DE69534843T2

DE69534843T2 - Struktur und verfahren zur filtrierung eines wechselstrom-leistungssystems mit dem aktiven injektionsmodus

Info

Publication number: DE69534843T2
Application number: DE69534843T
Authority: DE
Inventors: R. Larry Los Altos SUELZLE
Original assignee: Active Power Technologies Inc
Current assignee: Active Power Technologies Inc
Priority date: 1994-06-06
Filing date: 1995-06-05
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2015-06-06
Also published as: US5608276A; CA2192189A1; WO1995034119A1; DE69534843D1; CA2192189C; EP0803146B1; AU2658995A; US5614770A; EP0803146A1; EP0803146A4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einspeisen von Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten in eine Wechselstromleitung und insbesondere einen aktiven Einspeisemodusfilter (AIM-Filter) des Parallelmodus, der Nicht-Fundamentalfrequenzströme bereitstellt, die von einer nicht linearen Last gezogen werden, um diese Nicht-Fundamentalfrequenzströme daran zu hindern, zur Wechselstromquelle zu fließen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei herkömmlichen Wechselstromsystemen wird der Strom von einer Wechselstromquelle durch ein Netz von Stromleitungen und durch Transformatoren übertragen, um entweder dreiphasige oder einphasige Lasten zu versorgen. Diese Lasten bestehen typischerweise sowohl aus linearen als auch nicht linearen Elementen. Strom wird bei einer Fundamentalfrequenz f₀ von typischerweise 60 Hz an das Stromsystem angelegt. Jedoch ziehen bestimmte nicht lineare Lasten ebenfalls unerwünschte Ströme, die Frequenzen aufweisen, die sich von der Fundamentalfrequenz der Leitung unterscheiden (z.B. Oberschwingungen f₂ = 2f₀, f₃ = 3f₀ usw.). Diese unerwünschten Stromkomponenten werden als Nicht-Fundamentalfrequenzströme bezeichnet.
Nicht lineare Lasten, wie beispielsweise Wechselstrom-Gleichstrom-Gleichrichterstromversorgungen, ziehen Nicht-Fundamentalfrequenzströme. Typischerweise werden diese Nicht-Fundamentalfrequenzströme entlang von Stromleitungen und durch Transformatoren von der Wechselstromquelle an die Last angelegt. Übermäßige Nicht-Fundamentalfrequenzströme können eine ernsthafte Spannungsverzerrung in den Stromleitungen verursachen, wenn sie mit den Quellenimpedanzen des Stromsystems (einschließlich der Impedanzen der Wechselstromquelle und der Stromleitungen) interagieren. Übermäßige Nicht-Fundamentalfrequenzströme und ihre zugehörigen Spannungen können ebenfalls Interferenz, Überhitzung der Stromleitungen und Transformatoren sowie Fehlfunktion anderer Vorrichtungen verursachen, die mit dem stromaufwärts angeordneten Wechselstromsystem verbunden sind.
Ein AIM-Filter ist eine elektronische Stromumwandlungsvorrichtung, die parallel zu einer Stromleitung geschaltet ist, um Nicht-Fundamentalfrequenzströme, die von einer Last gezogen werden, auszugleichen. Der AIM-Filter ist typischerweise in der Nähe der Last angeordnet, die die unerwünschten Nicht-Fundamentalfrequenzströme zieht. Im Allgemeinen erfasst ein AIM-Filter die Nicht-Fundamentalfrequenzströme, die von der Last gezogen werden, versucht, Ströme zu erzeugen, die zu diesen Nicht-Fundamentalfrequenzströmen passen, und speist diese passenden Nicht-Fundamentalfrequenzströme zurück in die Stromleitung ein. Auf diese Weise stellt der AIM-Filter die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten bereit, die von der Last gefordert werden, so dass diese Ströme nicht von der Wechselstromquelle zu dem Punkt fließen, an dem der AIM-Filter mit der Stromleitung verbunden ist.
Eine AIM-Vorrichtung kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Reaktion einer Wechselstromquelle auf eine nicht lineare Belastung oder die Undurchlässigkeit einer Last (z.B. elektronische Ausrüstung) gegenüber elektrischem Strom von schlechter Qualität zu testen. Bei einer solchen Anwendung erfasst die AIM-Vorrichtung nicht den Strom, der in der Stromleitung vorhanden ist, sondern erzeugt stattdessen vorherbestimmte Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten. Diese Stromkomponenten werden daraufhin in eine Stromleitung eingespeist, die andernfalls möglicherweise keine Nicht-Fundamentalfrequenzströme erfahren würde. Die Reaktion der Wechselstromquelle oder der Last wird daraufhin beobachtet, um zu ermitteln, wie sie sich verhält, wenn sie derartigen Bedingungen ausgesetzt wird.
