2905986 - Questel

Int. Cl. 2 :
H 02 J 3/18
@ BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
CD
CO
DEUTSCHES
0)
PATENTAMT
LA
O
0)
44
LL1
CI
Offenlegungsschrift 29 05 986
Aktenzeichen:
P 29 05 986.7
Anmeldetag:
16. 2.79
Offenlegungstag:
30. 8. 79
Unionspriorität:
23. 2. 78 V.St.v.Amerika 880270
e-23)
Bezeichnung:
Verfahren zur Erzeugung und Einspeisung einer Blindleistung in ein
Wechselstromsystem und Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens
Anmelder:
Westinghouse Electric Corp., Pittsburgh, Pa. (V.St.A.)
Vertreter:
Fleuchaus, L., Dipl.-Ing.; Wehser, W., Dipl.-Ing.; Pat.-Anwälte,
8000 München u. 3000 Hannover
Erfinder:
Gyugyi, Laszlo; Brennen, Michael B.; Putman, Thomas H.; Pittsburgh,
Pa. (V.St.A.)
40
CO
0,
O
0)
44
LLI
8.79 909 835/645
22/60
FLEUCHAUS &WEHSER
PATENTANWÄLTE
2905986
FLEUCHAUS
8000 München 71
Melchiorstraße 42
0 89-79 28 00
Telegramm: Transmarkpatent, München
e.
DIPL..tNG. WULF WEHSER
3000 Hannover 1
OS 11-3214 49
er
München, den 7.
Febr. 1979
WS151P-1907
Westinghouse Electric
Corp.
Westinghouse Building,
Gateway Center, Pittsburgh,
Penna. , 15222, USA
Patentansprüche
1. Einrichtung für Wechselstrom systeme welche unabhängig
vom Leistungsfaktor der über zumindest zwei. Anschlußleistungen
gespeisten Last eine vorgegebene Blindleistung liefert, mit einem
zwischen jeweils zwei Anschlußleitungen einschaltbaren Kompensator, welcher einen Kompensationsstrom während eines Teils
des Versorgungsspannungszyklus als Funktion eines Zündwinkels
(.£ ) in die Anschlußleitungen einspeist, dadurch gekennzeichnet,
- daß Einrichtungen (V
C, V C, V C, Xl, X2, S1) zur Be12
23
31
stimmung der Leistungswerte im elektrischen System mit
Integrationseinrichtungen (I) zusammengeschaltet sind und die
Leistungswerte zur Bildung eines laufenden akkumulierten Leistungsintegrationswertes zeitlich integrieren, wobei die Integration zu
einem Startzeitpunkt beginnt, welcher um einen vorgegebenen
Winkel vor dem frühesten festliegenden Zündzeitpunkt in dem
genannten Teil des Versorgungsspannungszyklus für den Kompensator (10) liegt und sich über den vorgegebenen Winkel erstreckt,
um einen akkumulierten Leistungsintegrationswert zu liefern;
- daß mit den Integrationseinrichtungen (I) Speichereinrichtungen
(S/H, ADL) verbunden sind, welche vom Ausgangssignal der
Integrationseinrichtungen (I) beaufschlagt werden und aufeinanderfolgende Teilwerte der akkumulierten Leistungsintegrationswerte
8 3 5 /1(0 6 /4 '5
•.2.
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werte speichern, wobei sich jeder Teilwert über ein n ° -Subintervall erstreckt und der erste Teilwert mit dem Startzeitpunkt beginnt,
S3) zur Bestimmung des
I1V12'
Kompensationsstromes an. die Speichereinrichtungen (S/H,
- daß Einrichtungen (S2,
ADL) -angeschlossen sind, um die Größe des Kompensationsstromes für den genannten Teil des Versorgungsspannungszyklus als Funktion des akkumulierten Leistungsintegrationswertes zu bestimmen;
- daß Einrichtungen (PLL, FG, COMP) zur Bestimmung des
Zündwinkels (:£ ) mit den Einrichtungen zur Bestimmung des
Kompensationsstromes (S2, I/V 12 , S3), den Speichereinrichtungen
(S/H, AD) und dem einschaltbaren Kompensator (10) verbunden
sind, um den Kompensationsstrom in ein Zündwinkel-Triggersignal
umzuwandeln, welches an den einschaltbaren Kompensator immer
nur dann angelegt wird, wenn der errechnete Zündwinkel (d.,) kleiner
oder gleich einem n ° -Subintervall jenseits des frühesten vorgegebenen Zündzeitpunktes ist;
- daß ferner die Einrichtungen zur Bestimmung des Zündwinkels
die Einrichtungen zur Bestimmung des Kompensationsstromes
aktivieren, um einerseits durch kontinuierliche Integration der
Leistungswerte über den frühesten vorgegebenen Zündzeitpunkt
hinaus bis zum Ende des späteren n 0 -Subintervalls und andererseits
durch Subtraktion der zum vorgegebenen Winkel zuvor gespeicherten
Teilwerte des akkumulierten Leistungsintegrationswertes sowie
durch Bildung eines neuen, zur Bestimmung eines neu errechneten
Zündwinkels (OG ) vorgesehenen Gesamtwertes des akkumulierten
Leistungsintegrationswertes die Größe des Kompensationsstromes
anzupassen;
- daß dieses Anpassen des Kompensationsstromes in 2-Subintervallen so lange erfolgt, bis der neu errechnete Zündwinkel (J., )
als
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•3•
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als im nächstliegenden n ° - Subintervall liegend bestimmt wird;
- und daß der Kompensationsstrom während dieses nächstliegenden
n° -Subintervalls zu den Anschlußleitungen übertragen wird.
2.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Winkel die Größe von 180 ° hat.
3.
Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet,
daß der Teil des Versorgungsspannungszyklus einer Halbwelle entspricht.
4.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn-
zeichnet, daß der einschaltbare Kompensator aus jeweils einer zwischer
zwei Anschlußleitungen einschaltbaren Parallelschaltung einer Kapazität und einer über Thyristoren einschaltbaren Induktivität besteht,
und während dem Teil des Versorgungsspannungszyklus in Abhängigkeit vom Zündwinkel einen Kompensationsstrom in die Anschlußleitungen einspeist.
5.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Teil des Versorgungsspannungszyklus einer Halbwelle entspricht und daß der früheste vorgegebene Zündzeitpunkt mit dem
Spitzenwert der Versorgungsspannung während jeder Halbwelle zusammenfällt.
6.
Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Teil des Versorgungsspannungszyklus jeweils einer Halbwelle der Versorgungsspannung entspricht und daß der früheste vorgegebene Zündzeitpunkt mit einer fixierten Zeit nach dein Auftreten
des Spitzenwertes der Versorgungsspannung in jeder Halbwelle übereinstimmt.
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7.
Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Dreiphasen-Wechselstrom system
Verwendung findet und daß drei einschaltbare Kompensatoren vorgesehen sind, von denen je einer zwischen zwei Pha sen geschaltet
ist und durch Lieferung eines entsprechenden Kompensationsstromes
unabhängig von dem Leistungsfaktor der angeschlossenen Last im
wesentlichen den Leistungsfaktor 1 einstellen.
8.
