-
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die
Kondensatoren zur Kompensation einer Blindleistung in einem
Wechselstromnetz verwendet.
-
Es ist allgemein bekannt, daß die Blindleistung, die durch eine
induktive Belastung verursacht wird, die an ein Wechselstromnetz
angeschlossen ist, durch Kondensatoren kompensiert werden kann.
Wenn sich die Last jedoch ändert, dann ändert sich auch die
Blindleistung, und folglich muß der kapazitive Ausgleich
ebenfalls geändert werden. Wenn ein Versuch unternommen wird, den
kapazitiven Ausgleich zu schnell bezogen auf eine Änderung bei
der Belastung zu ändern, dann können verschiedene Probleme
auftreten.
-
Es ist aus US-A-4359678 bekannt, daß ein Leistungsregler die
Anzahl von Leistungsfaktor-Korrekturkondensatoren oder -drosseln
ändert, die mit einem elektrischen Netz verbunden sind. Eine
Multiplizierschaltung mißt die Blindleistung durch Vergleich von
zwei Signalen, welche dem Phasenwinkel und der Amplitude nach
variieren, um den Betrag der Blindleistung anzugeben. Der
Ausgang aus der Multiplizierschaltung wird mit Bezugsgrenzwerten
verglichen, und wenn ein Grenzwert überschritten ist, dann wird
ein Korrekturkondensator der Schaltung zugeschaltet oder
abgeschaltet, um die Blindleistung zumindest teilweise zu
kompensieren.
-
Diese Anordnung kann langsam arbeiten, wenn mehrere
Kondensatoren erforderlich sind, um die Blindleistung zu kompensieren.
-
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, für eine
Vorrichtung zum Kompensieren von Blindleistung zu sorgen, die diese
Nachteile überwindet.
-
Entsprechend umfaßt die vorliegenden Erfindung eine
Blindleistungskompensationsvorrichtung für ein Wechselstrom-Netzgerät,
das eine variable Blindlast speist, mit einer
Kompensationsschaltung, die parallel zu der Last liegt und eine Anzahl von
parallelen Kondensatorpaketen aufweist; mit Mitteln zum Erkennen
der kombinierten Blindleistung in der Last und der
Kompensationsschaltung; und mit Schaltmitteln zum Schalten der
Kondensatorpakete in und aus der parallelen Lage zur Last, so daß die
benötigte Anzahl von Paketen parallel zur Last liegt, um die
Blindleistung zumindest teilweise zu kompensieren,
gekennzeichnet dadurch, daß Mittel vorgesehen sind, die auf die kombinierte
Blindleistung ansprechen, welche die Anzahl der
Kondensatorpakete bestimmt, die parallel zu der Last liegen sollen, und die ein
Signal entsprechend dieser Anzahl erzeugen; und durch eine
Additions/Subtraktionsschaltung, an die das Signal gelegt wird
und das eine Ausgabe liefert, die die Differenz zwischen der
Anzahl der Kondensatorpakete darstellt, die von dem Signal
angegeben werden, und der Anzahl von Kondensatorpaketen, die bereits
parallel zu der Last liegen; und daß die Ausgabe an das
Schaltmittel gelegt wird, um die richtige Anzahl von
Kondensatorpaketen anzuschalten, wobei die Ausgabe eine vorgegebene Zeitspanne
in einem Pufferspeicher gehalten wird.
-
Das Schaltmittel beinhaltet bequemerweise bei jedem
Kondensatorpaket ein Paar Thyristoren, die parallel einander entgegen
mit einem Kondensator in Reihe geschaltet sind.
-
Damit die Erfindung besser verstanden wird, wird sie jetzt, nur
in Form eines Beispiels, unter Verweis auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben, bei welchen:
-
Fig. 1 ein Schema eines elektrischen Dreiphasennetzes mit einer
Last und einer Vielzahl im Dreieck geschalteter
Blindleistungskompensatoren ist;
-
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Blindleistungskompensators
einer Ausführungsform dieser Erfindung in einer der drei Phasen
des Stromnetzes ist, das in Fig. 1 gezeigt wird;
-
Fig. 3 eine Grafik ist, die die Beziehung zwischen dem Eingang
und dem Ausgang des die Blindleistung feststellenden Wandlers
darstellt, der in Fig. 2 gezeigt wird;
-
Fig. 4a bis 4d Grafiken sind, die die Beziehung zwischen den
Eingängen und den Ausgängen der ersten und der n-ten einen
positiven Pegel feststellenden Schaltung beziehungsweise der ersten
und der n-ten einen negativen Pegel feststellenden Schaltung
zeigen;
-
Fig. 5 eine Grafik ist, die die Zahl der in Fig. 2 gezeigten
einen Pegel feststellenden Schaltungen zeigt, welche 1 oder -1
entsprechend dem Ausgang aus dem die Blindleistung
feststellenden Wandler ausgeben;
-
Fig. 6a eine Grafik ist, die eine sich langsam ändernde
Blindleistung der Last und eine entsprechende Blindleistung zeigt,
die mit einem in Fig. 2 gezeigten Kompensator kompensiert wird;
-
Fig. 6b eine Grafik ist, die die Anzahl eingeschalteter
Kondensatorpakete entsprechend Fig. 6a zeigt; und
-
Fig. 7a beziehungsweise 7b Grafiken von kompensierten
Blindleistungen sind, die man mit einem Kompensator dieser Erfindung und
mit einem Kondensator erhält, der keine Sperrschaltung hat.