1 ist eine Zeichnung mit einer einzelnen Leitung eines AIM-Filters 17 des Stands der Technik, der mit einem Wechselstromsystem verbunden ist, wie beispielsweise in Dokument WO 94/05067 gezeigt. Die Wechselstromquelle 10 überträgt auf der Stromleitung 11 einen Strom I_S mit einer Spannung von V_Leitung zur Last 12. Die Last 12 umfasst im Allgemeinen ein lineares Element 41 mit einer Impedanz Z_L und einen Nicht-Fundamentalfrequenzstromgenerator 42, der jeweils die Ströme I_ZL und I_H zieht.
Der Stromwandler 15 ist mit der Stromleitung 11 gekoppelt, um den Strom I_L, der von der Last 12 gezogen wird, zu erfassen. Der Stromwandler 15 stellt dem Oberschwingungsstromdetektor 16 ein Signal V₁₀ bereit, das proportional zu dem Strom I_L ist. Der Oberschwingungsstromdetektor 16 filtert die Fundamentalfrequenzstromkomponente des Signals V₁₀, um ein Spannungssignal V₁₁ zu erzeugen, das proportional zu den Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten ist, die von der Last 12 gezogen werden, das heißt die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten sowohl von I_ZL als auch von I_H.
Das Spannungssignal V₁₁wird durch den Summierungsknoten 18, den Verstärker 19 und den Summierungsknoten 20 des Transkonduktanzverstärkers 24 übertragen. Als Reaktion erzeugt der Transkonduktanzverstärker 24 eine Stromausgabe I₁, die proportional zum Eingangsspannungssignal V₁₁ ist. Die Verstärkung des Transkonduktanzverstärkers 24 wird so gesteuert, dass der Strom I₁, der von dem Transkonduktanzverstärker 24 erzeugt wird, den Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten des Laststroms I_L entspricht.
Der Transkonduktanzverstärker 24 umfasst typischerweise einen Pulsbreitenmodulatorkreis 23, eine Hochgeschwindigkeitsschaltungsverknüpfung 26, eine Ausgangsinduktionsspule 30 und einen Stromwandler 28. Der Wandler 28 stellt dem Summierungsknoten 18 ein Stromrückführsignal V₁₂ bereit, um aus dem Verstärker einen Transkonduktanzverstärker zu machen, d.h. einen Verstärker, der als Reaktion auf ein Eingangsspannungssignal einen Ausgangsstrom erzeugt. Die Induktionsspule 30 und der passive Filter 32 entfernen Hochfrequenzschaltstromkomponenten, die von dem Pulsbreitenmodulatorkreis 23 und der Transistorschaltungsverknüpfung 26 eingeleitet werden.
Der Spannungssensor 22 stellt innerhalb der Stromsteuerungsrückführschleife ein Leitungsspannungsmitkopplungssignal bereit, das die notwendige Verstärkung der Stromsteuerungsrückführschleife verringert, wodurch die Stabilität dieser Schleife verbessert wird.
Der Ausgangstrom I₁ des Transkonduktanzverstärkers 24 erzeugt die Gesamtheit der Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten des Laststroms I_L, einschließlich I_H und der Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten von I_ZL. Somit besteht die Wirkung des Stroms I₁ darin, die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten des linearen Elements 41 von der Wechselstromleitung zu isolieren und etwaige Nicht-Fundamentalfrequenzspannungskomponenten von V_LEITUNG zu entlasten. Diese Entlastung kann eine Instabilität des Stromsystems und erhöhte Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen in dem Stromsystem zur Folge haben.
Damit der Transkonduktanzverstärker 24 den gewünschten Stromfluss in der Stromleitung 11 erzeugen kann, muss der Transkonduktanzverstärker 24 in der Lage sein, eine sofortige Spannung V1 von VLEITUNG(t) + L·dI1/dtzu erzeugen, wobei V_LEITUNG (t) die Wechselstromleitungsspannung, V_LEITUNG, zum Zeitpunkt t am Knoten 13 ist, L die Induktanz der Induktionsspule 30 ist und dI1/dt die Ableitung des Ausgangsstroms I1 im Verhältnis zur Zeit ist.
Bei AIM-Filteranwendungen, wie beispielsweise der oben beschriebenen, kann dI1/dt besonders bei Dreiphasensystemen von wesentlicher Bedeutung sein. Für eine typische nicht lineare Gleichrichterlast umfasst die Wellenform des Laststroms I_L abwechselnde positive und negative rechteckige Stromimpulse mit schnell ansteigenden und abfallenden Flanken, d.h. einem großen dI1/dt. Die Spannung, die in der Induktionsspule 30 erzeugt werden muss (L·dI1/dt), um die schnell ansteigenden und abfallenden Flanken der Stromimpulse zu erzeugen, kann sich dem Spitzenwert der Leitungsspannung V_LEITUNG nähern. Der Spitzenwert von dI1/dt tritt typischerweise auf, wenn die Leitungsspannung V_LEITUNG zwischen 50% und 100% ihres Spitzenwerts beträgt. Folglich erreicht die erforderliche Spannung V1, die am Ausgang der Schaltungsverknüpfung 26 erzeugt werden muss, das Zweifache der Spitzenspannung V_LEITUNG der Stromleitung 11. Wenn die Transistorschaltungsverknüpfung 26 nicht in der Lage ist, die erforderliche Spannung V1 bereitzustellen, ist der Transkonduktanzverstärker 24 nicht in der Lage, den gewünschten Ausgangsstrom I1 zu erzeugen.