Verfahren zur Erzeugung und Einspeisung einer Blindleistung
in einen Wechselstromkreis, wobei unabhängig vom Leistungsfaktor
der angeschlossenen Last ein Kompensationsstrom während eines
Teils des Versorgungsspannungszyklus als Funktion eines Zündwinkels
(X) von einem einschaltbaren Kompensator in die Anschlußleitungen
eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Löistungswerte im elektrischen System bestimmt werden,
- daß die Leistungswerte zur Bildung eines laufenden akkumulierten
Leistungsintegralwertes über die Zeit integriert werden, wobei die
Integration zu einem Startzeitpunkt beginnt, welcher um einen vorgegebenen Winkel vor dem frühesten festliegenden Zündzeitpunkt in dem
genannten Teil des Versorgungsspannungszyklus für den Kompensator
liegt,
- daß sich die Integration über den vorgegebenen Winkel erstreckt,
um einen akkumulierten Leistungsintegrationswert am Ende des vorgegebenen Winkels zu erhalten,
- daß aufeinanderfolgende Teilwerte des akkumulierten Leistungsintegrationswertes gespeichert werden, wobei sich jeder Teilwert über
ein n° -Subintervall erstreckt,und der erste Teilwert mit dem Startz eitpunkt beginnt,
- daß die Größe des Kompensationsstromes für den genannten Teil
des Versorgungsspannungszyklus als Funktion des akkumulierten
Leistungsintegrationswertes bestimmt wird,
daß
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2U05986
•
- daß die Größe des Kompensationsstromes in ein ZündwinkelTriggersignal umgewandelt wird, welches nur dann an den einschaltbaren Kompensator zur Lieferung des Kompensationsstromes angelegt
wird, wenn der errechnete Zündwinkel (A) kleiner oder gleich einem
o
n -Subintervall jenseits des frühesten vorgegebenen Zündzeitpunktes
ist,
- daß zur Anpassung der Größe des Kompensationsstromes einerseits
die Leistungswerte über den frühesten vorgegebenen Zündzeitpunkt
hinaus bis zum Ende des späteren n 0 -Subintervalls kontinuierlich
integriert werden und andererseits der Teilwert des akkumulierten
Leistungsintegrationswertes,der zum vorgegebenen Winkel zuvor gespeichert wurde subtrahiert wird, um einen neuen Gesamtwert des
akkumulierten Leistungsintegrationswertes zur Bestimmung eines
neuen errechneten Winkels (X) zu bilden,
- daß die Anpassung des Kompensationsstromes in 2-Subintervallen
solange erfolgt, bis der neu errechnete Zündwinkel (ik.) als im nächstliegenden n ° -Subintervall liegend bestimmt wird,
- und daß der Kompensationsstrom während dieses nächstliegenden
o
n -Subintervalls zu den Anschlußleitungen übertragen wird.
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FLEUCHAUS &WEHSER
PATENTANWÄLTE
2Q05986
• 6•
DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS
8000 München 71
Melchiorstroße 42
089-79 28 00
Telegramm: Transmarkpotent, München
ee
DIPL-ING. WULF WEHSER
3000 Hannover 1
OS 11-32 14 49
er
München, den 7.
Febr. 1979
WS157P-1907
Westinghouse Electric
Corp.
Westinghouse Building,
Gateway Center, Pittsburgh,
Penna. , 15222, USA
Verfahren zur Erzeugung und Einspeisung einer Blindleistung in
ein Wechselstrom.system und Einrichtung zur Durchführung des
Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung und Einspeisung
einer Blindleistung in einen Wechselstromkreis, wobei unabhängig
vom Leistungsfaktor der angeschlossenen Last ein Kompensationsstrom während eines Teils des Versorgungsspannungszyklus als
Funktion eines Zündwinkels (X) von einem einschaltbaren Kompensator in die Anschlußleitungen eingespeist wird und ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur
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- er -
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. •
Zur Kompensation hoher Blindleistungen, wie sie z. B. bei Lichtbogenöfen auftreten, sind sog. VAR-Generatoren bekannt, welche
auch als Blindleistungsgeneratoren oder Flackerkompensatoren bezeichnet werden. Diese Flackerkompensatoren haben Meßeinrichtungen ,
um die Amplitude des Stromes in aufeinanderfolgenden Halbwellen der
Versorgungsspannungszyklen zu messen. In einzelnen Anwendungsfällen, wie z. B. bei Lichtbogenöfen, ist es auch üblich die Ofenleistung
anstelle des Stromes zu messen. Unabhängig von dem erfaßten Parameter wird diese gemessene Information dazu benutzt, um die notwendigen Kompensationsströme zu ermitteln, wobei die nachfolgend
benötigten Zündwinkelsignale für die Thyristoren des Flackerkompensators errechnet wer den. Der vom Flackerkompensator gelieferte
Strom kann während einer Halbwelle pro Phase nur einmal eingestellt werden. Aus diesem Grund ist die Ansprechzeit des Flackerkompensators und damit seine Wirksamkeit in großem Umfang von
der Geschwindigkeit abhängig, mit welcher der zur Last fließende
Strom ausgemessen und in ein Zündwinkelsignal umgewandelt wird.
Es ist bereits ein Steuersystem für einen Lichtbogenofen bekannt
(US-PS 3 597 518), mit dem die Spitzenwerte des Lichtbogens konstant
gehalten werden, wobei dieses System rasch auf große Impedanzfehler
anspricht. Für kurzzeitige Impedanzschwankungen ist das bekannte
System unenpfindlich und auch kaum in der Lage kleine Impedanzfehler kontinuierlich auszugleichen. Für die Stromquelle einer
Schweißeinrichtung ist bereits bekannt ( US-PS 3 728 516) Thyristoren
in Abhängigkeit von dem Strom und der Spannung, welche an die
Schweißeinrichtung angelegt wird, zu steuern, wobei ein Kondensator
periodisch über eine Schalteinrichtung teilweise entladen wird. Auch
die Bestimmung des Zündzeitpunktes eines statischen Schalters in
Abhängigkeit von der Amplitude eines Blindleistungsstromes ist bekannt (US-PS 3 936 727),wobei Regeleinrichtungen vorhanden sind ,
welche zusätzlich den Zündzeitpunkt steuern, um die Netzspannung
und
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und den Netzstrom an einer bestimmten Stelle des Netzes im wesentlichen in Phasenkoinzidenz zu halten. Bei einem bekannten Flackerkompensator (US-PS 3 999 117) werden zeitverzögerte Zündwinkel
aus dem integrierten Laststrom eines Ofens über vorgegebene Zeitintervalle errechnet, um einen ausgeglichenen Laststrom bei spezifischen Phasenwinkeln aufrechtzuerhalten, welche bei einem Dreiphasensystem üblicherweise Null sind. Dieses System benutzt die
Phasen-Phasenspannung als Bezugsgröße. Der Spitzenwert der
Phasen-Phasenspannung grenzt die Betriebszyklen gegeneinander ab.
Aus diesem Grund wurden für die Berechnungen der vorausgehende
Zyklus benutzt. Dabei wurden die Berechnungen über eine Periode von
näherungsweise 180 ° erstreckt und standen in der Steuerschaltung zum
Beginn des Zyklusses zur Benutzung zur Verfügung, wie er durch die
Bezugsspannung auf ihrem maximalen Wert ausgemessen wurde. Jetzt
ist jedoch auch bereits bekannt (US-PS 4 000 455), daß die gesamte
Rechenzeit zur Bestimmung des Zündwinkels in jeder aufeinanderfolgenden Halbwelle nicht mehr Zeit als die Zeit der letzten vollständigen Halbwelle unmittelbar vor der Zündung der Thyristoren
in Anspruch nehmen würde. Es ist jedoch auch bereits bekannt
(US-PS 4 068 159), daß sich die Rechenzeit f•ür die Bestimmung des
Zündwinkels bis in die Halbwelle hineinerstrecken kann, in welcher
die Korrektur erfolgen soll. Dies ist möglich, da der für die Kompensation notwendige Strom einen solchen Wert annimmt, daß sich kein
Zündwinkel vor einem minimalen Zündwinkel bestimmter Größe , wie
z.B. 10 ° ergibt. Daher ermöglichten die bekannten Fälle, daß die
Berechnung des tatsächlichen Zündwinkels bis in die Halbwelle hinein
erfolgt, in welcher die Kompensation um einen Betrag tatsächlich erforderlich wurde, der gleich dem zuvor beschriebenen minimalen
Winkelbetrag entspricht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren und eine
Einrichtung zu schaffen, mit dem die Berechnungszeit für die Be-
Stimmung
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• 9.
