DE1588517A1

DE1588517A1 - Arrangement for switching inductivities on and off

Info

Publication number: DE1588517A1
Application number: DE1967L0058209
Authority: DE
Inventors: Floris Dr-Ing Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1967-12-22
Filing date: 1967-12-22
Publication date: 1971-04-01
Also published as: CH490752A; FR1596194A

Description

Anordnung zum Zu-und Abschalten von Induktivitäten. In Versorgungsnetzen treten nicht nur induktive, sbndern auch kapazitive Blindströme auf, die zur besseren Ausnutzung der Netze oder zur Spannungshalttaug durch Induktivitäten kompensiert werden müssen. Dieses Problem besteht z.B. bei langen, 9 1- -, - @@@@ @-Vt,en Leitungen. Bislang hat man derartige Induktivitäten mit mechanischen Schaltern zu- und abgeschaltet. Dies bereitet in mahchen Fällen Schwierigkeiten, z.B. treten beim Abschalten verhältnismässig kleiner Ströme leicht Überspannungen auf, welche die Anlagenteile gefährden. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diesen Nachteil zu vermeiden.Arrangement for switching inductances on and off. In supply networks, not only inductive, but also capacitive reactive currents occur, which have to be compensated for by inductances for better utilization of the network or for voltage maintenance. This problem exists, for example, with long, 9 1- -, - @@@@ @ -Vt, en lines. Up to now, such inductances have been switched on and off with mechanical switches. In some cases this causes difficulties, for example when switching off relatively small currents, overvoltages easily occur, which endanger the system components. The object of the invention is to avoid this disadvantage.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Zu- und Abschalten von Induktivitäten in Wechsel- oder Drehstromnetzen. Erfindungsgemäss ist eine Antiparallelschaltung von gesteuerten Halbleiterventilen in Reihe oder parallel zu der Induktivität vorgesehen, wobei die Ventile im Nulldurchgang des Dauerstromes der Induktivität geschaltet werden. Anhand einer Zeichnung sei ein schematisches Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.The invention relates to an arrangement for connecting and disconnecting inductances in alternating or three-phase networks. According to the invention, an anti- parallel connection of controlled semiconductor valves in series or in parallel with the inductance is provided, the valves being switched when the continuous current of the inductance passes through zero. A schematic exemplary embodiment of the invention will be explained with the aid of a drawing.

Fig. 1 zeigt drei Teilinduktivitäten Z, Z', L'', die durch vorgeschaltete, antiparallele steuerbare Ventile an die Netz -spannung U gelegt Werden können. Die dabei auftretenden elektrischen Vorgänge sind in Fig.-2 und Fig.3 angedeutet. Im Zeitpunkt t1, d.h. im Nulldurchgang des als Dauerstrom entstehenden Stromes IL werden die Ventile gezündet; so entstehen dann keinerlei Ausgleichsschwingungen oder Gleichstromglieder. Die Stromhalbwellen fliessen abwechselnd als 1 1 oder 1 2 über die beiden antiparallelen Ventile. Kurz vor dem Zeitpunkt t2 wird die Zündung der Ventile gesperrt, so dass der Strom im Nulldurchgang aufhört. Wenn beispielsweise parallel zur Teilinduktivität Z eine Wicklungskapazität C liegt, schwingt die Spannung US an den Ventilen im Zeitpunkt t2 entsprechend der Dämpfung angenähert auf das 1,7fache des Scheitelwertes der Netzspannung U.1 shows three partial inductances Z, Z ', L''which can be applied to the mains voltage U by means of upstream, anti-parallel controllable valves. The electrical processes that occur are indicated in Fig. 2 and Fig. 3. At time t1, ie at the zero crossing of the current IL arising as a continuous current, the valves are ignited; so then no compensating oscillations or direct current elements arise. The current half-waves flow alternately as 1 1 or 1 2 via the two anti-parallel valves. Shortly before time t2, the ignition of the valves is blocked, so that the current stops at the zero crossing. If, for example, there is a winding capacitance C parallel to the partial inductance Z, the voltage US at the valves oscillates at time t2, corresponding to the damping, approximately to 1.7 times the peak value of the mains voltage U.

