ARESTOV, Victor (Compbachweg 9, Wachtberg, 53343, DE)
| Patentansprüche 1. Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Last mit reaktiver Charakteristik an einer Wechselspannungs- Versorgung, wobei parallel zur Last wenigstens ein Kompensationskondensator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine weiteres Schaltungselement mit reaktiver Charakteristik parallel zur Last bzw. zum Kompensationskondensator angeordnet ist, dass ein dem Laststrom proportionaler Steuerstrom aus dem Laststrom abgeleitet wird, wobei der Steuerstrom derart mit dem weiteren Schaltungselement verkoppelt ist, dass er einer Veränderung des reaktiven Anteils der Last entgegenwirkt. 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei konstanter Frequenz der Versorgungsspannung die Größe des Blindwiderstandes des Kompensationskondensators gleich groß oder nahezu gleich groß ist, wie die Größe des Blindwiderstandes der Last, wobei bei lastbedingten Änderungen des Scheinwiderstandes der Last der Steuerstrom derart auf das weitere Schaltungselement wirkt, dass die Parallelschalung aus Last und weiterem Schaltungselement einen Blindwiderstand aufweist, der dem Kompensationskondensator entspricht. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auskopplung des Steuerstroms ein Stromtransformator im Lastkreis angeordnet ist. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Schaltungselement eine Drossel mit auf einem gemeinsamen magnetischen Kern gegensinnig angeordneten Spulen ist, wobei die primäre Spule parallel zum Kompensationskondensator und zur Last angeordnet ist und die sekundäre Spule mit dem Steuerstrom beaufschlagt ist. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,!! dass das weitere Schaltungselement durch zwei Drosseln gebildet ist, deren primäre Spule zueinander in Serie geschaltet sind, wobei die Serienschaltung der primären Spulen parallel zum Kompensationskondensator und zur Last angeordnet ist, und dass die sekundären Spulen in Serie geschaltet und mit dem Steuerstrom beaufschlagt sind. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Steuerstrom in der sekundären Spule induzierte Spannung so gerichtet ist, dass sie dem Strom in der primären Spule der Drossel entgegen wirkt. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseln einen Luftspalt im magnetischen Kern aufweisen. 8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ausgangsseitig an die Sekundärwicklung des Stromtransformators ein Gleichrichter, insbesondere ein Brückengleichrichter, angeordnet ist. 9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsspannung des Gleichrichters über einen Stellwiderstand den sekundären Spulen der Drosseln zugeführt werden. 10. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Last gebildet ist aus einem Leistungstransformator mit Primär- und Sekundärwicklung und ein an die Sekundärwicklung angeschlossenes Gerät zur Umwandlung der elektrischen in mechanische Wirkleistung oder zur Erzeugung von Wärme angeschlossen ist. 11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungstransformator im Eisenkreis einen Luftspalt aufweist. 12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklung des Leistungstransformators eine Anzapfung aufweist, die mit dem Gleichrichter verbunden ist. 13. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Last aus einer Synchronmaschine oder einer Asynchronmaschine gebildet ist. 14. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer der Eingangsklemmen der Schaltungsanordnung und einem der Anschlüsse des Kompensationskondensators eine weitere Induktivität derart angeschlossen ist, dass die weitere Induktivität in Serie zur restlichen Schaltungsanordnung geschaltet ist. 15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Induktivität durch eine Drossel, eine Spule, eine Transformator oder ein Elektromotor gebildet ist. 16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Induktivität durch ein Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklungen gebildet ist, wobei die Primärwicklung in Serie zur restlichen Schaltungsanordnung geschaltet ist und die Sekundärwicklung mit einem RC-Glied belastet ist. 1/1 |
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Last mit reaktiver Charakteristik an einer Wechselspannungs- Versorgung. Es ist allgemein bekannt, dass bei solchen Lasten eine Blindleistungskompensation mittels parallel zur Last geschalteter reaktiver Elemente möglich ist. Im Falle von induktiv wirkenden Lasten sind als Gegenstück ein oder mehrere Kondensatoren zur Kompensation anzuordnen und im Falle von kapazitiv wirkenden Lasten wären dementsprechend induktive Elemente vorzusehen.