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stimmung des Zündwinkels noch weiter in die Halbwelle hinein
erfolgen kann, in der die Kompensation erfolgt, wobei die Verlängerung der Zündzeit zur weiteren Berechnung des Zündwinkels Verwendung findet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für das eingangs erwähnte Verfahren dadurch gelöst, daß die Leistungswerte im elektrischen System
bestimmt werden, daß die Leistungswerte zur Bildung eines laufenden
akkumulierten Leistungsintegralwertes über die Zeit integriert werden,
wobei die Integration zu einem Startzeitpunkt beginnt, welcher um einen
vorgegebenen Winkel vor dem frühesten festliegenden Zündzeitpunkt
in den genannten Teil des Versorgungsspannungszyklus für den Kompensator liegt, daß sich die Integration über den vorgegebenen Winkel
erstreckt, um einen akkumulierten Leistungsintegrationswert am Ende
des vorgegebenen Winkels zu erhalten, daß aufeinanderfolgende Teilwerte des akkumulierten Leistungsintegrationswertes gespeichert
werden, wobei sich jeder Teilwert über ein 2-Subintervall erstreckt,
und der erste Teilwert mit dem Startzeitpunkt beginnt, daß die Größe
des Kompensationsstromes für den genannten Teil des Versorgungsspannungszyklus als Funktion des akkumulierten Leistungsintegrationswertes bestimmt wird, daß die Größe des Kompensationsstromes in ein
Zündwinkeltriggersignal umgewandelt wird, welches nur dann an den
einschaltbaren Kompensator zur Lieferung des Kompensationsstromes
angelegt wird, wenn der errechnete Zündwinkel (I) kleiner oder gleich
o
einem n -Subintervall jenseits des frühesten vorgegebenen Zündzeitpunktes ist, daß zur Anpassung der Größe des Kompensationsstromes
einerseits die Leistungswerte über den frühesten vorgegebenen Zündzeitpunkt hinaus bis zum Ende des späteren 2-Subintervalls kontinuierlich integriert werden und andererseits der Teilwert des akkumulierten Leistungsintegrationswertes, der zum vorgegebenen Winkel
zuvor gespeichert wurde substrahiert wird, um einen neuen Gesamtwert des akkumulierten Leistungsintegrationswertes zur Bestimmung
eines neuen errechneten Winkels (A) zu bilden, daß die Anpassung
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des
-
,
AD.
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des Kompensationsstromes in n ° -Subintervallen solange erfolgt,
bis der neu errechnete Zündwinkel (X) als im nächstliegenden
n ° -Subintervall liegend bestimmt wird, und daß der Kompensationsstrom während dieses nächstliegenden n ° -Subintervalls zu den Anschlußleitungen übertragen wird.
Für eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens sieht die
Erfindung vor, daß. Einrichtungen zur Bestimmung der Leistungswerte im elektrischen System mit Integrationseinrichtungen zusammengeschaltet sind und die Leistungswerte zur Bildung eines laufenden
akkumulierten Leistungsintegrationswertes zeitlich integrieren, wobei
die Integration zu einem Startzeitpunkt beginnt, welcher um einen vorgegebenen Winkel vor dem frühesten festliegenden Zündzeitpunkt in
dem genannten Teil des Versorgungsspannungszyklus für den Kompensator liegt und sich über den vorgegebenen Winkel erstreckt, um einen
akkumulierten Leistungsintegrationswert zu liefern, daß mit den Integrationseinrichtungen Speichereinrichtungen verbunden sind, welche
vom Ausgangssignal der Integrationseinricht ungen beaufschlagt werden
und aufeinanderfolgende Teilwerte der akkumulierten Leistungsinteo
grationswerte speichern, wobei sich jeder Teilwert über ein n -Subintervall erstreckt und der erste Teilwert mit dem Startzeitpunkt beginnt,
daß Einrichtungen zur Bestimmung des Kompensationsstromes an die
Speichereinrichtungen angeschlossen sind, um die Größe des Kompensationsstromes für den genannten Teil des Versorgungsspannungszyklus als Funktion des akkumulierten Leistungsintegrationswertes
zu bestimmen, daß Einrichtungen zur Bestimmung des Zündwinkels (X)
mit den Einrichtungen zur Bestimmung des Kompensationsstronies,
den Speichereinricht ungen und dem einschaltbaren Kompensator verbunden sind, um den Kompensationsstrom in ein Zündwinkel-Trigger signal umzuwandeln, welches an den einschaltbaren Kompensator
immer
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-v . 44.
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immer nur dann angelegt wird, wenn der errechnete Zündwinkel (X)
kleiner oder gleich einem n ° -Subintervall jenseits des frühesten
vorgegebenen Zündzeitpunktes ist, daß ferner die Einrichtungen zur
Bestimmung des Zündwinkels die Einrichtungen zur Bestimmung des
Kompensationsstromes aktivieren, um einerseits durch kontinuierliche Integration der Leistungswerte über den frühesten vorgegebenen Zündzeitpunkt hinaus bis zum Ende des späteren 2-Subintervalls und andererseits durch Subtraktion der zum vorgegebenen Winkel
zuvor gespeicherten Teilwerte des akkumulierten Leistungsintegrationswertes sowie durch Bildung eines neuen, zur Bestimmung eines
neu errechneten Zündwinkels (CO vorgesehenen Gesamtwertes des
akkumulierten Leistungsin.tegrationswertes die Größe des Kompensationsstromes anzupassen, daß dieses Anpassen des Kompensationso
stromes in n -Subintervallen so lange erfolgt, bis der neu errechnete
Zündwinkel (X) als im nächstliegenden n ci -Subintervall liegend bestimmt wird, und daß der Kompensationsstrom während dieses
nächstliegenden n ci -Subintervalls zu den Anschlußleitungen übertragen wird.
Die
'909835/064S
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Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch
aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:
Fig. 1
die Schaltung eines bekannten Flackerkompensators;
Fig. 2
ein Diagramm, bei dem die Spannung des Flackerkompensators und der zeitgesteuerte induktive Strom über
der Zeit t für die Schaltung gemäß Fig. 1 aufgezeichnet
ist;
Fig. 3
ein Diagramm geeigneter Spannungsphasen und Ströme
mit überlagerten, durch Linien gekennzeichneten
Kalkulationsintervallen sowie dem geeigneten Zünd-
winkel und dem induktiven Strom für den Kompensator;
Fig. 4A und 4B eine Kompensationsschaltung für eine induktive
Last eines 3-Phasen-Wechselstromsystems,
wobei
eine Kompensationssteuerung für eine Phase im
Detail und die Kompensationssteuerung für die beiden
anderen Phasen im Blockschaltbild dargestellt sind.
In Fig. 1 ist ein bekannter Flackerkompensator für ein einphasiges
Wechselstromsystem dargestellt. Ein derartiger Flackerkompensator
wird auch als VAR-Generator (Volt-Ampere reactive-Generator)
' bezeichnet und besteht aus einem Festkondensator C sowie einer
Induktivität L, die mit Hilfe einer Thyristorsteuerung ein- und
ausgeschaltet werden kann. Für den Fall, daß die Blindleistung
gleich 0 sein soll, wird der Thyristorschalter TH leitend gemacht, so daß die Wirkung der Induktivität L durch die Kapazität
C kompensiert wird und
der für das Wechselstromsystem
wirksame Strom I den Wert 0 annimmt. Mit anderen Worten
n
heißt
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-
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3
heißt das, daß die algebraische Summe des kapazitiven Stromes
und des induktiven Stromes I RL gleich 0 ist. Die Spannung
c
an der Parallelschaltung der Kapazität mit der über den ThyristorI
schalter TH ansteuerbaren Induktivität L hat den Wert Vl. Wenn
keine Forderung für eine Null-Blindleistung besteht, kann das
Schließen des Thyristorschalters TH in geeigneter Weise bei
jeder Halbwelle des Wechselstroms um einen variablen Winkel
verzögert werden, der als Zündwinkel ct bezeichnet wird. Dieser
Zündwinkel wird bezüglich der Spannungsspitze der Versorgungsspannung V1 angegeben und kennzeichnet die Verringerung des
induktiven Stromes l a , welcher durch die Induktivität L fließt.