Selbst bei den niedrigsten typischen Spannungen von V_LEITUNG (z.B. 208 Volt Wechselstrom Leitung-gegen-Leitung) muss die Spitzenausgangsspannung V1 der Schaltungsverknüpfung 26 mindestens 600 V betragen, um die gewünschten Ausgangsströme bereitzustellen. Die schnellen Schaltvorrichtungen, die zum Erzeugen von Strömen mit hohen Frequenzen bei Spannungen von mehr als etwa 600 V benötigt werden, sind entweder nicht verfügbar oder teuer. Des Weiteren nehmen die Schaltverluste in der Schaltungsverknüpfung 26 wesentlich zu, wenn die Ausgangsspannung V1 zunimmt, was einen Effizienzverlust innerhalb des Transkonduktanzverstärkers 24 zur Folge hat.
Richtlinien, die gegenwärtig für die Unterdrückung von Oberschwingungen von Vorrichtungen, die an das Stromnetz angeschlossen sind, erörtert werden und als Spezifikationen für einige neue Installationen angenommen werden, sehen niedrigere Grenzwerte für die zulässigen Hochfrequenzoberschwingungsströme vor als für die zulässigen Niederfrequenzoberschwingungsströme. (Siehe z.B. IEEE „Practices and Requirements for Harmonic Control in Electric Power Systems", IEEE Standard 519–1992.)
Es wäre daher wünschenswert, über einen AIM-Filter zu verfügen, der eine Schaltstufe aufweist, die bei einer veringerten Spannung betrieben werden kann.
U.S.-Patent Nr. 3,825,814 beschreibt einen aktiven Filter für die Eingangsoberschwingungsströme statischer Stromwandler, der einen aktiven Oberschwingungsspannunggenerator umfasst, der mit einem passiven reaktiven Element in Reihe geschaltet ist, wobei die Reihenschaltung an die Wandlereingangsklemmen angeschlossen ist. Das passive reaktive Element ist so beschaffen, dass im Wesentlichen die volle Leitungsspannung an dem passiven reaktiven Element erscheint, wodurch die Volt-Ampere-Leistung des aktiven Oberschwingungsspannungsgenerators wesentlich verringert werden kann.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Stromeinspeisungsvorrichtung zum Einspeisen von Strom in eine Wechselstromleitung geschaffen, wobei die Stromleitung mit einer Netzspannung betrieben wird, die eine Fundamentalfrequenz aufweist, und die Stromeinspeisungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Stromgenerator und eine Impedanz, die zwischen dem Stromgenerator und der Stromleitung angeschlossen ist, wobei der Stromgenerator eine Stromkomponente mit der Fundamentalfrequenz erzeugt, die durch die Impedanz zur Stromleitung übertragen wird, wodurch die Stromkomponente einen Spannungsabfall an der Impedanz verursacht, wobei der Spannungsabfall innerhalb eines ausgewählten Bereichs um die Netzspannung liegt, einen Spannungserfassungskreis, der mit der Stromleitung gekoppelt ist und dafür ausgelegt ist, die Netzspannung zu erfassen, und der als Reaktion ein Steuersignal erzeugt, das proportional zur Netzspannung ist; und einen Strompumpsteuerkreis, der mit dem Spannungserfassungskreis und dem Stromgenerator gekoppelt ist, wobei der Strompumpsteuerkreis ein Strompumpsignal, das die Fundamentalfrequenz aufweist, als Reaktion auf das Steuersignal erzeugt, wobei das Strompumpsignal proportional zu der Netzspannung ist und der Stromgenerator das Strompumpsignal empfängt und die Stromkomponente als Reaktion auf das Strompumpsignal erzeugt.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zum Einspeisen von Strom in eine Wechselstromleitung geschaffen, wobei die Stromleitung mit einer Spannung betrieben wird, die eine Fundamentalfrequenz aufweist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen der Spannung in der Stromleitung; Erzeugen einer Stromkomponente als Reaktion auf die Spannung, wobei die Stromkomponente eine Frequenz aufweist, die der Fundamentalfrequenz entspricht; Übertragen der Stromkomponente durch eine Impedanz zur Stromleitung, wodurch der Spannungsabfall an der Impedanz, der durch die Stromkomponente verursacht wird, innerhalb eines ausgewählten Bereichs um die Spannung in der Stromleitung liegt, Erzeugen eines Steuersignals, das proportional zur Netzspannung ist; Erzeugen eines Strompumpsignals, das die Fundamentalfrequenz aufweist, als Reaktion auf das Steuersignal, wobei das Strompumpsignal proportional zur Netzspannung ist und die Stromkomponente als Reaktion auf das Strompumpsignal erzeugt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die aktive Stromeinspeisungsvorrichtung dazu verwendet, Fundamental- und Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten zu erzeugen und sie in eine Wechselstromleitung einzuspeisen. Ein Strompumpsteuerkreis empfängt ein Eingangsignal, das die Leitungsspannung der Stromleitung darstellt. Als Reaktion erzeugt der Strompumpsteuerkreis ein Steuersignal, das dazu verwendet wird, eine Stromkomponente mit der Fundamentalfrequenz zu erzeugen, die um etwa 90 Grad hinter der Leitungsspannung zurückliegt. Diese Fundamentalfrequenzstromkomponente wird durch eine Impedanz zur