-
Unter Verweis auf Fig. 1 umfaßt ein elektrisches Dreiphasennetz
eine im Stern geschaltete Energiequelle 10, eine variable
Blindlast 12 und einen im Dreieck geschalteten
Blindleistungskompensator 14. Zahl 16 bezeichnet eine Energieversorgungsleitung.
Alternativ kann die Energiequelle im "Dreieck" und können die
Kompensatoren im "Stern" als Variante zu der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform geschaltet sein.
-
Eine detaillierte Konstruktion eines Kompensators mit seinem
Steuergerät für ein Einphasennetz wird in Fig. 2 gezeigt. Bei
dieser Figur bezeichnen ausgezogene Linien Starkstromleitungen,
während gestrichelte Linien Signalkabel bezeichnen. Der
Kompensator 14 umfaßt eine Vielzahl von Kondensatorpaketen 181-18n,
die parallel geschaltet sind. Jedes Paket hat einen Kondensator
201-20n und eine Drossel 241-24n, die in Reihe geschaltet
sind. Die Drosseln 241-24n sind vorgesehen, um die Gefahr
einer Resonanz bei den Harmonischen zu beseitigen, die im
Stromversorgungsnetz vorhanden sind.
-
Ein Stromwandler 26 ist in einer Versorgungsleitung in
Stromrichtung vor der Anschlußstelle 28 des Kompensators 14 und der
Last 12 angeordnet, so daß der Strom sowohl zur Last 12, als
auch zum Kompensator 14 festgestellt werden kann. Ein
Potentialwandler 30 für eine Spannungs-Feststellung ist parallel zur
Last 12 angeordnet. Ein eine Blindleistung feststellender
Wandler 32 ist mit dem Stromwandler 26 und dem Potentialwandler
30 verbunden, so daß die Blindleistung in der Last 12 und dem
Kompensator 14 festgestellt werden kann.
-
Der Ausgang aus dem Wandler 32 wird an eine Vielzahl von einen
positiven Pegel feststellenden Schaltungen 341-34n und
dieselbe Anzahl von einen negativen Pegel feststellenden
Schaltungen 361-36n geliefert.
-
Der Ausgang aus allen einen Pegel feststellenden Schaltungen
wird in einen BCD- (binär kodierten Dezimal-) Wandler 38
eingespeist.
-
Der Ausgang aus Wandler 38 wird einer
Additions/Subtraktionsschaltung 40 eingespeist, deren Ausgang einer Sperrschaltung 42
zugeführt wird, die ihr Eingangssignal über einen Zeitraum
verriegelt, der durch einen Taktimpulsgenerator vorbestimmt wird.
-
Der Ausgang aus der Sperrschaltung 42 wird zurück zur
Additions/Subtraktionsschaltung 40 geleitet und wird auch
Gattersteuereinheiten 461-46n zugeführt, welche jeweils ein
entsprechendes Paar Thyristoren 221-22n ein- und ausschalten.
-
Unter Verweis auf Fig. 3 hat der die Blindleistung feststellende
Wandler 32 eine lineare Kennlinie, und eine Blindleistung in
nacheilender Phase ergibt eine positiven Ausgang, während eine
Blindleistung in voreilender Phase einen negativen Ausgang
ergibt.
-
Unter Verweis auf Fig. 4 wird der Ausgang aus der ersten einen
positiven Pegel feststellenden Schaltung 341 nur dann 1, wenn
sein Eingang größer als ein positiver Wert P1 ist, der einer
Blindleistung in nacheilender Phase entspricht, die ein
zusätzliches Kondensatorpaket zur Kompensation erfordert.
-
In gleicher Weise wird, unter Verweis auf Fig. 4b, der Ausgang
aus der n-ten einen positiven Pegel feststellenden Schaltung 34n
nur dann l, wenn sein Eingang größer als ein positiver Wert Pn
ist, der einer Blindleistung entspricht, die n zusätzliche
Kondensatorpakete zur Kompensation erfordert. Die anderen einen
positiven Pegel feststellenden Schaltungen 342, 343 usw. haben
ähnliche Kennwerte, ausgenommen bezüglich der Eingangswerte für
die stufenweise Änderung.
-
In gleicher Weise wird, unter Verweis auf Fig. 4c, der Ausgang
aus der ersten einen negativen Pegel feststellenden Schaltung
361 nur dann -1, wenn ihr Eingang kleiner als ein negativer Wert
N1 ist, der der Blindleistung eines zuviel vorhandenen
Kondensatorpakets entspricht.