In Fig. 2 ist die Spannung V1 und der induktive Strom Ia ., über
der drehwinkelabhängigen Zeit Le t aufgetragen. Die Kurven
sind beliebig in drei Abschnitte A1, B1 und Cl unterteilt, wobei
jeder Abschnitt jeweils mit einem maximalen oder minimalen
Wert der Versorgungsspannung V1 im Halbzyklus beginnt.
Für den Abschnitt Al eilt der induktive Strom Ia, , der
Spannung V1 mit einer Phasenverschiebung von 90 ° nach,
wobei gleichzeitig der Zündwinkel Ct. 0 ist. Mit einem zunehmeno
den Zündwinkela zwischen 0 und 90 nimmt der induktive Strom
la ab, so daß die vorauseilende Blindleistung für das Wechselstromsystem zunimmt. Bei einer maximalen vorauseilenden
Blindleistung ist der Thyristorschalter TH ganz geöffnet. Dies
ergibt sich bei einem Zündwinkel von 90 ° . Sobald sich dieser
Zustand einstellt, fließt kein induktiver Strom I a über die
Induktivität L, so daß für die Kompensation der maximale
kapazitive Strom I c zur Verfügung steht. In Fig. 2 ist im Abschnitt B1 eine Verzögerung um den Zündwinkel
al dargestellt,
so daß der induktive Strom I a, i für eine kürzere Zeitdauer als
der induktive Strom
im Abschnitt Al fließt. Entsprechendes
gilt für den Abschnitt C1 mit einer Verzögerung um den Zündwinkel
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- 7-
2905986
A4.
winkel CL2 größer c 1 , so daß der induktive Strom Ia 2 für eine
noch kürzere Zeitdauer als in den Abschnitten Al und B1 fließt.
In den Fig. 4A und 4B ist ein statischer Flackerkompensator
dargestellt. Die Ströme in den dreieckgeschalteten Induktivitäten
des Kompensators 10 werden durch die Einstellung der
C
Q.23 . und a31 für jede Halbentsprechenden Zündwinkela
12'
welle festgelegt, so daß die zusammengeschalteten Ströme
L
des Lichtbogenofens ausgeglichen werden und eine festliegende
Blindkomponente haben, die in der Regel 0 ist. Der maximale
cL und an beträgt 90 ° ,
23
o
o
= O und a. = O mit dem
wobei die Zünd winkel C.L.
12 = 0° ' x'23
31
Spannungsmaximum der Dreieckspannungen v 12 , v23 und v 31
Winkelbereich des Zündwinkels
u.12'
—
zusamenfl.DrBtibsechfüdSurngka
durch das Einführen eines festen Verzögerungswinkels a c und
die thyristorgesteuerte Verringerung der Induktivität eingestellt werden, so daß bei einem Verzögerungswinkel
der
maximale geforderte induktive Strom erhalten wird. Wenn der
Zündwinkel gegenüber dem fixierten Verzögerungswinkel
verzögert wird, nehmen die Ströme in der Induktivität L
c
c
o
ab und erreichen bei einem Winkel von 64, plus cx. gleich 90
c
den Wert 0,
Die Steuerungsprinzipien bei dem bekannten Kompensator sind
im wesentlichen die gleichen, unabhängig vom Wert des Verzögerungswinkels
e.
Die drei Verzögerungswinkel
a 12 , ``23
und c2.31 werden in zwei Schritten elektronisch errechnet. Im
ersten Schritt werden die erforderlichen thyristorgesteuerten
Ströme durch den induktiven Blindwiderstand aus den Strömen
oder Leistungen errechnet, welche von den individuellen Lastphasen während der Halbwelle unmittelbar vor dem Verzögerungswinkel 0., gezogen werden, wobei zu beachten ist, daß a, sehr
nah bei 0 liegt und praktisch 0 ist. Im zweiten Schritt werden
90983510645
die
•
45•
2905986
die Verzögerungswinkel ausgerechnet unter Verwendung der
mathematischen Abhängigkeit zwischen dem Verzögerungswinkel und der Grundkomponente des Stromes im thyristorgesteuerten Blindwiderstand. Es ist wichtig, zu beachten, daß
beim Stand der Technik die Berechnung üblicherweise zum
frühestmöglichen Zündpunkt U. = 0 ° oder in einer verbesserten
Ausführungsform zum Zeitpunkt GI = ct e beendet ist. Der für eine
richtigeKompensation erforderliche Zündwinkel ist in der
Regel von
a = 0° bzw. 0 = Ctc verschieden. Damit repräsentiert
der Zündwinkel ein inaktives Intervall, welches das Meßintervall, in welchem die Information zur Verfügung steht, von dem
Stromführungsintervall des Thyristorschalters, in welchem die
Information verwendet wird, trennt. Laständerungen, die während
der inaktiven Intervalle auftreten, werden bei der Berechnung der
erforderlichen Kompensation nicht erfaßt, was sich als nachteilig für die Erstrebte kürzestmögliche Ansprechzeit des Kompensators auswirkt.
Die Errechnung der gewünschten Kompensation basiert auf bekannten Gleichungen, die den eingeschwungenen Zustand zwischen den Lastströmen und den Kompensationsströmen bzw.
die Wirkleistung pro Phase und die Blindleistung pro Phase
beschreiben. Die Gleichungen für die Ströme bzw. die Leistungen
sind ähnlich und können durch Umwandlung voneinander abgeleitet werden. Die vorgeschlagenen Maßnahmen können einfacher
verwirklicht und dargestellt werden, wenn die Leistungsverhältnisse betrachtet werden, so daß die vorliegende Beschreibung
nur diesen Fall erläutert.
Geht man von Sinusströmen und Sinusspannungen im eingeschwungenen Zustand aus, so kann die Blindlastung für jede
Phase des Kompensators, welche zur Erreichung eines auf
Wirk -
909835/U64S
2205986
46.
Wirkleistung kompensierten Zustandes benötigt wird, durch
nachfolgende Gleichungen beschrieben werden, wobei zwei Leistungswerte pro Phase Verwendung finden.
k
t0
T/ 2
(v 23 i 2. V31 ii) dt
1
t
Q12 =
K-
t o + k T/2
f
(1
(v 23 i 3 + v l2 i 2 ) dt
- 1
)
to
t o + k T/2
f
1
(2 21 =
(v12
t
dt + v
23
o
vr-3
k2
Dabei sind:
v
12'
v
i 1 i9 ,
23'
v
31
die Phasenspannungen,
die drei Lastströme,
0
ein beliebiger Zeitpunkt für den Integrationsbeginn
T
die Periodendauer des Wechselstroms,
k
eine ganze Zahl, nämlich k = 1,2,3...
Die Blindleistungen Q
Q
und Q 31 , welche für die Kompensation
12'
23
benötigt werden, können auch mit Gleichungen beschrieben werden,
die
909835/0645
290 L986
die drei Leistungen pro Phase enthalten. Diese Gleichungen lauten:
(2 )
Diese Gleichungen enthalten die bekannten Beziehungen:
Q
12 -02.
