DE3418658C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum ausgleichsschwin­ gungsarmen Zuschalten eines Leistungskondensators gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Verfahren ist durch die DE-OS 28 16 361 bekannt.

Nach dem dort beschriebenen Verfahren kann eine Kondensator-Kompen­ sationsanlage nicht immer dynamisch, bedarfsgerecht und ausgleichs­ schwingungsarm zugeschaltet werden, um den Blindleistungsbedarf von Stoßleistungsverbrauchern (z. B. Widerstandschweißmaschinen) zu kompensieren. Die Ursache für dieses Fehlverhalten im Zuge der Er­ mittlung eines geeigneten Zuschaltzeitpunkts liegt darin, daß der Leistungskondensator nach Verlöschen des Kompensationsstromes auf­ grund des Spannungsabfalls an der Vordrossel auf einer im Vergleich zum Netzspannungsscheitelwert zwischen den Zuleitungen des Wechsel­ spannungsnetzes erhöhten Spannung liegenbleibt. Diese Spannungser­ höhung führt dazu, daß die Spannung an den Thyristoren keinen Span­ nungsnulldurchgang aufweist.

Die Spannung an den Thyristoren hat unmittelbar nach dem Abschalt­ vorgang keinen Spannungsnulldurchgang, weil die Entladezeitkonstante des Leistungskondensators im allgemeinen groß im Vergleich zur Netz­ spannungsperiode ist. Die Spannungsüberhöhung - und somit die Entlade­ zeit des Leistungskondensators - hängt ab von der Drosselauslegung und vom zu kompensierenden Verbraucher (Oberschwingungsströme).

Bei den in der zuvor genannten DE-OS 28 16 361 beschriebenen Verfah­ rensschritten zum Betrieb von Leistungskondensatoren muß der Lei­ stungskondensator vollständig oder teilweise entladen werden, damit der Vergleich der Netzspannung mit der Kondensatorspannung den Wert Null Volt ergibt. Die notwendige (Teil-) Entladung hat zwei Nach­ teile: Aufgrund der Entladezeit kann der Leistungskondensator nicht nach einer kurzen Abschaltpause wieder zugeschaltet werden, wenn es keinen Nulldurchgang der Spannung an den Thyristoren bei einer Gleich­ heit von Netzspannung und Spannung am Leistungskondensator gibt; das Wiederzuschalten von zwangsweise (teil-) entladenen Leistungskonden­ satoren führt zu einer unnötigen Vergrößerung der Ausgleichsschwin­ gungen, die dann bei vollständig entladenen Kondensatoren am größten sind. Selbst eine ausreichend hohe (Teil-) Entladung innerhalb einer Netzperiode führt - abgesehen von der dadurch verursachten hohen Ver­ lustleistung im Entladekreis - zu unnötigen Ausgleichsvorgängen. Des­ halb ist die Zuschaltbedingung "Netzspannung = Spannung am Leistungs­ kondensator" oder die gleichwertige Bedingung "Spannung an den Thyri­ storen = 0" für den dynamischen Betrieb einer Blindleistungs-Kompen­ sationsanlage nicht geeignet.

Durch die DE 32 21 260 A1 ist ein statischer Blindleistungskondensa­ tor bekannt, bei dem unverdrosselte Kondensatoren am speisenden Netz betrieben werden. Im wesentlichen sind dort - bis auf die Kondensator­ entladung, die bei statischen, also bei größeren Schaltzeitintervallen ohne­ hin obligatorisch ist - dieselben Verfahrensschritte angegeben, wie beim zuvor genannten Stand der Technik, wobei die Zuschaltbedingung durch die Gleichheit von Netzspannung und Spannung am Leistungskonden­ sator gegeben ist.

Bei dem durch die DE 32 21 260 A1 bekannten Verfahren wird jedoch der Umweg über eine Mittelwertbildung gegangen, indem ein Dreiphasen- und ein Einphasenmittelwert ermittelt werden und mit den Kondensatorspan­ nungen mehrerer parallel angeordneter Kondensatoren verglichen wer­ den (Kondensatorumschalter). Da zwei zeitunabhängige Spannungsmittel­ werte verglichen werden, ist eine Synchronisation zur Netzspannung not­ wendig (Synchrontaktschaltung). Das Funktionsprinzip: "Zuschalten, wenn der Mittelwert der Netzspannung gleich der Kondensatorspannung ist" entspricht der Bedingung, daß die Netzspannung und die Kondensatorspan­ nung gleich sein müssen. Die Zuschaltung kann aber hier erst um die Mittelungszeit der Spannungen verspätet erfolgen. Es wird mit der Kon­ densatorumschaltung die Schalterspannung überwacht. Erst wenn die Schal­ terspannung weit genug abgesunken ist, kann danach eine Zuschaltung er­ folgen.