Grundgedanke der Blindleistungskompensation ist bekanntlich, dass der von der Last benötigte Blindleistungsanteil nicht durch den Netzversorger zur Verfügung gestellt werden muss - was die Netzleitungen höher belasten würde - sondern dass diese Blindleistung zwischen Last und reaktivem Kompensationselement praktisch nur auf der Verbraucherseite hin und her pendelt.
Nachteil bekannter Anordnungen zur Blindleistungskompensation ist, dass diese nicht oder nur unzureichend in der Lage sind auf Änderungen des Blindleistungsbedarfs der Last zu reagieren. Mit anderen Worten, die Kompensation der Blindleistung wird nur für einen stationären Betriebszustand der Last ausgelegt, die Kompensation an sich ist somit statisch. Üblicherweise wird hierbei ein cos□ von 0,85 bis 0,95 angestrebt.
Ziel der Erfindung ist es, eine möglichst optimale Blindleistungskompensation zu ermöglichen und die Gesamteffizienz der Anordnung zu erhöhen bzw. eine optimale Stromeinsparung zu erreichen. Last und Kompensationselement sollen in Resonanz zueinander oder möglichst nahe an der Resonanz betrieben werden. Um diesen an sich kritischen Betriebszustand zu beherrschen ist erfindungsgemäß eine
Rückkopplungskette vorgesehen, die einen Steuerstrom einem weiteren reaktivem Schaltungselement zuführt. Hierdurch ist es außerdem möglich die Stromaufnahme der Last aus dem Versorgungsnetz zu reduzieren, insbesondere zu regulieren.
Somit weist eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
BESTÄTIGUNGSKOPIE erfindungsgemäß ein weiteres Schaltungselement mit reaktiver Charakteristik auf, welches parallel zur Last bzw. zum Kompensationskondensator angeordnet ist, welches mit einem Steuerstrom derart beaufschlagt ist, dass dieser Steuerstrom einer Veränderung des reaktiven Anteils der Last entgegenwirkt, und dass der Steuerstrom als eine dem Laststrom proportionale Größe aus dem Laststrom abgleitet wird. Auf diese Weise wird ein Reaktor zur elektromagnetischen Verbrauchsoptimierung geschaffen.
Um die zuvor angesprochen optimale Blindleistungskompensation zu erreichen ist bei konstanter Frequenz der Versorgungsspannung bevorzugt die Größe des
Blindwiderstandes des Kompensationskondensators gleich groß oder nahezu gleich groß, wie die Größe des Blindwiderstandes der Last, wobei bei lastbedingten
Änderungen des Scheinwiderstandes der Last der Steuerstrom derart auf das weitere Schaltungselement wirkt, dass die Parallelschalung aus Last und weiterem
Schaltungselement einen Blindwiderstand aufweist, der hinsichtlich seines Betrages dem Kompensationskondensator entspricht.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung dient ein Stromtransformator der Auskopplung des Steuerstroms. Dieser Stromtransformator ist im Lastkreis angeordnet. Hierbei ist wesentlich, dass der Stromtransformator so auszulegen ist, dass ein linearer und phasenrichtiger Zusammenhang zwischen dem primärseitig fliesenden Strom und der durch diesen primärseitigen Strom induzierte Spannung auf der Sekundärseite gegeben ist. Bei der Auslegung des Stromtransformators ist darauf zu achten, dass der magnetische Kern durch den vorgesehenen primärseitigen
Nennstrom nicht in die Sättigung gelangt.
Das weitere Schaltungselement ist beispielsweise ein Drossel mit auf einem
gemeinsamen magnetischen Kern gegensinnig angeordneten Spulen, wobei die primäre Spule parallel zum Kompensationskondensator und zur Last angeordnet ist und die sekundäre Spule mit dem Steuerstrom beaufschlagt ist.
In einer besonders effizienten Ausführungsform der Erfindung ist das weitere
Schaltungselement durch zwei Drosseln gebildet, deren primäre Spulen zueinander in Serie geschaltet sind. Die Serienschaltung der primären Spule sind wiederum parallel zum Kompensationskondensator und zur Last angeordnet. Auch die sekundäre Spulen sind in Serie geschaltet und werden damit vom selben Steuerstrom
durchflössen. Um mehr magnetische Energie speichern zu können, weisen die Kerne der Drosseln bevorzugt einen Luftspalt auf.