Q23
- 2 -Q
Q3
Q 2 + Q 3- -
(3)
Q31 = Q 3 + 1 - Q2
In diesen Gleichungen sind Q 1 , Q2und ß3 die Blindleistungen der
Phasen 1, 2, und 3.
Die Gleichungen (1) und (2) sind einander äquivalent und beschreiben die Leistungen lediglich auf verschiedene Weise.
Keine
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Keine der den eingeschwungenen Zustand beschreibenden
Gleichungen ist exakt unter verschiedenen Lastbedingungen gültig.
Sie können jedoch beniitzt werden, indem man nur über eine kurze
Zeitdauer, z. B. eine halbe Periode T/2 (k = 1) integriert. Das
bedeutet, daß die pro Phase durch die Gleichungen (1) oder (2)
bestimmten Leistungen aus den zur Verfügung stehenden Versorgungsspannungen und Versorgungsströmen in jeder Halbwelle
unter der Bedingung errechnet werden, als ob ein eingeschwungener
Zustand existiere. Daraus werden die Blindleistungen und anschließend die entsprechenden Zündwinkel errechnet, die zur
Kompensation in jeder Phase erforderlich sind. Obwohl die
Integration über jede beliebige Halbwelle ausgeführt werden kann,
wurden die Integrationsintervalle beim bekannten Stand der Technik starr mit den Versorgungsspannungen verknüpft, so daß die
Errechnung kurz vor dem frühestmöglichen Zündzeitpunkt beendet war , der üblicherweise durch die Spannungsspitzen der
korrespondierenden Versorgungsspannungen festgelegt ist. Theoretisch
besteht keine Notwendigkeit für diese starre Synchronisation und
in der Tat ergibt sich, wie bereits erwähnt, ein beträchtlicher Vorteil, wenn das Integrationsintervall mit dem tatsächlichen Zündzeitpunkt anstelle des frühestmöglichen verknüpft ist.
Das Prinzip der Steuerung unter Verwendung der Rechenintervalle,
die den entsprechenden Zündwinkelnfolgen, wird anhand der
Gleichung(1) erläutert, wobei jedoch dieselben Prinzipien auch
auf andere Gleichungen, wie z. B. die Gleichungen (2) anwendbar
sind. Verwendet man tu t, d. h. den mit der Winkelfrequenz
4(-:
ausgemessenen Winkel als Veränderliche, so können die
Gleichungen (1) für k = 1, d. h. bei einer Integration über eine
Halbwelle in folgender Form geschrieben werden:
Gleichungen (4)
90 983506 4 5
225966
Q 12
1
-
(v 23 i 2 + v 31 i 1 ) d ( t)
a,
aC
-7r
23
f (v 31
-23 -
i 3 + v 12 i 2 ) d ( t)
(4;
ac -77"
23
ac
c
31'
_
31
(v
1
a,
-
31
12 1 1 + v 23 i3) a
t)
-7r
unc14(c31 die frühestmöglichen Zündzeitpunkte
wobei otc12 ri,
—c23
für die Thyristorschaltungen sind, welche die Blindwertkompensation jeweils in der Phase 12, 23 und 31 steuern.
Um die Integration auf die tatsächlichen Zündzeitpunkte zu erstrecken,
welche durch die Verzögerungswinkela u , .2,23 und 3 1 bestimmt
sind, wobei das Integrationsintervall über eine halbe Periode
bzw.
7r
nicht geändert wird, können die Gleichungen (4) in der
folgenden Weise modifiziert werden.
Gleichung 5
909835/0645
2305986
a
c 12
V 31 i i ) d (Wt)
(A)
f (v 23 i 2 + v 31 i i ) d et)
(B)
ac
12
a 12
+
a,
`'12
_ 7r
c112
(v,2 3 i 2 +v.
31 i 1 )d (Wt)
-
(C)
....
-r
12
(5)
Q
a
,
23
1
23
31 i3 + v 12 i 2 ) d (tßt)
171m f (v
-7r
— ac
23
(A)
a2 3
•4- jr (v 31 1 3 + v 12 i 2 ) d 9t)
(B)
ac
23
a -r
23
-
(v 31
31i3
ac 23
v 12 i2) d (t0t)
iT
909835/0645
(c)
29uA86
ac 33_
r_
d (rat)
(A)
(v,,, 1,„ + v23 i_,. ) d (iit )
(B)
(v 12
1 1 + v 23
ac , - Tr
D-1
—
a
31
+
r
j
ac
(5)
31
a 31 (v„ e_
a_
+v
23
3 ) d (uit )
(0)
-7T
In Fig. 4 sind die Größen dargestellt, welche die Integrationsintervalle für die Errechnung von Q 12 kennzeichnen. Vergleicht
man die Gleichungen (5) mit dgn Gleichungen (4), so ergibt sich,
daß z. B.
die Winkel c
-7( und oC
durch die Winkel
c12
c 12
ersetzt sind. Das neue Integrationsint ervall
- 7r, und 0C
12
12
liegt vor dem durch 06
definierten Zündzeitpunkt. Diese Ver12
schiebung des Integrationsintervalls wird durch kontinuier- .
liehe Integration über das Intervall, z. B. d , cz 12 , d. h. das
c 12
Integral (B) wird zu dem ursprünglich erhaltenen (A) addiert,
erzielt, wobei gleichzeitig die Integration über das Intervall
, o( 12 -n negiert wird, d.h. das Intggral C wird vom
c12
Integral A abgezogen. Das zum Beispiel durch die Winkel
c12 und c(12 , welche sich vom frühestmöglichen Zündzeitpunkt
bis zum
909835/0645
- 22 -
2905986
bis zum tatsächlichen Zündzeitpunkt erstrecken d definierte Zeitintervall enthält die neueste Lastinformation, wogegen das Inter- 7( und (L12-97- definiert
c12
ist, die älteste Lastinformation enthält. Durch diese Manipulation
vall, welches durch die Winkele
wird es möglich, die älteste Lastinformation durch die jeweils
neueste Lastinformation zu ersetzen. Da die Abschätzungen der für
23 und
die Kompensation erforderlichen Blindleistungen (
(1012'
Q12 , Q
Q ) die Zündwinkel bestimmen, ist es nicht möglich, im voraus
31
festzulegen, wo die Integration beginnen soll. Der wesentliche
Gedanke der vorgeschlagenen Maßnahme, wie sie durch die
Gleichungen,'5)gezeigt ist, besteht darin, daß die Integration eine
halbe Periode vor dem frühesten Zündzeitpunkt beginnt. Wenn
der Thyristorschalter nicht zum frühestmöglichen Zündzeitpunkt gezündet werden muß, da für die Kompensation ein kleinerer
als der maximale Strom durch die Induktivität fließen soll, wird
die Integration so lange weitergeführt, bis der tatsächliche Zündzeitpunkt ermittelt ist. Durch eine kontinuierliche Integration
würde selbstverständlich die Länge des Integration sintervalls
gemäß den Gleichungen(i)geändert werden und sich daraus eine
fehlerhafte Kompensation ergeben. Um daher das Integrationsintervall zu fixieren, ist es notwendig, einen Teil der Integration
zu Beginn des Integrationsintervalls in seiner Wirkung aufzuheben. Zu diesem Zweck müssen die Ergebnisse der Integration
entweder kontinuierlich oder schrittweise beginnend mit dem
Startpunkt,
7r bis zur maximal möglichen Verz.B.c12c4
schiebung von einer Viertelperiode, z. B.
-272 geoCc12
speichert werden, um die gespeicherten, der Ausweitung der
Integration entsprechenden Größen am anderen Ende, wie in
den Gleichungen (5) vorgeschrieben, zu subtrahieren.