Stromleitung übertragen, wodurch ein Spannungsabfall bei der Fundamentalfrequenz an der Impedanz verursacht wird. Dieser Spannungsabfall liegt innerhalb eines ausgewählten Bereichs um die Leitungsspannung. Bei einer Ausführungsform entspricht dieser ausgewählte Bereich etwa 25 bis etwa 150 Prozent der Leitungsspannung. Bei einer anderen Ausführungsform entspricht dieser Spannungsabfall etwa der Leitungsspannung. Die Spannung, die an der Impedanz abgefallen ist, verringert die erforderliche Betriebsspannung der aktiven Stromeinspeisungsvorrichtung. Bei einer Ausführungsform ist die Impedanz ein Kondensator und der Strom, der als Reaktion auf den Strompumpsteuerkreis erzeugt wird, stellt in vorteilhafter Weise einen Strom bereit, der einen voreilenden Leistungsfaktor aufweist, den die Stromleitung erfährt.
Bei einer anderen nicht beanspruchten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfängt ein Dämpfungssteuerkreis ein Eingangssignal, das die Leitungsspannung der Stromleitung darstellt. Als Reaktion erzeugt der Dämpfungssteuerkreis ein Ausgangssignal, das eine erste Komponente, die proportional zu Leitungsspannung ist, und eine zweite Komponente, die proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Leitungsspannung ist, aufweist. Dieses Ausgangssignal wird verwendet, um eine elektronische Laststromkomponente zu erzeugen, die an die Stromleitung angelegt wird. Die elektronische Laststromkomponente belastet die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten der Leitungsspannung, wodurch sowohl Systeminstabilität als auch mögliche Zunahmen der Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen in vorteilhafter Weise verhindert werden. Systeminstabilität und erhöhte Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen wurden bisher durch die Entlastung der Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen in AIM-Filtern des Stands der Technik verursacht. Bei einer Ausführungsform wird die elektronische Laststromkomponente so ausgewählt, dass sie dem linearen Element einer stromabwärts angeordneten Last etwa entspricht.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Hinblick auf die folgende Beschreibung und die Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Einzelleitungsschaltplan eines AIM-Filters des Standes der Technik, der mit einem Wechselstromsystem verbunden ist;
2 ist ein Einzelleitungsschaltplan einer aktiven Stromeinspeisungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Dreiphasenkreisschaltplan einer aktiven Stromeinspeisungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Schaltplan eines Pulsbreitenmodulationssteuerkreises;
5 ist ein Schaltplan, der einen Stromschaltbrückenschaltkreis veranschaulicht;
6 ist ein Schaltplan eines Leitungsspannungserfassungskreises;
7 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung innerhalb eines Gleichstrombusleitungssteuerkreises veranschaulicht.
8 ist ein Schaltplan eines Bandpassfilters;
9 ist ein Schaltplan eines Strompumpsteuerkreises;
10 ist ein Blockdiagramm eines Stromeinspeisungssteuerkreises;
11 ist ein Schaltplan eines Sperrfilters;
12 ist ein Schaltplan eines Dämpfungssteuerkreises;
13 ist ein Schaltplan eines Kompensationskreises;
14 ist ein Blockdiagramm, das Nicht-Fundamentalfrequenzströme veranschaulicht, die in dem dreidrahtigen Dreiphasenstromsystem bestehen;
15 ist ein Blockdiagramm, das Verbindungen eines vierdrahtigen Adapterkreises zeigt; und
16 ist ein schematischer Schaltplan eines vierdrahtigen Adapterkreises für einen Filter des aktiven Einspeisungsmodus.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
2 ist ein Einzelleitungsschaltplan eines Filters 117 des aktiven Einspeisungsmodus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Wechselstromquelle 110 ist über die Stromleitung 111 mit der Wechselstromlast 112 verbunden. Die Last 112 umfasst typischerweise das lineare Element 151, das eine Impedanz Z_L aufweist, und einen Nicht-Fundamentalfrequenzstromgenerator 152, die jeweils die Ströme I_ZL und I_H ziehen. Die Impedanz 131 ist zwischen dem Knoten 113 der Stromleitung 111 und dem Transkonduktanzverstärker 118 angeschlossen. Die Impedanz 131 ist typischerweise ein Kondensator, kann jedoch ebenfalls ein Kondensator und eine Induktionsspule sein, die parallel geschaltet sind. Die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 wird so gesteuert, dass der Spannungsabfall bei der Fundamentalfrequenz an der Impedanz 131 eine Spannung innerhalb eines ausgewählten Bereichs um die Leitungsspannung herum ist. Bei einer Ausführungsform entspricht dieser ausgewählte Bereich etwa 25 bis etwa 150 Prozent der Spannung am Knoten 113 der Stromleitung 111, wodurch die Betriebsspannung des Transkonduktanzverstärkers 118 verringert wird. Bei einer anderen Ausführungsform entspricht der Spannungsabfall an der Impedanz 131 etwa der Spannung am Knoten 113.
