 sind über einen Transformator 77? an das Wechselspannungsnetz N angeschlossen. Jede dieser Spulen liegt mit einem Schalter SWt, SW2 bzw. SW3 in Reihe. Die beiden schnellwirkenden Ein-/Aus-Schalter SWt und SW2 werden zum Ein- oder Ausschalten der Spulen L 1 und L 2 benutzt Es kann sich hierbei um herkömmliche Schalter handeln oder, wie in der Figur gezeigt, um antiparallelgeschaltete Thyristoren Tt- 7" 4 handeln. Die Thyristoren werden von Steuergliedern SD i und SD 2 gesteuert. Jedes Steuerglied SD1, SD 2 kann eine konstante Steuerspannung an die beiden ihm zugeordneten Thyristoren geben, wobei die zugehörende Spule an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist. Bei Wegnahme der Steuerspannungen von den Thyristoren sperren diese, so daß die zugehörige Spule vom Wechselspannungsnetz abgeschaltet wird. Die Steuerglieder werden ihrerseits von Signalen Kt bzw. K 2 gesteuert, die entweder die logische Wertigkeit Null oder die logische Wertigkeit Eins annehmen können. Wenn Kt z. B. Null ist, so gibt SD i keinen Steuerimpuls an die Thyristoren 7"! und 7"2, so daß die Spule L 1 vom Wechselspannungsnetz abgeschaltet ist. Wenn K1 die Wertigkeit Eins hat, so gibt das Steuerglied SD1 dagegen Steuerimpulse an die Thyristoren, die dann stromdurchlässig sind und L 1 an das Wechselspannungsnetz anschließen. Das Signal K 2 steuert also über das Steuerglied SD 2 die Anschaltung der Spule L 2 an das Wechselspannungsnetz. Der Schalter SW3 besteht vorzugsweise, wie in der Figur gezeigt, aus zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren T5 und Γ6. Diese erhalten Steuerimpulse von einem Steuerglied SD 3, das von einem Signal Q_n. gesteuert wird. Das Steuerglied steuert die Thyristoren mit einem im Verhältnis zur Netzspannung variierbaren Steuerwinkel. Der Steuerwinkel kann zwischen 90°, bei welchem Wert die Thyristoren kontinuierlich leitend sind und der maximale Strom durch die Spule L 3 fließt, und 180° variiert werden, bei welchem Wert der durch die Spule L 3 fließende Strom zu Null geworden ist. Das Signal Q* steuert das Steuerglied SD 3 in dir Weise, daß der durch die Spule fließende Strom dem Signal Q_x proportional ist. Im folgenden wird vorausgesetzt, daß die Proportionalitätskonstante so bemessen ist, daß die Blindleistung der Spule L 3 mit dem Wert deε Signals Q_1x übereinstimmt. Die Spule L 3 hat die Nennleistung AQ, so daß Q_x und somit die Blindleistung der Spule zwischen Null und AQ variiert werden kann. Einem Meßgerät Qm werden die Netzspannung U und der Netzstrom / zugeführt, aus welchen Werten das Meßgerät Qm in an sich bekannter Weise die von der Last B verbrauchte induktive Blindleistung ζ)berechnet. Damit zu jedem Zeitpunkt eine vollständige und exakte Kompensation stattfindet, soll die Anordnung nach der Erfindung,d. h. die Schaltungselemente Cl, Li, L2 und

L 3, eine kapazitive Blindleistung aus dem Netz entnehmen, die mit der von der Last B verbrauchten induktiven Blindleistung Q übereinstimmt. Die gesamte Blindleistung der Anordnung ist gleich der Differenz aus der Blindleistung 4<4(? der Kondensatorbatterie Cl und der resultierenden Blindleistung Qi. der Spulen L 1 bis L 3. Es gelten also die folgenden Bedingungen:

Q+ Ql = AAQ
das heißt

Q₁ = AAQ-Q.