Um die beschriebenen Prinzipien in digitaler Form darzustellen,
ist es zweckmäßig, die GleiChungen (5) umzuschreiben, wobei
die
909835/0645
- 23 -
29059äß
die Integrationsintervalle durch Summen endlicher Ausdrücke
ersetzt werden. Das bedeutet, daß z. B. das Integrationsintervall
in n Subintervalle unterteilt wird, wobei die Integration für das
Subintervall durch das Produkt aus dem Wert des an einem Punkt
des Subintervalls entnommenen Integranten mit dem Subintervall
angenähert wird. Danach werden alle Produkte n aufsummiert.
(c
Wenn z.B. das Intervall (
' (1 c12 .-11 ' 12 )
durch die Punkte
a
c12
7r
-7r = tuto — Tr <ca) t —
J.
CO t -17'
n
• < t,-
in n Subintervalle
7T < cic.„ —
■ /2 - 1./
unterteilt wird
c .12
und die entsprechenden Werte für die Funktion
(-,, 2. ) mit
(tot-77) =
X
(j2 e
§-1 2 -
--,,
für
im Intervall
IN.
k-__1 -77, (Jit k -77), gefunden -werden, dann kann.
a,
iv
<I (tit
77
-
a,
- 12
in Gleichung (5) angenähert werden durch
n
1
7T
I
V 23 ( 2.2 , ) -44 2
2z
ei. 2, ) iti) r„
Ie
-
W t z. --_L..)"
,
-
x
Wenn die Subintervalle gleich lang sind, d. h.
wt k
•
) 2--Wt (k+i) -wt k . = •
wt
ist, dann gilt
909835/0645
„
_
- BAD ORIGINAL
r
r,
- 24 -
22LJE, 986
n
1
i,d (1t;'77-
V„
4
k
Daraus ergibt sich für Q
=
12,
Q23
-
und Q 31
Gleichung (6)
909835/0645
BAtfbleGINAL
- 25 -
2905986
n
AJ
.
1
Qi2 = - rv3n
1
.:.
(:. .••
.• , )
El.r.1-.(1.))i ,)(Ü-1•1 -) + V .,-.( 3- •-••) .-L( •-......4...
.,
--k
• ,.D
_..4..
k
3.1.
.Lck
-
i
(A. ,
3
I
1
k
k 1
!
n+111
.
rv
-i-
E -•')3
p.,U,
tf
) i (;
1") ..
lti
12
2
,- +\r„
z
•,,,
()--.:_
)
--_
;
i"
-
k
A
e,
(,,-.„
.....,L.- ...,
i
k=n
in
-
) 12
z
23
(
‚12.
)
+ v 31 '
C.",
•
12.". \/-•
(C) Y6;
k=1
fl
1
••■■••
23
=
73
-
_2
\r1 '
Ev31 (‘';2 2: ,) i3 (> 23 c )
n
A
•t•
)
k=
n+
(
e
[v3/
Jk.
)
2
)
+
( 923.
( 52- 3. )3
k
(B)
k=n
in
rv
31
)
23k
)
v12
2,
)
4
(C)
3 V:-
k= 1
Fortsetzung
Gleichung (6)
909835/0645
BAD OFOGINAL
- 26 -
2905986
Q31 =
2,[v, 2 (g->3
3n
jy
) + v 23 _1. )
"1
(f31. ) '1 31 ,
(A)
=1
n
7:`,7
12
(e
1
(e31
)
1c
v 23 31
, s. - 3
3
iC = n
rn
,
r".
A.
n
.
3-1-
k =
Gleichung 7
909835/0645
BAD ORIGINAL
- 27 -
29u59 6
n
Q 12 '‘4
K
[
(
q122. k
qi nk )
k=1
n+m
I
( q 1 2a,/...
q 12b k )
k=1
m
(q 12a it
q 12b k )3
k=1
23
K[
(c123 a
c1 23b k )
k=1
n+m
(q 23a k
q 23b )
k
k=n
(1 23ak
q2 3b k )3
k 1
Gleichung 7
(Fortsetzung)
90983510645
9
- 28 -
2UU5986
m
Q 31 '4:2.
K
[
c1 31b k )
( '°-`31a k
k=1
n+m
(ci 31a
+q
31b
)
(B)
(7)
k
k=1
m
(
(1 31b k )3
q3ia k
(C)
k=1
q
q23b und q 31a sowie
12a' 12b' c123a,
G131b die Augenblickswerte der entsprechenden Produkte aus
In diesen Gleichungen sind q
Spannung und Strom, die in den entsprechenden kompensierenden
Blindleistungsanforderungen-12' Q23 und Q 31 erscheinen. Die
Größe K ist ein konstanter Skalenfaktor und hat den Wert
K
i3 n
und q in einen
a
b
einzigen Ausdruck q = q a und qb läßt sich die Gleichung (7) weiter
Durch das Zusammenfassen der Ausdrücke q
vereinfachen. Dadurch ergibt sich:
Gleichung (8)
909835/0645
- 29 -
2 U 5986
n
Q 12 =-K[ F
q12
(A)
k
k=1
n+m
(B)
-12 k
k= n
qi
22
k=1
Q 23 = - K
q 23
k.
k 1
n+m
c1 23 k
k=n
ra
2 c/ 232
k=1
909835/0645
- 30 -
2905986
n
Q 31 = - K [ F
c131,
(A)
k=n
n+m
q 31k
(1-3;
(6)
Forts.
m
1h- 131 3
(C
;
k
k=1
Auf der Basis der Gleichungen (6) kann der vorgeschlagene
Kompensationsmechanismus für eine der drei Phasen, z. B.
die Phase 12, mit spezifischeren Ausdrücken beschrieben werden,
wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
mit einer Länge IC wird in
c12 -7( ' el ci2 )
n gleiche Subintervalle unterteilt.
1. Das Intervall (
2. Die Berechnung beginnt zu einer Zeit, die dem Winkel
cic
c 12
- X entspricht, d.h. eine halbe Periode vor dem frühesten
Zündzeitpunkt 04, .
- 12
3. Die Produkte v
23 i2 und v 31 i1 werden während oder am
Ende des ersten Subintervalls ausgemessen und addiert, um
nachfolgenden Wert zu erhalten.
909835/0645
- 31 -
29059
q 12
1
.= v 23 ( 12 ) 1 2 (
1
1
) + v- 31
e12 1 ) •
2)
Die Größe q 121 wird gespeichert.
i und v i werden am Ende des zweiten
23 2
31 1
Subintervalls abgetastet bzw. gemessen und zu demgegebenen
4. Die Produkte v
Wert addiert:
23
(
12 ) 1 ( -J 12 ) + .7 31
1 e) 2)
u_f_ 9 )
.1.
2
2
2
addiert; man
Dieser Wert wird gespeichert und zum Wert q
121
+g
a"
erhält
812
122
S2
-19
2
i und v
i werden am Ende des 3. Subinter23 2
31 1
valls abgetastet und addiert, um zu erhalten:
5. Die Produkte v
0_ 12 =
3
v
23
,e12 )
2
3
) „ 31
12
Dieser Wert wird gespeichert und zu q
n
'12
=n
S3
'2 12
52
'1 12
-
addiert:
3
=n
"21 2
3
12 2
S
9
"1 12
1
2
k = 1
6. Diese Maßnahmen werden für alle Subintervalle bis zum
Subintervall n/2 wiederholt. Für dieses Subintervall erhält man dann:
q 12
v 23
n/2
4
n/2
(
12 n/2
)
12
)
n/2
(e
- 1 ' 12
Dieser Wert wirdgespeichert und durchAdditionmit ci
12
S(n/2-1)
n/2
erhält man:
ql
2 S(n/2)
2S(n/2-1)
ql2
909835/0645
n/2 ,
q 12. '
=1
n/2
)
- 32 -
2905986
folgenden Subintervallen besteht keine
n/2
Notwendigkeit, die Augenblickswerte von cil2k zu speichern,
7. In den auf x, 12
da die mögliche Verschiebung des Integrationsintervalls nicht
größer als eine viertel Periode, d.h. größer als "7./2 sein kann.