Der Spannungsabfall an der Impedanz 131 wird durch die Erzeugung einer Strömung von Fundamentalfrequenzstrom durch die Impedanz 131 erzeugt. Der Transkonduktanzverstärker 118 erzeugt diesen Fundamentalfrequenzstrom als Reaktion auf ein Steuersignal vom Strompumpsteuerkreis 132. Der Spannungserfassungskreis 122 erfasst die Leitungsspannung am Knoten 113 der Stromleitung 111 und legt diese Leitungsspannung an den Strompumpsteuerkreis 132 an. Als Reaktion erzeugt der Strompumpsteuerkreis 132 ein Spannungssignal, das proportional zur Fundamentalfrequenzkomponente der Leitungsspannung ist, jedoch in der Phase um 90 Grad zurückliegt.
Das Ausgangsspannungssignal, das von dem Strompumpsteuerkreis 132 erzeugt wird, wird so ausgewählt, dass die Ausgangsstromkomponente, die von dem Transkonduktanzverstärker 118 als Reaktion auf das Ausgangsspannungssignal des Strompumpsteuerkreises 132 erzeugt wird, etwa der Fundamentalfrequenzkomponente der Leitungsspannung dividiert durch die bekannte Impedanz Z_P der Impedanz 131 bei der Fundamentalfrequenz entspricht. Durch die Erzeugung einer solchen Ausgangsstromkomponente bei der Fundamentalfrequenz wird eine Fundamentalfrequenzspannungskomponente an der Impedanz 131 erzeugt. Diese Fundamentalfrequenzspannungskomponente liegt innerhalb eines ausgewählten Bereichs um die Leitungsspannung herum. Bei einer Ausführungsform entspricht dieser ausgewählte Bereich etwa 25 bis etwa 150 Prozent der Leitungsspannung. Bei einer anderen Ausführungsform entspricht diese Fundamentalfrequenzspannungskomponente etwa der Leitungsspannung. Auf diese Weise wirkt die Impedanz 131 bei der Fundamentalfrequenz effektiv als Wechselspannungsgenerator und verringert die erforderliche Betriebsspannung des Transkonduktanzverstärkers 118 bedeutend.
Der Fundamentalfrequenzstrom, der von dem Transkonduktanzverstärker 118 als Reaktion auf den Strompumpsteuerkreis 132 erzeugt wird, liegt hinter der Leitungsspannung um 90 Grad zurück. Dieser Strom wird so definiert, dass er von dem Transkonduktanzverstärker 118 zur Stromleitung 111 fließt. Äquivalent dazu fließt ein Fundamentalfrequenzstrom von der Stromleitung 111 zum Transkonduktanzverstärker 118, der der Leitungsspannung um 90° vorauseilt.
Folglich erscheint die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 für die Stromleitung 111 bei der Fundamentalfrequenz wie eine kapazitive Last. Dies ist im Allgemeinen eine wünschenswerte Eigenschaft, die die typischerweise induktive Beschaffenheit der Stromleitung 111 und der Last 112 kompensiert.
Der Leitungsspannungserfassungskreis 122 ist ebenfalls mit dem Dämpfungssteuerkreis 176 verbunden. Der Dämpfungssteuerkreis 176 erzeugt ein Ausgangsspannungssignal, das durch einen Sperrfilter 178 und einen Kompensationskreis 133 zum Transkonduktanzverstärker 118 übertragen wird. Als Reaktion erzeugt der Transkonduktanzverstärker 118 Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten, die in der Phase den Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten der Leitungsspannung entgegengesetzt sind, wodurch effektiv eine elektronische Last für die Nicht-Fundamentalfrequenzspannungskomponenten der Leitungsspannung erzeugt wird. Diese elektronische Last beseitigt die Instabilität, die zuvor von AIM-Filtern des Stands der Technik verursacht wurde, insbesondere wenn die Last 112 kapazitive Elemente umfasst.
Der Strom zur Last 112 wird von dem Wandler 115 erfasst. Die Ausgabe des Wandlers 115 wird durch den Sperrfilter 178 übertragen, wodurch die Fundamentalfrequenzkomponente dieses Laststromsignals entfernt wird. Die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten des Laststromsignals werden durch den Kompensationsblock 133 zum Transkonduktanzverstärker 118 übertragen. Als Reaktion erzeugt der Transkonduktanzverstärker 118 die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten, die von der Last 112 gefordert werden.