Eine dem Wert der errechneten Blindleistung entsprechende Größe Qund eine dem festen Wert AAQ entsprechende Größe (die Blindleistung der Kondensatorbatterie) werden mit entgegengesetzten Vorzeichen einem Summierungsglied D zugeführt, welches die Größe Ql mit entgegengesetztem Vorzeichen bildet. Diese Größe wird einem Steuerglied 5 zugeführt, das Steuersignale an die verschiedenen Teile der Anordnung liefert und das entsprechend der Schaltung in F i g. 2 beschrieben wird.

Das Steuerglied S ist aus fünf Operationsverstärkern FX-F5 und vier UND-Gliedern A 1 — A4 aufgebaut. Der Verstärker Fl kehrt das Vorzeichen des Eingangssignals — Ql um und seine Verstärkung wird von den Widerständen Ri und R 2 bestimmt. Das Ausgangssignal des Verstärkers Fl wird den Verstärkern F2— F4 zugeführt. Diese Verstärker bilden zusammen mit den zugehörigen Widerständen A3—Λ 11 drei Kippschaltungen. Das Kippniveau jeder Kippschaltung wird von der festen Spannung bestimmt, die dem Eingang des Verstärkers Fl über ein Potentiometer Pi-PZ zugeführt wird. Diese Spannungen sind so bemessen, daß das Kippniveau für den Verstärker F2 bei Qi,- AQ, für den Verstärker F3 bei Ql = 2AQ und für den Verstärker F4 bei Ql= 3/4Q liegt. Jedes der Ausgangssignale a. b und c der drei Kippschaltungen kann die logische Wertigkeit Null oder Eins haben. Die Ausgangssignale sind im oberen Teil von Fig. 3 als Funktion von Ql dargestellt. Mit Hilfe der UND-Glieder Ai-A4 werden, von den Signalen a, b und c ausgehend, die Steuersignale K1 und K 2 für die Schalter SlVl und SW2 erzeugt. Die Signale K 1 und K 2 sind als Funktion von Ql in F i g. 3 dargestellt. In F i g. 3 sind auch die Größen Q1 und Q 2 als Funktion von Ql aufgetragen. Q1 ist die von der Spule L 1 dem Wechselspannungsnetz entnommene induktive Leistung, und Q 2 ist die von der Spule L 2 verbrauchte induktive Leistung. Wenn das Signal K 1 die Wertigkeit Fins hat so wird der Schalter SWl eingeschaltet und Q1 wird AQ. Wenn das Signal K1 die Wertigkeit Null hat, so wird der Schalter SlVl geöffnet und Qi wird NuIL Das Signal K 2 steuert Q 2 in entsprechender Weise, jedoch — da die Nennleistung der Spule L 2=2Δ Q ist — mit dem Unterschied, daß Q 2 entweder Null oder 2ÄQ\s\. Die gesamte Blindleistung der Spulen LX und L2, d.h. QX + Q2, ist als Funktion von Q_L in F ig. 3 dargestellt.

Der Verstärker F5 ist mit den Eingangswiderständen R12 bis R15 und dem Rückkopplungswiderstand R 16 versehen. Die Signale a, 6 und c werden dem Verstärker über die Widerstände R\2 bis R\4 zugeführt Die Summe dieser drei Signale folgt derselben Stufenkurve wie Q1 + Q 2 in F i g. 3. Durch geeignete Bemessung der Widerstände R12 bis R 14 kann man es erreichen, daß die Summe der drei genannten Signale der Summe Qi+Q2 entspricht. Über den Widerstand /?15 wird dem Verstärker das Signal -Ql zugeführt. Das resultierende Eingangssignal des Verstärkers besteht also aus dem Unterschied (mit vertauschten Vorzeis chen) zwischen Ql und QX + Q2. Ein Signal Q_1x, das diesem Unterschied entspricht, wird vom Verstärker F5 an das Steuerglied SD 3 gegeben. Die Kreise sind so ausgeführt, daß sie von der Spule L 3 verbrauchte induktive Leistung gerade Q₀. ist. Q₁, wird also zu jedem ίο Zeitpunkt gerade so groß sein, daß die folgende Bedingung erfüllt wird:

Q\+Q2+Qa=Q_L

Das bedeutet, daß man jederzeit eine vollständige und

ιί exakte Kompensation des induktiven Leistungsverbrauchs der Last erhält, Die Nennleistung der Spule L 3 ist AQ, und Q_x wird daher zwischen Null und AQ so variieren, wie es ganz unten in F i g. 3 gezeigt ist.