Um die angesprochene Effizienz noch weiter zu steigern kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Anordnung der sekundären Spulen an der Drossel so gewählt sein, dass die durch den Steuerstrom in den sekundären Spulen induzierte Spannung so gerichtet ist, dass sie dem Stromfluss in der primären Spule der Drossel entgegen wirkt.
Beide zuvor genannten Maßnahmen führen dazu, dass die durch das weitere
Schaltungselement verbrauchte Verlustleistung minimiert wird, weil der Stromfluss in der bzw. in den primären Spulen möglichst klein gehalten wird.
Ausgangsseitig kann an die Sekundärwicklung des Stromtransformators ein
Gleichrichter, insbesondere ein Brückengleichrichter, angeschlossen werden, der wiederum ausgangsseitig mit einem Stellwiderstand verbunden ist. Über diesen Stellwiderstand wird die gleichgerichtete, pulsierende Ausgangsspannung der sekundären Spule der wenigstens einen Drossel zugeführt. Damit dient der
Stellwiderstand der Anpassung und Stabilisierung des Arbeitspunktes der
Kompensation. Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist geeignet für eine Last, die aus einem Leistungstransformator mit Primär- und Sekundärwicklung gebildet ist, mit wenigstens einem an die Sekundärwicklung angeschlossenen Gerät zur Umwandlung der elektrischen in mechanische Wirkleistung oder zur Erzeugung von Wärme.
Bevorzugt wird ein Leistungstransformator verwendet, der im Eisenkreis einen Luftspalt aufweist. Außerdem kann die Sekundärwicklung des
Leistungstransformators eine Anzapfung aufweisen, die mit dem Gleichrichter verbunden ist. Alternativ kann die Last - mit und Zwischenschaltung eines
Leistungstransformators - durch eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine gebildet sein.
Versuche des Anmelders haben gezeigt, dass die erfindungsgemäße
Schaltungsanordnung besonders effizient arbeitet, wenn die angeschlossene Last nicht mit ihrer Nennleistung betrieben wird, sondern mit deutlich geringeren Werten.
Insbesondere bei Verwendung eines Leistungstransformator hat sich gezeigt, dass die Schaltungsanordnung besonders effizient arbeitet, wenn die Leerlaufleistung bei etwa 10% der Nennleistung liegt. Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass gegenüber der Stromaufnahme aus dem Netz ein betragsmäßig zehnfach erhöhter Strom zwischen Kompensationskondensator und Last, also innerhalb des Reaktors, fließt.
Ferner haben Versuche der Anmelderin gezeigt, dass eine Steigerung der Effizienz der Gesamtanordnung dadurch erreicht werden kann, wenn zwischen einer der
Eingangsklemmen der Schaltungsanordnung und einem der Anschlüsse des
Kompensationskondensators eine weitere Induktivität derart angeschlossen ist, dass die weitere Induktivität in Serie zur restlichen Schaltungsanordnung geschaltet ist. Diese weitere Induktivität kann durch eine Drossel, eine Spule, einen Transformator oder durch einen Elektromotor gebildet sein. Bei den Versuchen des Anmelders war die weitere Induktivität in einer besonders effizienten Ausführungsform gebildet aus einem Transformator mit einer Primär- und einer Sekundärwicklungen, wobei die Primärwicklung in Serie zur restlichen Schaltungsanordnung geschaltet ist und die Sekundärwicklung mit einem RC-Glied, also mit einem ohmschen Widerstand und einer Kapazität, belastet war.
Es sei außerdem noch darauf hingewiesen, dass alle in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung verwendeten Transformatoren als Spartransformatoren ausgeführt sein können.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in der Abbildung gezeigt ist, erläutert.
Die Abbildung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung. Diese wird mit den Eingangsklemmen an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen und mit einer Eingangswechselspannung UE versorgt. Parallel zu den Eingangsklemmen ist ein Kompensationskondensator C geschaltet, der somit mit der Versorgungsspannung beaufschlagt ist. Wiederum parallel zum Kompensationskondensator C liegt die Primärwicklung Wi eines Leistungstransformators LTr, welche von einem Strom I2 durchflössen wird. Die Sekundärwicklung W2 des Leistungstransformators LTr weist ein Anzapfung auf, welche eine Wicklungsabschnitt W 2' bildet. Die Wicklung W2 und der Wicklungsabschnitt W2' stellen einen Spartransformator dar. Der
Leistungstransformator hat in seinem Eisen- oder Ferritkern einen Luftspalt.