Dieses Überschwingen der Spannung lässt sich vermeiden, wenn nach Fig. 3 die Zündung der Ventile im Nulldurchgang t3 der Spannung Us erfolgt. Es entsteht dann ein Gleichstromglied I d, welches sich dem Dauerwechselstrom überlagert. Wird jetzt kurz vor dem Zeitpunkt t" die Zündung der Ventile gesperrt, dann erfolgt die Unterbrechung des Stromes in seinem Nulldurchgang, d.h. aber bei einem kleineren Augenblickswert als dem Scheitelwert der Spannung UZ, so dass keine so grosse Überspannung auftritt wie riacri Fig. `. Dies trifft jedoch nur dann zu, wenn die Zeit von t3 bis t4 nicht gross gegenüber der Abkling-Zeitkonstante des Gleichstromes Id ist. Die Zahl der Halbwellen zwischen t1 und t2 bzw. zwischen t3 und t4 kann praktisch beliebige Werte annehmen.This voltage overshoot can be avoided if, according to FIG. 3, the valves are ignited at the zero crossing t3 of the voltage Us. A direct current element I d then arises, which is superimposed on the continuous alternating current. If the ignition of the valves is now blocked shortly before time t ", the current is interrupted in its zero crossing, ie at an instantaneous value smaller than the peak value of the voltage UZ, so that an overvoltage as large as riacri Fig.`. However, this only applies if the time from t3 to t4 is not great compared to the decay time constant of the direct current Id. The number of half-waves between t1 and t2 or between t3 and t4 can assume practically any values.

Fig. 4 zeigt eine Möglichkeit der Anwendung des Verfahrens bei Drehstrom. Zur Verminderung des Aufwandes kann hier je eines der beiden antiparallelen Ventilw ungesteuert ausgeführt werden. Ohne Sternpunktverbindung kann dabei durch die urgesteuerten Ventile kein Gleichstrom fliessen; es lädt sich lediglich der Sternpunkt potentialmässig auf den Scheitelwert der Spannung auf.Fig. 4 shows one possibility of using the method with three-phase current. To reduce the effort, one of the two antiparallel Ventilw run uncontrolled. Without a star point connection, the primary controlled Valves do not flow direct current; only the star point is charged in terms of potential on the peak value of the voltage.

Fig. 6 zeigt den Fall, dass die antiparallelen Ventile nicht in Reihe sondern parallel zu den Induktivitäten angeordnet Ywerüer, wie dies z.B. beider Einfügung von Induktivitäten als Reihen-induktivitäten in den Zug einer Zeitung vorteilhaft ist. Nach Fig. ? spielen sich beim Ein- und Ausschalten der Induktivität in den Zug der Zeitung die gleichen Vorgänge ab wie nach Fig.2, wenn im Zeitpunkt t5 des Nulldurchganges des Stromes I die Ventile gezündet, d.h. also die Drossel kurzgeschlossen wird. Die Öffnung der Ventile, d.h. das Wiedereinfügen. der Induktivität in den Zug der Zeitung erfolgt im Zeitpunkt t6, in dem der Strom durch Null geht. Dabei schwingt die Spannung UZ etwa auf das 1,7fache ihres Scheitelwertes an.ry Auch hier,kann diese Überspannung ähnlich wie nach Fig. 3 vermieden werden, wenn nach Fig. 5 im Zeitpunkt t7, d.h. angenähert im Nulldurchgang der Spannung, gezündet wird, da dann ein Gleichstromglied Ia in der Induktivität aufrecht erhalten wird. Wenn die Induktivitäten benutzt werden, um kapazitive Blindströme zu kompensieren oder die Netzspannung zu stabilisieren, müssen sie dem jeweiligen Belastungszustand des Netzes angepasst werden, d.h. ihre Grösse muss möglichst trägheitslos geändert werden können. Dies erfolgt nach der Erfindung in Stufen. In Fig. 1 können z. B. drei verschiedene Induktivitäten Z, Z' und Z " , die verschieden gross sein können, in verschiedener Kombination an die Netzspannung U gelegt werden. Dieses Zu- und Abschalten kann durch einen Regler automatisch erfolgen. Die Anordnung nach Fig. 1 hat jedoch noch den Nachteil, dass wegen der Wachstumsgesetze drei Einzelinduktivitäten aufwendiger sind als eine einzige Induktivität mit Anzapfungen. Fig. 8 zeigt, wie eine Induktivität Z mit Anzapfungen stufenweise an eine Netzspannung U gelegt werden kann. Beim Zünden der Ventilgruppe a liegt die Gesamtinduktivität an der Netzspannung U; beim Zünden der Ventilgruppe b, die an die Mitte der Wicklung angeschlossen wird, liegt eine Induktivität angenähert Z/4 an der Netzspannung U. Wenn beide Ventilgruppen gesperrt sind, ist die Induktivität abgeschaltet. Durch Anschalten weiterer Ventilgruppen an die gestrichelt angedeuteten Anzapfungen können weitere Teilstufen der Induktivität Zwein- und ausgeschaltet werden, ohe dass Überspannungen an den Ventilen auftreten.6 shows the case in which the anti-parallel valves are not arranged in series but in parallel with the inductances, as is advantageous, for example, when inserting inductances as series inductances in the train of a newspaper. According to Fig.? When the inductance is switched on and off in the train of the newspaper, the same processes take place as according to FIG. The opening of the valves, that is, the reinsertion. The inductance in the train of the newspaper takes place at time t6, in which the current goes through zero. The voltage UZ swings to about 1.7 times its peak value. Here too, this overvoltage can be avoided in a manner similar to that in FIG. 3 if, according to FIG. since then a direct current element Ia is maintained in the inductance. If the inductances are used to compensate for capacitive reactive currents or to stabilize the mains voltage, they must be adapted to the respective load condition of the network, ie their size must be able to be changed with as little inertia as possible. According to the invention, this takes place in stages. In Fig. 1, for. B. three different inductances Z, Z 'and Z ", which can be of different sizes, can be applied in different combinations to the mains voltage U. This switching on and off can be done automatically by a regulator the disadvantage that, due to the laws of growth, three individual inductances are more expensive than a single inductance with taps ; when valve group b, which is connected to the middle of the winding, is ignited, an inductance is approximately Z / 4 at the mains voltage U. If both valve groups are blocked, the inductance is switched off Sub-stages of the inductance can be switched on and off without overvoltages the valves occur.