F i g. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung. An das Wechselspannungsnetz N sind, wie oben beschrieben, eine induktive Last B und ein Meßgerät Qm angeschlossen, daß die von der Last verbrauchte induktive Leistung mißt. Das Meßgerät bildet ein Ausgangssignal für die Größe (?die direkt die

.'S kapazitive Blindleistung angibt, die für die Kompensation der induktiven Blindleistung der Last erforderlich ist. Über einen Transformator TR sind die Kondensatorbatterien C2 und C3 an das Wechselspannungsnetz angeschlossen. In Reihe mit jeder Kondensatorbetterie

jo liegt ein Schalter SlVl bzw. SIV2 in Form antiparallelgeschalteter Thyristoren Ti —T4. Parallel mit den Kondensatorbatterien liegt die Spule L 3 in Reihe mit zwei antiparallelgeschalteten Thyristoren 75 und 76 in gleicher Weise, wie in Fig. 1. Ferner ist eine

j5 Kondensatorbatterie CI in Reihe mit einer Spule L 4 fest an den Transformator TR angeschlossen. Die Nennleistung von Cl beträgt AQ, und die Spule L4 ist so bemessen, daß sie in der oben beschriebenen Weise zusammen mit der Kondensatorbatterie Cl ein Filter für die fünfte oder siebente Oberwelle des Netzes bildet. Die Nennleistung der Spule L3 beträgt ebenfalls AQ und die Nennleistung der Kondensatorbatterien C2 und O3 beträgt jeweils AQ oder 2AQ. Einem Steuerglied S wird die Größe Q zugeführt. Das Steuerglied S ist genauso aufgebaut wie das in F i g. 2 enthaltende Steuerglied S. Das gleiche gilt für die Steuerglieder SD I, SD 2 und SD 3.

Die Signale Ki, K 2 und Q_x haben als Funktion von Q denselben Verlauf wie die in F i g. 3 gezeigten entsprechenden Größen, die dort als Funktion von Ql aufgetragen sind. Q1 und <?2 ist die kapazitive Leistung der Kondensatorbatterien C2 bzw. C3 und Q_x bezeichnet die restliche kapazitive Leistung, die für eine volle Kompensation erforderlich ist. Diese restliche kapazitive Leistung ist die kapazitive Leistung der Kondensatorbatterie Cl, also AQ, verkleinert um die induktive Leistung Ql der Spule L 3. Für die induktive Leistung Ql gilt also zu jedem Zeitpunkt:

Das Signal Ql wird dadurch gebildet, daß einem Summierungsglied D 2 ein festes Signal, das AQ entspricht, und mit entgegengesetztem Vorzeichen die Größe Q zugeführt wird. Das Ausgangssignal des SummierungsgBedes ist dann Ql und wird dem Steuerglied SD 3 zugeführt, das die Thyristoren T5 und 76 steuert, so daß die induktive Leistung der Reaktanzspule L 3 zu jedem Zeitpunkt gerade Q_L ist