Die DE 32 21 260 A1 gibt an, daß der korrekte Einschaltzeitpunkt eines Kondensators beim Spannungswert 0 Volt an den Thyristoren nur theore­ tisch richtig ist. In realen Netzen mit induktiven Impedanzen oder aber bei verdrosselten Kondensatoren ist die Zuschaltbedingung "Spannung an den Thyristoren = 0 Volt" nur ein sinnvoller Kompromiß bei teilentla­ denen Kondensatoren, um die Ausgleichsvorgänge in Grenzen zu halten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum ausgleichs­ schwingungsarmen Zuschalten eines Leistungskondensators der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß der Ausgleichsvorgang noch weiter minimiert wird.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhaftes Merkmal der Erfindung ist es mithin, nicht zu einem fest vorgegebenen Spannungswert an den Thyristoren (der auch von 0 Volt verschieden sein kann) den Saugkreis zuzuschalten, sondern immer an einem, dem Prozeß angepaßten, optimalen Zeitpunkt, nämlich dem Mini­ mum des Spannungsbetrages an den Thyristoren, unabhängig vom Ladezu­ stand des Leistungskondensators. Auf diese Weise arbeitet die Kompen­ sationsanlage mit der höchstmöglichen Dynamik, und es ist sicherge­ stellt, daß Ausgleichsvorgänge beim Wiederzuschalten weitgehend ver­ mieden werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird im nachstehend beschriebenen einphasigen Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung erläutert:

In der Zeichnungsfigur ist zwischen Zuleitungen L ₁ und L ₂ eines Wechselspannungs-Netzes parallel zu einem nicht dargestellten Verbraucher mit stark zeitveränderlichem Blindleistungsbedarf (Stoßleistungsverbraucher) eine Reihenschaltung aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren 1 a, 1 b, einem Lei­ stungskondensator 2 und einer Drosselspule (Vordrossel) 3 angeordnet.

Aus der Spannung an den Thyri­ storen 1 a, 1 b werden die geeigneten Zündzeitpunkte für die Thyristoren 1 a, 1 b abgeleitet: Dazu wird der Betrag der Thyristorspannung in einer Anordnung 4 gebildet. In einem Spannungsbegrenzer 5 ist eine Spannungsbegren­ zung als zusätzliche Schutzmaßnahme vorgesehen. Diese hat bei einem störungsfreien Betrieb keinen Einfluß auf die Signalverarbeitung. In einer weiteren Anordnung 6 wird das Minimum des Betrages der Thyristorspannung ermittelt. Im Bereich des Minimums wird in einem Impulsbildner 8 ein Freigabeimpuls erzeugt. Die dazu notwendige Versorgungsspannung wird in einem Versor­ gungsspannungsgeber 7 aus der Spannung an den Thyristoren 1 a, 1 b abgeleitet. Für die bei (teil)entladenem Leistungskondensator 2 auftretenden Kon­ densator-Gleichspannungsbeträge, die nicht größer sind als der Scheitelwert der stationären Betriebsspannung, wird mit dem Freigabeimpuls der Bereich des Schalterspannungs- Nulldurchganges gekennzeichnet.

Der Freigabeimpuls vom Impulsbildner 8 kennzeichnet einen möglichen Zündzeitpunkt der Thyristoren 1 a, 1 b, der ein ausgleichsschwingungsarmes Zuschalten der Reihenschaltung der Thyristoren 1 a, 1 b, des Leistungskondensators 2 und der Vordrossel 3 zuläßt und wird als Zuschaltfrei­ gabe bezeichnet. Der Freigabeimpuls des Impulsbildners 8 wird über eine Potentialtrennstelle 10 potentialfrei (z. B. durch Opto­ koppler) mit einem externen Steuersignal St, das von dem Stoßleistungsverbraucher kommen kann, in einer Ver­ knüpfungslogik 11 UND-verknüpft, d. h. erst wenn beide Signale an der Verknüpfungslogik 11 anstehen, können die beiden Thyristoren 1 a, 1 b über eine Thyristoransteuerung 12 gezündet werden. Der Thyristoransteuerungszustand bleibt dann solange in der Verknüpfungslogik 11 gespeichert, bis das externe Steuersignal St zurückgenom­ men wird. Die Thyristoren 1 a, 1 b gehen beim nächsten Stromnulldurchgang in den sperrenden Zustand über; der Kompensationszweig als Reihenschaltung der Thyristoren 1 a, 1 b, des Leistungskondensators 2 und der Vordrossel 3 ist abgeschaltet. Unab­ hängig von der Zuschaltfreigabe und dem externen Signal St kann mit der Verknüpfungslogik 11 und der Thyristoran­ steuerung 12 die Zündung der Thyristoren 1 a, 1 b nur dann eingeleitet werden, wenn in einer Überwachungs- und Schutzeinrichtung 9 ein zulässiger Spannungs­ bereich für die Thyristoren 1 a, 1 b unterhalb eines vorgegebenen Schwellwerts ermittelt wird.

Das Ausführungsbeispiel in der Zeichnungsfigur kann sowohl in ana­ loger als auch in digitaler Form aufgebaut sein. Ebenso kann die Potentialtrennstelle 10 an jeder anderen geeigne­ ten Stelle des Signalflusses angeordnet werden. Anstelle der Thyristoren 1 a und 1 b können andere elektronische Schalter eingesetzt werden.

Claims (2)

1. Verfahren zum ausgleichsschwingungsarmen Zuschalten eines Lei­ stungskondensators, der in Reihe mit einer Vordrossel und zwei antiparallel geschalteten Thyristoren zwischen den Zuleitungen eines Wechselspannungsnetzes liegt, und dessen Betrieb dazu dient, die durch Verbraucher mit stark zeitveränderlichem Blind­ leistungsbedarf verursachte induktive Blindleistung im Netz zu kompensieren, wobei ein von der an den Thyristoren anliegenden Spannung abhängiger Freigabeimpuls erzeugt wird, der die Weiterleitung eines externen Signals zur Ansteuerung der Thyristoren über eine UND-Verknüpfung freigibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Freigabeimpuls ausschließlich stets bei dem jeweiligen Mini­ mum des Betrages der an den Thyristoren anliegenden Spannung erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteue­ rung der Thyristoren bei vorhandenem Freigabeimpuls nur zugelassen wird, wenn der Augenblicks­ wert der Spannung an den Thyristoren kleiner als ein vorgegebener Schwellwert ist.