Der Kompensationskreis 133 stellt eine Amplituden- und Phasenkorrektur für Nicht-Fundamentalfrequenzsignale bereit, die von dem Sperrfilter 178 empfangen werden, um die Amplituden- und/oder Phasenverschiebung auszugleichen, die nachfolgend von der Impedanz 131 verursacht wird. Die Übertragungsfunktion des Kompensationskreises 133 wird gegeben durch: Vout/Vin = (ZP + ZA)/ZA, wobei Z_P die Impedanz der Impedanz 131 ist und Z_A die äquivalente Ausgangsparallelimpedanz des Transkonduktanzverstärkers 118 ist.
Der passive Filter 128 und eine Ausgansinduktivität (nicht gezeigt), die in dem Transkonduktanzverstärker 118 angeordnet sind, entfernen die Hochfrequenzschaltkomponenten des Ausgangsstroms, der von dem Schaltmodustranskonduktanzverstärker 118 eingeleitet wird.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden ausführlicher im Zusammenhang mit 3 beschrieben.
3 ist ein Schaltplan eines Dreiphasenkreises, der den Filter des aktiven Einspeisungsmodus 117 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Der Filter des aktiven Einspeisungsmodus 117 ist mit einem dreiphasigen Wechselstromsystem verbunden. Wie in 3 veranschaulicht, ist die dreiphasige Wechselstromquelle 110 durch die Stromleitung 111 mit der dreiphasigen dreidrahtigen Wechselstromlast 112 verbunden. Die dreiphasige Stromleitung 111 umfasst jeweils die Leiter 111a, 111b und 111c. Die Wechselstromquelle 110 stellt jeweils in den Leitern 111a, 111b und 111c die Leitung-Erde-Spannungen V_1a, V_1b und V_1c bereit. Bei einem typischen Leitung-Leitung-Stromverteilungssystem mit 480 Volt betragen die Leitung-Erde-Spannungen V_1a, V_1b und V_1c etwa 277 Volt. Die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 ist jeweils an den Knoten 113a, 113b und 113c mit den Leitern 111a, 111b und 111c der Stromleitung 111 verbunden.
Die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 umfasst die Impedanzen 131a, 131b und 131c, den dreiphasigen Transkonduktanzstromverstärker 118, den Leitungsspannungserfassungskreis 122, das Stromversorgungsmittel 124, die Strompumpsteuerkreise 132a und 132c, die Kompensationskreise 133a und 133c, den passiven Filter 128, die Sensoren 115a und 115c, den Stromeinspeisungssignalgenerator 116 und die Summierungsverbindungen 130a, 130c, 134a und 134c.
Der dreiphasige Transkonduktanzstromverstärker 118 umfasst einen Pulsbreitenmodulationssteuerkreis 139, eine dreiphasige Stromschaltbrückenbaugruppe 148, einen Gleichstrombusleitungsspannungssteuerkreis 146, Wandler 145a und 145c, Impedanzen 121a–121c, Verstärker 136a und 136c, Abschwächungskreise 144a und 144c und Summierungsknoten 135a, 135c, 137a, 137c und 138.
Der Transkonduktanzverstärker 118 erzeugt drei Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b und I_1c als Reaktion auf zwei Eingangsspannungssignale, die von den Summierungsknoten 134a und 134c empfangen werden. Die drei Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b, und I_1c werden von dem Transkonduktanzverstärker 118 jeweils durch die Impedanzen 131a, 131b und 131c jeweils zu den Knoten 113a, 113b und 113c übertragen. Die Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b und I_1c umfassen jeweils mehrere Stromkomponenten, einschließlich Fundamentalfrequenzkomponenten und Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten. Diese Ausgangseinspeisestromkomponenten werden im Folgenden ausführlicher erörtert.
Der Transkonduktanzverstärker 118 empfängt von den Summierungsknoten 134a und 134c Eingangsspannungssignale, die die gewünschten Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b und I_1c jeweils an den Ausgangsleitungen 260a, 260b und 260c darstellen. Die Eingangsspannungssignale werden weiter unten in der Beschreibung ausführlicher beschrieben.
Das Eingangsspannungssignal vom Summierungsknoten 134a, das den gewünschten Ausgangseinspeisestrom I_1a darstellt, wird durch den Summierungsknoten 135a, den Verstärker 136a und den Summierungsknoten 137a zur Eingangsleitung 247a des Pulsbreitenmodulationssteuerkreises 139 übertragen. Entsprechend wird das Eingangsspannungssignal vom Summierungsknoten 134c, das den gewünschten Ausgangseinspeisestrom I_1c darstellt, durch den Summierungsknoten 135c, den Verstärker 136c und den Summierungsknoten 137c zur Eingangsleitung 247c des Pulsbreitenmodulationssteuerkreises 139 übertragen. Die Ausgänge des Summierungsknotens 137a und 137c sind im Summierungsknoten 138 kombiniert, um ein drittes Eingangsspannungssignal zu bilden, das der negativen Summe der Ausgänge der Summierungsknoten 137a und 137c entspricht. Dieses dritte Eingangsspannungssignal wird auf der Eingangsleitung 247b an den Pulsbreitenmodulationssteuerkreis 139 angelegt.