F i g. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Diese stimmt im wesentlichen mit der in F i g. 4 gezeigten Anordnung überein. Die erste Widerstandseinheit besteht hier aus einer einzigen Kondensatorbatterie C2 mit der Nennleistung AQ, die mit Hilfe des Schalters SWi ein- oder ausgeschaltet werden kann. Der Schalter besteht, genau wie in F i g. 4, aus antiparallelen Thyristoren Tl und 7"2, die vom Steuerglied SDX in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal K X des Steuergliedes S gesteuert werden. Die Kondensatorbatterie CX mit der Nennleistung AQ ist direkt an das Wechselspannungsnetz N angeschlossen. Die zweite Widerstandseinheit besteht aus der Spule L 3, die ebenfalls die Nennleistung OQhat. Sie wird über das Steuerglied SD 3 und die Thyristoren T 5 und T6 in Abhängigkeit von dem Signa! Ql phasenwinkelgesteuert. Der Transformator TR liegt mit einer Wicklung an dem Wechselspannungsnetz N und an die zweite Wicklung, die normalerweise für eine niedrigere Spannung ausgelegt ist, an der Kondensatorbatterie C2 und der Spule L 3. Das Steuerglied 5 kann in gleicher Weise aufgebaut sein wie in Fig.2. Die Verstärker F3 und FA mit zugehörigen Schaltungsgliedern P2, PX RS-RW, RXX Λ14 sowie die vier UND-Glieder Ai-A4 fehlen hier jedoch. Das Ausgangssignal Ki des Steuergliedes ist das Ausgangssignal »a« des Verstärkers F2. Die Signale K 1 und Q_x sind dieselben Funktionen des Eingangssignals Q des Steuerglieds S, wie sie in F i g. 3 als Funktionen von Ql dargestellt sind. Wie in F i g. 4 wird in dem Summierungsglied D 2 der Unterschied zwischen dem festen Wert AQ und dem Wert Q_x gebildet. Der Unterschied Ql=AQ-Q_1x wird dem Steuerglied SD 3 zugeführt, das den Strom der Spule L 3 steuert, so daß der Blindleistungsverbrauch der Spule sich ändert und Ql entspricht. F i g. 6 zeigt die Signale K 1, Q_x und Ql als Funktion des Eingangssignals Q des Steuergliedes S. Ferner sieht man, wie die kapazitive Blindleistung Qrormit dem Signal ζ) variiert. Qrorerhält man aus der Gleichung:

Qtot=

-Ql

bis ein erneuter Gleichgewichtszustand erreicht ist, d. h. U wieder gleich LO ist.

Wie aus F i g. 6 hervorgeht, ist die Blindleistung der Anordnung zwischen Null und +2AQ einstellbar. Die Größe des Steuerbereiches beträgt also 2AQ. Da in dem beschriebenen Beispiel

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Bei den Anordnungen nach F i g. 1 und F i g. 4 wird der Blindleistungsverbrauch der Last gemessen, und die Anordnung wird so gesteuert, daß sie zu jedem Zeitpunkt eine Blindleistung erzeugt, die genauso groß ist wie der Blindleistungsverbrauch der Last. F i g. 5 zeigt eine andere Art der Steuerfunktion. Es wird die Netzspannung U gemessen und in einem Summierungsglied mit einem Sollwert Uo für die Netzspannung verglichen. Die Differenz beider Werte wird einem Regler mit integralem Verhalten zugeführt Der Regler besteht aus einem Verstärker F6 mit einem Eingangswiderstand R17 und einem Rückkopplungskondcnsator CX Das Ausgangssignal Q des Reglers wird dem Steuerglied S zugeführt, welches in der oben beschriebenen Weise die gesamte Blindleistung Qtot so steuert, daß diese mit Q übereinstimmt Eine Änderung der Blindleistung Qtot verursacht eine Änderung des Netzstromes und damit einen Spannungsfall im Netz. In stationärem Zustand ist U= Uo und Q gerade so groß, daß die Blindleistung und somit der Strom und der Spannungsabfall im Netz die Belastungsspannung U₀ ergeben. Eine Änderung der Netzspannung U, die beispielsweise durch eine Änderung des Stromverbrauchs der Last B entsteht, verursacht ein von Null t>5 verschiedenes Eingangssignal am Regler. Das Ausgangssignal Q des Reglers ändert sich dann mit einer dem Eingangssignal proportionalen Geschwindigkeit ist, kann die durch den Transformator fließende Leistung zwischen — AQ und +AQ verstellt werden. Die Nennleistung des Transformators braucht also nicht größer als AQ zu sein, also nur halb so groß wie der Steuerbereich der Anordnung. Dies ist eine erhebliche Verminderung gegenüber entsprechenden bekannten Anordnungen, bei denen die Kondensatorbatterie C 2 fest an das Wechselspannungsnetz N angeschlossen ist. Verglichen mit den bekannten Anordnungen ist auch die Nennleistung der Spule bei gleichem Steuerbereich verkleinert, und zwar auf die Hälfte. Außer den hierdurch hinsichtlich der Wirtschaftlichkiet erzielten Vorteilen wird mit der Anordnung nach der Erfindung eine Herabsetzung der durch die Phasenwinkelanschnittssteuerung der Spule erzeugten Oberwellen auf die Hälfte erreicht.