Dies entspricht dem Subintervall n/2. Damit erhält man z. B.
für die im Subintervall n/2
n ausgeführten Operationen:
4-d
o_
=
(
--,
j
4,n/ 2
(A/2 -1- 2.)
... (2"
2, ,- 2,
2+J )
-
0
- 12, ui;
- )
12
2
7)
+
21/9i)
ci9
Zu diesem Wert wird
'-i--(nr-Lt
£2-u
ni 2 -t•
addiert, wodurch sich ergibt:.
n/24- 1
01 ,
/
/.) + .k.•
/ -1
dabei ist
•
(n/ 2+
,
0
)
k=1
e die Anzahl der im Intervall
(a
c
erfaßten Subintervalle.
-
8. Zum Zeitpunkt
=
-- n
a
wird aufgrund der Gleichung (6)
folgende Funktion ausgeführt:
9(a
=
n
wobei
C1 ,
2
die für die Phase 12 erforderliche Kompensation -
darstellt, die dem Halbperiodenintervall
(1
79
vorausgeht. Aus Q
12
induktiven Strom:
(cC
1.2
) erhält man den erforderlichen
Q 12
= I CC
1 L (a 0
12 .;
(a c
V 12
)
12
(10)
Daraus
909835/0645
BAD ORIGINAL
--33-
2305986
Daraus wird der Zündwinkel (X.12 errechnet:
V
(a
uJ
1
r
9 71"
a
1-7"
12 - 7
ein
2a
wobei Icc die Amplitude des kapazitiven Stromes "und
V
12 -
die Amplitude der Netzspannung v 12 ist.
7r
>7-7 ist, d.h. eine Zündung
`12
7r,
(aac 12 + 72-) ' ist
oder im Intervall
- 12
9. Wenn der errechnete Wert für c<- 12
a.;
beim Winkel
"
nicht nötig, wird die Berechnung im ersten 7/72-Subintervall weitergeführt, das dem Zeitpunkt
12
2n
r•
- 12
entsprechend der Gleichung (6)
folgt:
a) Die Produkte v
23 i2
und v
31 i1
werden am Ende
_ üjt =
des (n+l)ten Subintervalls, das heißt bei
+ en
- 12
abgetastet und a12(n+1)
errechnet:
.1'2
v
(n+1)
12
23 (e-:12
(n+1)
(n+1)
b)
9,
S(n+1) =
wird zu
.1
y G
q12
)
12 r
•
( n+1)
,
q-Ic
(n+1)
c1 12.- + q-12
;.:)n.
;n+1)
=
Sn
addiert; man erhält:
n+1
G1 Si
`
k --., 1
c) q121 , was man am Ende des 1. Subintervalls erhält, wird von
q12
subtrahiert und mit
S(12.+1)
1— multipliziert. Daraus ergibt
n
sich
909835/0645
- 34 -
2905986
sich die erforderliche Blindleistung für die Kompensation
T = + 7-)
n.
.
.12
`12
(0 - q,
-- .9(n+ 1 )
n
(1
d) Aus der Blindleistung
(a
'-` 12 '
)
(12)
7r ergibt
+ —)
n' '
12
sich der entsprechende induktive Strom:
I
Q 12
+ 71)
(a
n
2
c 19,
CC
+ n'
(a„
'1
(13)
2
Daraus bestimmt sich der Zündwinkel
20
Ir ( a
+ 71)
-215 if 12
c 12
to I,
a1 2 )
1 0 . Wenn
2 [ 77
77 n
a
_
12
si rr
9 -Lri 2a12 -'
" 4)
77'
+ 2 - , ist, d.h. die Zündung wird
nicht zum Zeitpunkt
c 12
+ zr
_
n'
oder im Intervall
(
a+ Zr
Ac12
j
), benötigt, so wird die Berechnung im nächsten
ac
+ 2 71
n
12
:7r
n
(71)- Subintervall, d. h. im Intervall
n
a
c
- 12
12
2 71), und entsprechend weiter wiederholt. Wenn die Bedingung
n
zum Zünden im raten Subintervall nach a , d.h . für
c
+ (m+1) n"
gegeben ist, erfolgt die Berechnung im
71--'
c12
letzten Subintervall analog zu Nr. 9. Damit gilt:
a12 < a
a) Die Produkte v 23 i2 und v31 i1 werden am Ende des (n + m)ten
Subintervalls abgetastet und q 12
errechnet:*
(n+m)
909835/0645
r. -
- 35 -
29059 6
'112
v
( n+m )
r12,
23
12
(n+m)
) i (et
12
•
)+
( n+m )
)
c. "
b)
addiert und ergibt:
wird zu
Irt 72. )
ri
4 El
.
k
wird gebildet und von
c) Die Summe
k=1
q1 2
subtrahiert. Dabei sist zu beachten, daß
S(n+m)
n
(k = 1, 2... m = —) bereits gespeichert ist. Das Ergebnis
2
k
1
wird mit —multipliziert, woraus sich
n
q 12
Q 12 (a c
+m
12
ergibt.
,-,
("
'`.- 12 ' -e
+ m 7r.
--; . _ 1
n
12
11 +
=_
(q
-12
r.--
212
1
q
k=1
12
S (n+m)
m
—I
-1
,-_- - 12 )
k=1
a,
k
)
(15 )
k.
d) Aus Q12(a + m e.) leitet sich für den induktiven Strom ab:
c 12
Q 12 ( ae.
I ( a12 + m -)
L
n
7T.
+ m —n )
12 12
(1E)
Entsprechend ergibt sich für die Zündwinkel:
I
L (a c
+ m 77') _V5.V 12 2 rr
n
WL
ir L 2
2
ar2 -
sin 2
a12 1 (17)
10. Beim
909835/0645
BAD ORIGINAL
- 36 -
2905986
10. Beim Zündwinkel z.-.Z.
der im Intervall
12'
,-,
,,
+ m .f.:., d,
+ (m+1) ;5-C-:- liegt, wird der Thyristor..t c
n
n
1, 2
c12
schalter in der Phase 12 gezündet.
Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Maßnahmen in der Tat das ursprüngliche Integrationsintervall
C
)
derart verschieben, daß es mit dem
c 12
c 12
Halbperiodenintervall (j.,
tX, ) unmittelbar vor dem
12
'
12
tatsächlichen Zündzeitpunkt übereinstimmt Wenn man ferner
die Größe n entsprechend groß vorsieht und dadurch das Subintervallit /n verhältnismäßig kurz wird, können die in den
Gleichungen (6) enthaltenen Näherungen beliebig weit an die
exakten Werte der Gleichungen (51 angenähert werden.
Die Prinzipien mit den beschriebenen Berechnungen können
sowohl in analoger als auch in digitaler Weise verwirklicht
werden.
In den Fig. 4A und 4B ist ein Beispiel für einen den Zündwinkel verschiebenden Rechner dargestellt, bei dem für die
Berechnung von ,-;(. 12 analoge Schaltkreiselemente Verwendung
finden. Das Blockdiagramm enthält analoge 4-Quadrant-Multiplizierschaltungen X1 und X2; Additions/Subtraktionsschaltungen Sl, S2
und S3; Verstärker K und I/V 12 ; einen rückstellbaren Integrator
I; eine Abtast- und Halteschaltung S/11; eine analoge Verzögerungsleitung ADL, welche
n Serienabtast- und Halteschaltungen mit
gemeinsamem Takt
umfaßt und eine
phasenstarre Regelschleife PLL , welche Ist-Zeit-Digitalsignale
in vorgegebener Phasenlage zum Eingangssignal, z. B. v 12
liefrt.SchßsnFuktiogeraG,wlch
den Zündwinkel zum induktiven Strom in Beziehung setzt,und ein
Komparator
909835/0645
- 37 -
29U5986
Komparator COMP vorgesehen, der einen Zündimpuls oC 12
lief rt.DerRechnerenthältfernerzweimonostabileSchaltungen
MS1 und MS2.