Der Pulsbreitenmodulationssteuerkreis 139 stellt der Stromschaltbrückenbaugruppe 148 auf den Leitungen 240a–240f Antriebssignale bereit. Als Reaktion erzeugt die Stromschaltbrückenbaugruppe 148 jeweils auf den Leitungen 260a, 260b und 260c Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b, und I_1c.
Die Ausgangseinspeiseströme von der Stromschaltbrückenbaugruppe 148 werden von einer negativen Stromsteuerungsrückführschleife gesteuert, die unter Verwendung der Wandler 145a und 145c (die jeweils mit den Ausgangsleitungen 260a und 260c gekoppelt sind) gebildet wird, um Signale, die die Ausgangseinspeiseströme I_1a und I_1c darstellen, jeweils an die negativen Eingänge der Summierungsknoten 135a und 135c anzulegen. Da die Stromsteuerungsrückführschleife eine finite Verstärkung aufweist, arbeitet der Transkonduktanzverstärker 118 wie ein idealer Transkonduktanzverstärker mit einer effektiven Parallelimpedanz Z_A.
Die Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b und I_1c an den Leitungen 260a, 260b und 260c werden von den Ausgangsinduktionsspulen 121a, 121b und 121c und dem passiven Parallelfilter 128 gefiltert, um Schaltfrequenzkomponenten zu entfernen, die von dem Stromschaltbrückenkreis 148 erzeugt werden. Folglich sind die Ausgangseinspeiseströme I_1a und I_1c proportional zu den Spannungssignalen, die jeweils an den Eingangsleitungen 248a und 248c empfangen werden, und I_1b = –(I_1a+ I_1c).
Die Summierungsknoten 137a und 137c empfangen ebenfalls Eingangssignale jeweils von den Abschwächungskreisen 144a und 144c. Die Abschwächungskreise 144a und 144c empfangen Eingangssignale von den Leitungen 160a und 160c des Leitungsspannungssensors 122. Wie weiter unten erörtert wird, sind die Spannungen V_an und V_cn auf den Leitungen 160a und 160c repräsentativ für die Leitung-Neutral-Spannungen V_1an und V_1cn jeweils an den Knoten 113a und 113c. Die Ausgabe der Abschwächungskreise 144a und 144c sind Leitungsspannungsmitkopplungssignale innerhalb der Stromsteuerungsrückführschleife, die die notwendige Schleifenverstärkung der Stromsteuerungsrückführschleife verringern, wodurch die Kontrolle über die Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b und I_1c verbessert wird und die Stabilität der Rückführschleife erhöht wird. Beim Stand der Technik, bei dem der Ausgang des Transkonduktanzverstärkers direkt mit der Wechselstromleitung verbunden war, war der erforderliche Effekt der Spannungsmitkopplung erheblich. Bei der vorliegenden Erfindung erfährt der Ausgang des Transkonduktanzverstärkers 118 jedoch eine geringe oder keine Wechselstromleitungsspannung als Folge der Spannungsabfälle an den Impedanzen 131a–131c. Folglich wird das Ausmaß der erforderlichen Spannungsmitkopplung wesentlich verringert. Bei anderen Beispielen sind die Abschwächungskreise 144a und 144c beseitigt, wodurch die Spannungsmitkopplungssignale beseitigt werden.
4 ist ein Schaltplan des Pulsbreitenmodulationssteuerkreises 139. Der Dreieckswellenoszillator 248 erzeugt eine Dreieckswellenspannung V_T bei einer Frequenz f_c. Die Frequenz f_c beträgt typischerweise 20 kHz, was etwa das Zehnfache der höchsten Frequenzkomponente ist, die von dem Transkonduktanzverstärker 118 zu erzeugen ist. Die Dreieckswelle V_T wird an die invertierenden Eingänge der Analogvergleicher 249a–249c angelegt. Die Ausgaben der Summierungsknoten 137a, 138 und 137c werden jeweils an die nicht invertierenden Eingänge der Analogvergleicher 249a, 249b und 249c angelegt. Die binären Ausgangssignale der Vergleicher 249a, 249b und 249c werden durch die Wechselrichter 250a–250c und die Antriebskreise 251a–251f geleitet, wodurch auf den Leitungen 240a–240f Antriebssignale erzeugt werden. Die Antriebssignale auf den Leitungen 240a–240f werden an den Stromschaltbrückenkreis 148 angelegt.