Fig. 9 zeigt die gleiche Anordnung für den Fall, dass eine ,Induktivität Z in Reihenschaltung in den Zug einer Zeitung -mit dem angenähert festen Strom I eingeschaltet wird. Wird die Gruppe c allein gezündet, liegt die gesamte Induktivität im Zuge der Zeitung. Wird die Gruppe d allein gezündet, liegt etwa Z/4 im Zug der Leitun#. Zündet man die beiden Gruppen d und e gleichzeitig, ist die Induktivität kurzgeschlossen. Durch Anschliessen weiterer Ventilgruppen an be-@ liebige Anzapfungen der Drossel kann man beliebige Teildrosseln schalten, wie es in Fig. 10 angedeutet ist. Bei Reiheninduktivitäten ist dafür Sorge zu tragen, dass wenigstens eine der Ventilgruppen (in Fig. 9 eine der Gruppen c oder d) gezündet ist, da anderenfalls der Zeitungszug unterbrochen sein und daher die volle Spannung an den Ventilen auftreten würde Andererseits ist es bei angezapften Reiheninduktivitäten mÖglich, gleichzeitig mehrere '-Ventilgruppen zu zünden; es bleibt dann lediglich die jeweilige Streuinduktivität wirksam.Fig. 9 shows the same arrangement for the case that an inductance Z connected in series in the train of a newspaper - with the approximately fixed current I. is switched on. If group c is ignited alone, the entire inductance is present in the Wake of the newspaper. If group d is ignited alone, about Z / 4 is in the train of the line. If the two groups d and e are ignited at the same time, the inductance is short-circuited. By connecting further valve groups to any taps on the throttle you can switch any partial throttles, as indicated in FIG. at Series inductances ensure that at least one of the valve groups (in Fig. 9 one of the groups c or d) is ignited, otherwise the newspaper train be interrupted and therefore the full voltage would appear on the valves on the other hand If the series inductances are tapped, it is possible to use several 'valve groups at the same time to ignite; then only the respective leakage inductance remains effective.

Fig. 11 zeigt das stufenweise Schalten einer Induktivität bei Drehstrom. Um Ventilgruppen einzusparen, kann dabei - wie dargestellt - die jeweilige Sternpunktverbindung statt durch drei Ventilgruppen nur durch zwei Ventilgruppen erfolgen. Der Strom in den Ventilen ist dann etwas grösser, dafür ist jedoch die Zahl der Ventile kleiner. Die Wicklung der Induktivität kann in der in Fig. 11 angedeuteten Weise in ihrem Querschnitt abgestuft sein.11 shows the step-by-step switching of an inductance with three-phase current. In order to save valve groups - as shown - the respective star point connection instead of three valve groups, only two valve groups. The current in the valves is then somewhat larger, but the number of valves is smaller. The winding of the inductance can in the manner indicated in FIG. 11 in its Be stepped cross-section.