Für die Anwendung des Analogrechners zum Verschieben des
Zündwinkels wird davon ausgegangen, daß die erforderlichen
Signale für die Spannung und den Strom in geeigneter Weise,
C, V C und V C
31
12
23
geliefert werden. Entsprechend den Gleichungen (5) oder den
beispielsweise vom Spannungskalkulator V
vereinfachten Gleichungen (8) erscheinen die Augenblickswerte
und q
an den Aus12a
12b
gängen der MultiplizierschaltungenX1 und X2. Diese Produkte
der Spannungs- und Stromprodukte q
werden in der Additions/Subtraktionsschaltung Si addiert,
erhält. Diese Größe q
wird im Verstärker K
12
12
liefert. Dieses
skaliert, der ausgangsseitig das Signal K q
12
Ausgangssignal wird integriert unter Berücksichtigung von
womit man q
drei verschiedenen Integrationsgrenzen gemäß den Integralen
A, B und C in den Gleichungen (5) oder (8). Glücklicherweise
liegen die Integrationsgrenzen derart, daß alle drei Integrale
von dem einzigen Integrator I abgeleitet werden können. Der
Integrator wird jeweils beim Wert ri auf Null zurückgec 12
stellt. DaoC
konstant und mit der Netzfrequenz phasenstarr
c
12
gekoppelt ist, kann über die Schaltung PLL die monostabile Schaltung MS1, getriggert werden, die seinerseits die monostabile
Schaltung MS2 triggert und somit zwei kurze Impulse liefert.
Der zweite Impuls beginnt mit dem Ende des ersten Impulses
und wird zur Zurückstellung des Integrators I benutzt. Der erste
Impuls steuert die Abtast- und Halteschaltung S/11, die den
Endwert am Ausgang des Integrators abtastet und speichert, kurz
bevor der Integrator zurückgestellt wird. Dies wiederholt sich
für jeden Halbzyklus der Netzspannung. Das Ausgangssignal
des
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-38-
2205986
des Integrators I ist mit dem Eingang der analogen Verzögerungsleitung ADL verbunden, die ebenfalls vom 'Paktimpuls der phasenstarren Schleife PLL angesteuert wird und eine Verzögerung des
Ausgangssignals des Integrators I um eine Halbwelle bewirkt. Es
stehen also zu diesem Zeitpunkt das augenblickliche Ausgangssignal des Integrators I, das verzögerte Ausgangssignal dieses
Integrators und das gespeicherte Ausgangssignal zur Verfügung.
Das gespeicherte Ausgangssignal repräsentiert das gesamte
-s
Halbwellenintegral von K q 12 zwischen den Intervallen X.,
c112
vonaufeidrlgHbwen.DahristdAugsignal der Abtast- und Halteschaltung S/H gleich dem Ausdruck
(A) der Gleichung (4) oder (8).
Das verzögerte Ausgangssignal repräsentiert das Integral von
0
wie es um 180 früher auftritt. Daher entspricht dieses
K q
12'
Signal dem Ausdruck (C) in der Gleichung (5) oder (8).
Der Augenblickswert des Ausgangssignals des Integrators I
repräsentiert den Ausdruck (B), da der Integrator jeweils bei
dh. der unteren Grenze des zugehörigen Integrals zurückci 9
gestellt wird. Die beiden Ist-Zeit-Signale (B) und (C) und das
gespeicherte Signal (A) werden in der Additions/Subtraktionsschaltung S2 summiert, so daß man am Ausgang die Größe der
für die Kompensation erforderlichen Blindleistung erhält.
Die Blindleistung Q 12 (GG
c 12
+ m 27n) wird durch einen kon-
stanten Faktor
in den Wert des induktiven Stroms I
L
1/V12
umgewandelt und dann von dem Strom I ce in der Additions/
Subtraktionsschaltung S3 entsprechend den Gleichungen (16)
subtrahiert. Der Einfluß der Änderung der Spannungsamplitude
wird durch den Funktionsgenerator FG berücksichtigt, dessen
Ausgangs-
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- 39 -
2905986
Ausgangssignal zusammen mit dem Ausgangssignal der Additions/Subtraktionsschaltung S3 dem Komparator COMP zugeführt
werden. Dieser Komparator liefert seinerseits ausgangsseitig
das Signal zur Einstellung des Zündwinkels oz.12 . In Fig. 4A ist
lediglich der Rechner für die Berechnung des Zündwinkelsa
12
im Detail dargestellt. Die Rechner für die Berechnung der
Zündwinkel a.
23
und a
31
sind entsprechend aufgebaut.
Die in Fig. 4 dargestellte Last in Form eines Lichtbogenofens
dient lediglich der beispielsweisen Erläuterung. Die Erfindung
ist selbstverständlich auch in Verbindung mit anderen Verbrauchern einsetzbar, wenn immer eine Kompensation für die
Blindleistung benötigt wird. Die Kompensation kann auch für
negative und positive Halbwellen des Stromes und der Spannung
Verwendung finden. Zur Ermittlung der Lastströme i 1 , i 2 , i 3
können herkömmliche Überwachungseinrichtungen benutzt werden,
wie z. B. Stromtransformatoren oder dergl.. Auch ist die Benutzung
eines festliegenden Verzögerungswinkels tx.
für den richtigen
12
Betrieb der Schaltung nicht notwendig, vielmehr ist dieser nur
c
im Hinblick auf die beispielsweise Beschreibung anhand der Fig. 3
benutzt worden. Der festliegende Verzögerungswinkel a
c
kann
12
selbstverständlicherweise auch den Wert Null haben.
Die vorausstehend beschriebene Erfindung hat in vieler Weise
Vorteile. Ein wesentlicher Vorteil liegt in der Tatsache, daß die
Quellströme
I
und I gemäß Fig. 4B in Phase mit den
S1' S2
S3
Quellspannungen v , v
und v
auftreten können, obwohl
t2
t3
tl
die Lastströme i
i und i in Abhängigkeit von dem Einfluß
1' 2
3
der Last stark schwanken. Ein weiterer Vorteil ist darin zu
sehen, daß die Quellströme I
und I
mit Hilfe des
S1' IS2
S3
Kompensators 10 selbst dann ausbalanciert werden können,
w enn
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- 40 -
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i nicht ausbalanciert sind. Es
2' 3
erweist sich auch als vorteilhaft, daß das Berechnungsintervall
wenn die Lastströme i1, i
bis in den Halbzyklus, in welchem die Kompensation auszuführen
ist, um einen Betrag ausgedehnt werden kann, der dem Winkel
12 entspricht, so daß die jeweils neuesten Meßinformationen
für die Bestimmung des Winkels Gl- ,12 benutzt werden können.
Dadurch wird sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Genauigkeit
und die Geschwindigkeit der Steuerung der einzelnen Größen zur
Bestimmung des richtigen Kompensationsstromes verbessert,
um eine ausgeglichene und nahezu einheitliche Phasenbeziehung zwischen den Quellströmen und den Quellspannungen aufrechtzuerhalten.
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.
2905986
Nummer:
Int. CI. 2 :
Anmeldetag:
Offenlegungstag:
P29 05 986
H 02 J 3/18
16. Februar 1979
30. August 1979
FIG.I
FIG.2
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V2 3
v3 1
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