-
Unter Verweis auf Fig. 4d wird der Ausgang aus der n-ten einen
negativen Pegel feststellenden Schaltung 36n nur dann -1, wenn
ihr Eingangswert kleiner als ein negativer Wert n ist, der der
Blindleistung von n zuviel vorhandenen Kondensatorpaketen
entspricht. Die anderen einen negativen Pegel feststellenden
Schaltungen 362, 363 usw. haben ähnliche Kennwerte, ausgenommen
bezüglich der Eingangswerte für die stufenweise Änderung.
-
Wenn der Ausgang des Wandlers 32 allen einen Pegel
feststellenden Schaltungen 341-34n und 361-36n zugeführt wird, dann
ändert sich die Anzahl der einen positiven Pegel feststellenden
Schaltungen 341-34n, die 1 ausgeben und die Anzahl der einen
negativen Pegel feststellenden Schaltungen 361-36n, die -1
ausgeben, entsprechend der festgestellten Blindleistung, wie in
Fig. 5 gezeigt.
-
Blindleistung wird durch den feststellenden Wandler 32
festgestellt, und dessen Ausgang wird als die Anzahl der einen Pegel
feststellenden Schaltungen 341-34n oder 361-36n, welche 1
oder -1 ausgeben, repräsentiert. Die Anzahl entspricht der
erforderlichen Anzahl von Kondensatorpaketen, die hinzuzufügen
oder zu entfernen sind. Die Ausgänge aus den einen Pegel
feststellenden Schaltungen 341-34n und 361-36n werden im BCD-
Wandler 38 in ein Steuersignal umgesetzt, welches eine
zutreffende Anzahl von Kondensatorpaketen identifiziert, die zu- oder
abgeschaltet werden müssen. Der Ausgang aus Wandler 38 wird der
Additions/Subtraktionsschaltung 40 zugeführt, wo der Ausgang aus
dem Wandler 38 zu dem verriegelten Wert in der Sperrschaltung 42
in Übereinstimmung mit dem Vorzeichen des Ausgangs aus dem
Wandler 38 addiert oder von diesem subtrahiert wird.
-
Die Sperrschaltung 42 verriegelt das durch die
Additions/Subtraktionsschaltung 40 berechnete Ergebnis über einen Zeitraum,
der durch den Taktimpulsgenerator 44 vorbestimmt wird.
-
Der Ausgang aus der Sperrschaltung 42 wird den
Gatter-Steuereinheiten 461-46n zugeführt. Jede dieser Einheiten steuert
einen entsprechenden aus dem Paar Thyristoren 221-22n, und es
wird nur die erforderliche Anzahl Kondensatorpakete
zugeschaltet.
-
Unter Verweis auf Fig. 6a und 6b wird, wenn die Blindleistung
der Last 12 von Null auf einen positiven Wert ansteigt und dann
sehr langsam abnimmt, wie durch die gestrichelte Linie in Fig.
6a gezeigt, die erforderliche Anzahl Kondensatorpakete zu
entsprechenden Zeiten zu- oder abgeschaltet, wie in Fig. 6b
gezeigt, und die kombinierte kompensierte Blindleistung der Last
12 und des Kompensators 14 wird innerhalb eines schmalen Bandes
gehalten, das einem einzelnen zu wenig oder zuviel vorhandenen
Kondensatorpaket entspricht, wie durch die ausgezogene Linie in
Fig. 6a gezeigt.
-
Da nun die festgestellte Blindleistung, die für die Steuerung
verwendet wird, auf dem Strom sowohl in der Last 12, als auch
dem Kompensator 14 basiert, wird im Vergleich zu dem
Steuersystem in offener Schleife die verbleibende Ablenkung der
Blindleistung gemildert.
-
Wenn, siehe Fig. 7a, die Blindleistung der Last 12 sich schnell
ändert, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, dann schwankt
die kompensierte Blindleistung stärker als im Fall der langsamen
Änderung, wie durch die ausgezogene Linie gezeigt, weil die
Schaltzeit für die Kondensatorpakete 181-18n auf den
Sperrzeitraum begrenzt ist, der durch den Taktimpulsgenerator 44
vorgegeben wird. Jedoch tritt wegen der Begrenzung der
Schaltzeit kein Aufschaukeln auf.
-
Fig. 7b zeigt eine kompensierte Blindleistung als Reaktion auf
dieselbe Blindleistungsänderung der Last wie im Fall von Fig.
7a. Die kompensierte Blindleistung, die durch die ausgezogene
Linie in Fig. 7b gezeigt wird, erhält man durch Verwendung eines
Kompensators, welcher derselbe wie bei der vorstehend
beschriebenen Ausführungsform mit der Ausnahme ist, daß die
Sperrschaltung 42 und der Taktimpulsgenerator 44 weggelassen sind. In
diesem Fall schwingt die kompensierte Blindleistung, was ein
"Aufschaukeln" verursacht, mit einer Frequenz, die durch das
Stromversorgungssystem und das Steuersystem bestimmt wird.