Dadurch, daß sowohl die Kondensatorbatterie C2 wie die Spule L 3 an der Steuerung beteiligt sind, erreicht man ferner eine bedeutende Senkung der Wirkleistungsverluste der Anordnung. Wenn die Blindleistung von C2 + L3 Null oder nahezu Null sein soll, dann kann nämlich die Kondensatorbatterie C2 und die Spule L 3 vom Wechselspannungsnetz abgeschaltet werden (siehe Fig.6). Damit werden die anderenfalls hohen Wirkleistungsverluste in der Spule infolge des sie durchfließenden Stromes völlig beseitigt, und die Verluste der Anordnung so stark reduziert daß sie im wesentlichen nur noch aus den Leerlaufverlusten des Transformators TR bestehen.

Bei Anordnungen mit fest angeschlossener Kondensatorbatterie C2 entsteht beim Anschalten der Anordnung das Wechselspannungsnetz häufig ein unerwünschter kräftiger Stromstoß. Bei der Anordnung nach der Erfindung gemäß Fig. 5 kann dieser Einschaltstromstoß reduziert oder vermindert werden, indem beim Anschalten der Anordnung an das Wechselspannungsnetz die Thyristoren Tl, T2und T5, T6 gesperrt werden.

Die Kondensatorbatterie CX in Fig.5 kann eine beliebig große Kapapzität haben. Ihre Größe hängt davon ab wie groß die konstante kapazitive Blindleistung werden soll. Die Kondensatorbatterie Cl kann auch ganz weggelassen werden. Die Blindleistung der Anordnung ist dann zwischen den Werten — AQ und +A Q steuerbar.

Es ist nicht notwendig, daß die Nennleistungen der Kondensatorbatterie C 2 und der Spule L 3 bei der Anordnung gemäß Fi g. 5 genau gleich groß sind. Um jedoch alle vorgenannten Vorteile zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Nennleistungen der beiden genannten Schaltelemente zumindest annähernd gleich groß zu wählen.

Wie in Fig.4 kann die Kondensatorbatterie C2 in Fi g. 5 durch zwei oder mehrere Kondensatorbatterien ersetzt werden, von denen jede mit einem Halbleiterschalter versehen ist Ebenfalls kann die Spule L 3, wenn gewünscht, durch mehrere Spulen ersetzt werden. Jede dieser Spulen kann mit einem Steuerglied zur Phasenwinkelsteuerung des Stroms versehen sein. Alternativ kann nur eine der Spulen mit einem