Wenn die Anforderungen an die Kompensation der oder an die Spannungshaltung besonders hoch sind, müssen die Teilinduktivitäten besonders freinstufig gewählt werden. Stattdessen kann man auch eine oder nur einige wenige grobe Stufen vorgehen und diese in feinere Stufen dadurch unterteilen, dass gleichzeitig Kompensationskondensatoren in feinen St)ifen zu- und abgearthultet werden, wobei hian zum Schalten der Kondensatoren ebenfalls antiparallele Ventile verwenden wird..Dies hat den Vorteil, dass Kondensatorgruppen mit geringerem Aufwand feinstufig unterteilt und geschaltet werden können als Induktivitäten. Da in praktischen Fällen oft kapazitive Blindströme abwechselnd mit induktiven Blindströmen kompensiert werden müssen, sind Kompensationskondensatoren in vielen praktischen Fällen sowieso vorhanden.If the demands on the compensation of or on the voltage maintenance are particularly high, the partial inductances must be selected particularly freely . Instead, you can proceed with one or only a few coarse steps and subdivide these into finer steps by adding and disconnecting compensation capacitors in fine steps, whereby anti-parallel valves are also used to switch the capacitors The advantage that capacitor groups can be finely divided and switched with less effort than inductivities. Since in practical cases capacitive reactive currents often have to be compensated alternately with inductive reactive currents, in many practical cases there are compensation capacitors anyway.

Zu einer stetigen Kompensation gelangt man, wenn man ausser stufenweise geschalteten Induktivitäten und Kapazitäten auch einen stetig steuerbaren Blindstromrichter heranzieht. Da Blindstromrichter aufwendiger süd als geschaltete Kapazitäten oder Induktivitäten, ist es zweckmässig, den Blindstromrichter nur zur Überbrückung einer oder einiger weniger Induktivitäts-bzw. Kapazitätsstufen zu benutzen.A steady compensation can be achieved if one does not proceed in stages switched inductances and capacitances also have a continuously controllable reactive power converter attracts. Since reactive power converters are more expensive south than switched capacities or Inductances, it is advisable to use the reactive power converter only to bypass one or a few inductance or. To use capacity levels.

Da sich nach der Erfindung Induktivitäten sehr schnell schalten lassen, kann man mit Hilfe von automatisch wirkenden Reglern sehr schnell wirkende und feinstufige Kompensation von Blindströmen oder Spannungsstützung erreichen, ohne dass dabei der Abnützung unterworfene oder zu Überspannungen neigende, träge mechanische Schalter benötigt werden.Since, according to the invention, inductances can be switched very quickly, With the help of automatically acting regulators, you can have very fast acting and finely graduated ones Achieve compensation of reactive currents or voltage support without doing so Sluggish mechanical switches subject to wear and tear or prone to overvoltages are needed.

Claims

P a t e n t a-n s p r ü c h e 1.) Arrangement for switching on and off of inductances in AC or three-phase networks, characterized in that an anti-parallel connection of controlled semiconductor valves in series or parallel to the inductance is provided, the valves in the zero crossing of the continuous current the inductance can be switched. 2.) Arrangement according to claim 1, characterized in that that the inductances are used to compensate for the reactive current or to support the voltage of the AC network can be switched on and off automatically by a controller. 3.) Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that partial inductances are provided, each connected to the AC or three-phase network via an anti-parallel circuit controlled valves, depending on the load status of the network by the controller can be switched on or off quickly. 4.) Arrangement according to claim 1-3, characterized characterized in that the partial inductances are tapped by the winding of a Total inductance are formed. 5.) Arrangement according to claim 1 - 4, characterized in that the inductances are only in one or in some a few coarse steps can be switched, and that the more precise compensation through Switching on and off of simultaneously existing partial capacitors takes place can be switched by anti-parallel valves. 6.) Arrangement according to claim 1 - 5, characterized in that the stages of inductances or capacitances by a continuously controllable reactive power converter can be bridged, so that: overall a stepless, fast-acting compensation of capacitive and inductive reactive currents or a fast acting voltage support results. ?.) Arrangement for switching on and off of inductances in AC or three-phase networks, characterized in that an anti-parallel connection of a controlled and an uncontrolled semiconductor valve is provided in series or in parallel with the inductance, the valves in Zero crossing of the continuous current of the inductance can be switched.