Die Ausgangsklemmen der Sekundärwicklung W 2 des Leistungstransformators LTr sind mit der eigentlichen Last Z verbunden. An den Ausgangsklemmen des
Leistungstransformators LTr liegt somit die Ausgangswechselspannung UA an. Im Ausgangskreis des Leisrungstransformators, welcher aus der Sekundärwicklung W2 und der eigentlichen Last gebildet ist, befindest sich weiteres ein Stromtransformator StTr, dessen Primärwicklung vom Laststrom II durchflössen wird.
Dieser Strom II induziert in der Sekundärwicklung des Stromtransformators StTr eine Spannung, welche zusammen mit der Spannung, welche am Wicklungsabschnitt W? des Leistungstransformators LTr abgegriffen wird, die Eingangsspannung für den Gleichrichter GL bildet. Der Gleichrichter GL, welcher als Brückengleichrichter ausgeführt ist und somit eine pulsierende Gleichspannung liefert, ist über einen Stellwiderstand R mit sekundären Spulen S12, S22 zweier Drosseln Drl und Dr2 verbunden. Diese sekundären Spulen S 1 2, S 22 der Drosseln Drl und Dr2 werden von einem Steuerstrom I s t durchflössen. Die primären Spulen S1 1 , S21 der beiden Drosseln Drl und Dr2 sind zueinander in Serie geschaltet, wobei die Serienschaltung dieser beiden Drosseln Drl und Dr2 wiederum parallel zum Kompensationskondensator C und zur Primärwicklung Wi des
Leistungstransformators LTr geschaltet ist. In diesen beiden primären Spulen Sn, S21 der Drosseln Drl und Dr2 fließt der Strom Ii. Beide Drosseln Drl und Dr2 haben zwei Spulen Sn, S12 ; S21, S22 , welche jeweils auf einem gemeinsamen magnetischen Kern aus Eisen- oder Ferrit angeordnet sind. Um die magnetische Energie gut speichern zu können und zu verhindern, dass die Drosseln Dr lund Dr2 in Sättigung kommen, weisen die Kerne jeweils einen Luftspalt auf. Wichtig ist nun, dass die sekundären Spulen S 12 , S22 einen Wicklungssinn aufweisen, der dazu führt, dass das durch den pulsierenden Gleichstrom induzierte magnetische Feld dem magnetischen Feld, welches durch den Strom Ii in den primären Spulen Sn, S21 verursachten wird, entgegenwirkt. Hierbei ist dies für die Drossel Dr2 dann der Fall, wenn die primäre Spule S2 1 von einem Strom durchflössen ist, der sich als negative Halbwelle darstellen lässt, oder anders ausgedrückt, wenn dessen
Stromrichtung entgegen der Pfeilrichtung von Ii gerichtet ist. Die Spule S 22 ist so angeschlossen, dass der Steuerstrom Ist eine Spannung in der Spule S2 1 induziert, welche dem über dieser Spule anliegenden Netzspannungsanteil während eines
Halbwellenpulses entgegenwirkt. Während der positiven Halbwelle des Stromes h tritt dieser regelnde Effekt in der Drossel Drl auf. Somit ist eine Regelstrecke bzw. eine Rückkopplungskette geschaffen, die dafür sorgt, dass über die primären Spulen S 1 2, S 21 immer ein Strom in einer Größe fließt, dass dieser der Verstimmung des aus Last Z in Verbindung mit dem Leistungstransformator LTr und Kompensationskondensator C gebildeten Parallelschwingkreis infolge von Laständerungen entgegenwirkt.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Last Z über den
Leistungstransformator LTr an das Versorgungnetz angeschlossen. Sofern die Last induktive Komponenten enthält, kann diese auch ohne Zwischenschaltung eines Leistungstransformators angeschlossen werden. Dies ist insbesondere bei
Synchronmaschinen und Asynchronmaschinen der Fall. Festzuhalten ist noch, dass im Leerlauffalle der Leistungstransformator LTr aufgrund seines Luftspaltes in der Lage ist, als eine Art Speicherdrossel zu fungieren. Er bildet damit im Leerlauf den induktiven Teil des Resonanzkreises.
Next Patent: APPARATUS AND METHOD FOR PLACING ROWS AND/OR PILES OF PACKAGED UNITS ONTO TRANSPORT PALLETS