Steuerglied zur kontinuierlichen Steuerung versehen sein, wobei die anderen Spulen mit Schaltern in Reihe geschaltet sind, die so gesteuert werden, daß der gesamte Blindwiderstand der Spulen kontinuierlich zwischen Null und einem Höchstwert verstellt werden kann.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind nur Beispiele für den Aufbau einer Anordnung nach der Erfindung. In den Figuren sind die Anordnungen einphasig dargestellt; selbstverständlich ist die Erfindung mit Wechselspannungsnetzen mit beliebiger Phasenzahl, insbesondere für Drehstromnetze, wo ihre größte praktische Bedeutung liegt, anwendbar. Der Transformator TR ist kein notwendiger Bestandteil der Anordnung. Er kann fortgelassen werden. Die fest an das Wechselspannungsnetz angeschlossene Kondensatorbatterie Ci kann entweder unmittelbar an das Wechselspannungsnetz angeschlossen werden, wie dies beispielsweise in F i g. 1 gezeigt ist, oder an die Sekundärseite des Transformators TR, wie dies beispielsweise in Fig.4 gezeigt ist. Eine dritte Möglichkeit besteht darin, den Transformator TR mit einer Tertiärwicklung zu versehen, an welche die Kondensatorbatterie Cl angeschlossen wird. Dies hat den Vorteil, daß die Kondensatorbatterie mit einer anderen Spannung betrieben werden kann. Die Kondensatorbatterie Cl kann auch in mehrere parallel geschaltete Zweige aufgeteilt werden, wobei in jedem Zweig mit dem Teilkondensator eine Spule in Reihe liegt, die so bemessen ist, daß jede Reihenschaltung ein Filter für eine bestimmte Oberwelle des Netzes bildet. Insbesondere bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung kann eine bessere Ausnutzung der Thyristoren dadurch erreicht werden, daß der Transformator TR mit einer Tertiärwicklung versehen wird, an welcher die Spule L 3 angeschlossen wird. Die Spannungen der Sekundär- und Tertiärwickiung des Transformators werden dann so gewählt, daß man spannungs- und strommäßig eine volle Ausnutzung sämtlicher Thyristoren der Anordnung erreicht.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur stufenlosen Kompensation von Blindleistung in einem elektrischen Wechselspannungsnetz, bei der eine Anzahl von Blindwiderständen über betriebsmäßig betätigbare Schalter mit dem Netz verbunden sind, wobei anschnittsgesteuerte Schalter Verwendung finden, und ein Steuerglied für die Schalter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbaren Blindwiderstände in eine erste und eine zweite aus je einem oder mehreren Blindwiderständen bestehende Widerstandseinheit unterteilt sind, von denen die erste Widerstandseinheit über die schnellwirkenden Ein-/Aus-Schalter (SWi, SW2) und die zweite Widerstandseinheit (Spule L 3) über die anschnittsgesteuerter: Schalter {SW3) am Netz liegt, und daß det Wert des Blindwiderstandes der ersten Widerstandseinheit vom Steuerglied (S, SDl, SD 2) stufenweise veränderbar und der Wert des Blindwiderstandes der zweiten Widerstandseinheit vom Steuerglied (S, SD 3) kontinuierlich veränderbar ist, und zwar in der Weise, daß der an das Netz anlegbare Wert des gesamten Blindwiderstandes aus beiden Widerstandseinheiten eine stetige Funktion eines dem Steuerglied zugeführten Eingangssignals (Qi) ist (F ig. 1,4,5).

2. Anordnung zur Kompensation nach Anspruch), dadurch gekennzeichnet, daß die erste Widerstandseinheit eine Kondensatorbatterie (C2) ist (F i g. 5).

3. Anordnung zur Kompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Widerstandseinheit aus mehreren Kondensatorbatterien (Cl, C3) besteht (F ig. 4).

4. Anordnung zur Kompensation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schnellwirkenden Ein-/Aus-Schalter (SWi, SW2) aus antiparallelgeschalteten Thyristoren (Ti — T2, 7"3- T4) bestehen (F i g. 4,5).

5. Anordnung zur Kompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Widerstandseinheit eine Spule ist.

6. Anordnung zur Kompensation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Widerstandseinheit aus mehreren Spulen (Li, L2) besteht (Fig. 1).

7. Anordnung zur Kompensation nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß die anschnittgesteuerten Schalter (SH^) der zweiten Widerstandseinheit antiparallelgeschaltete Thyristoren (Γ5, Γ6) mit Steuergliedern (SD3) zur Winkelanschnittssteuerung des Stromes der Widerstandseinheit sind (F ig. 1,4,5).

8. Anordnung zur Kompensation nach einem der Ansprüche 1 — 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung einen Transformator (TR) enthält, dessen erste Wicklung an das Netz (N) und dessen zweite Wicklung an die Widerstandseinheit angeschlossen ist (F i g. 1,4,5).

9. Anordnung zur Kompensation nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Blindleistung der ersten Widerstandseinheit etwa der höchsten Blindleistung der zweiten Widerstandseinheit entspricht.

10. Anordnung zur Kompensation nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des Blindwiderstandes der zweiten Widerstandseinheit in einem Bereich, der der Größe der Stufe der Werte der Blindwiderstände der ersten Widerstandseinheit entspricht, kontinuierlich steuerbar ist.