5 ist ein Schaltplan, der den Stromschaltbrückenkreis 148 veranschaulicht. Die Signale auf den Leitungen 240a–240f werden jeweils an die Basen der Stromhalbleiterschalter 250a–250f angelegt. Die Dioden 251a–251f sind jeweils zwischen den Kollektoren und den Emittern der Schalter 250a–250f angeschlossen. Die Kollektoren der Schalter 250a, 250c und 250e sind mit der positiven Gleichstrombusleitung 246a verbunden. Die Emitter der Schalter 250a, 250c und 250e sind jeweils mit den Kollektoren der Schalter 250b, 250d und 250f und jeweils mit den Ausgangsleitungen 260a, 260b und 260c verbunden. Die Emitter der Schalter 250b, 250d und 250f sind mit der negativen Gleichstrombusleitung 246b verbunden. Der Kondensator 241 ist zwischen den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b angeschlossen. Eine Gleichspannung V_DC besteht zwischen den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b.
Die Signale, die an die Leitungen 240a–240f angelegt werden, öffnen und schließen die Schalter 250a–250f um die Ausgangsleitungen 260a–260c entweder mit der Gleichstrombusleitung 246a oder mit der Gleichstrombusleitung 246b zu verbinden, wodurch verursacht wird, dass die Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b und I_1c in den Leitungen 260a–260c fließen.
Der Leitungsspannungserfassungskreis 122 empfängt Leitung-Erde-Spannungen V_1a, V_1b und V_1c jeweils von den Knoten 113a–113c. Als Reaktion stellt der Leitungsspannungserfassungskreis 122 jeweils auf den Leitungen 160a und 160c zwei Ausgangssignale V_an und V_cn bereit. Die Ausgangssignale V_an und V_cn werden zur Steuerung verschiedener Schaltkreise innerhalb der Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 verwendet. V_an ist proportional zu V_1a – V_n und V_cn ist proportional zu V_1c – V_n, wobei V_n = (V_1a + V_1b + V_1c)/3 ist. Somit ist V_n repräsentativ für eine Neutral-Erde-Spannung für die Stromleitung 111 und V_an und V_cn sind repräsentativ für die Leitung-Neutral-Spannungen V_1an und V_1cn jeweils der Leiter 111a und 111c. Die Leitung-Neutral-Spannung V_1bn beträgt –(V_1an + V_1cn).
6 ist ein Schaltplan eines Leitungsspannungserfassungskreises 122. Die Leitung-Erde-Spannung V_1a vom Knoten 113a wird an den invertierenden Abschwächer angelegt, der aus den Abschwächungssteuerwiderständen R1a und R2a und einem Operationsverstärker 155a besteht. Entsprechend wird die Leitung-Erde-Spannung V_1b vom Knoten 113b an den invertierenden Abschwächer angelegt, der aus den Widerständen R1b und R2b und einem Operationsverstärker 155b besteht, und die Leitung-Erde-Spannung V_1c vom Knoten 113c wird an den invertierenden Abschwächer angelegt, der aus den Widerständen R1c und R2c und einem Operationsverstärker 155c besteht. Bei einem Beispiel weisen die Widerstände R1a, R1b und R1c alle denselben Widerstand auf und die Widerstände A2a, R2b und R2c weisen alle denselben Widerstand auf.
Die Ausgaben der Operationsverstärker 155a, 155b und 155c werden jeweils durch die gleichwertigen Widerstände R3a, R3b und R3c zum Knoten 157 übertragen. Die Spannung am Knoten 157 entspricht dem Durchschnitt der Spannungen an den Ausgängen der Operationsverstärker 155a, 155b und 155c. Der Knoten 157 und der Ausgang des Operationsverstärkers 155a sind jeweils mit dem nicht invertierenden und dem invertierenden Eingang des Differenzialkopierverstärkers 156a verbunden, um in der Leitung 160a ein Ausgangssignal V_an zu erzeugen. Entsprechend sind der Knoten 157 und der Ausgang des Operationsverstärkers 155c jeweils mit dem nicht invertierenden und dem invertierenden Eingang des Differenzialkopierverstärkers 156c verbunden, um in der Leitung 160c ein Ausgangssignal V_cn zu erzeugen. Wie zuvor erörtert, sind V_an und V_cn repräsentativ für die Leitung-Neutral-Spannungen V_1an und V_1cn jeweils an den Knoten 113a und 113c.
7 ist ein Schaltplan, der eine Schaltungsanordnung innerhalb des Gleichstrombusleitungssteuerkreises 146 veranschaulicht. Der Gleichstrombusleitungssteuerkreis 146 arbeitet mit dem Stromversorgungsmittel 124 zusammen, um die Spannung V_DC an dem Speicherkondensator 241 in der Stromschaltbrückenbaugruppe (d.h. die Spannung zwischen der positiven Gleichstrombusleitung 246a und der negativen Gleichstrombusleitung 246b in dieser Baugruppe) zu steuern, wodurch der Strom bereitgestellt wird, der für den Betrieb der Stromschaltbrückenbaugruppe 148 erforderlich ist.
Der Gleichstrombusleitungssteuerkreis 146 verwendet den Operationsverstärker 164 zusammen mit den Widerständen R12–R15 und den Kondensatoren C6 und C7, um einen Gleichtaktverstärker mit hoher Unterdrückung zu bilden und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional zu V_DC ist. Dieses Ausgangssignal wird durch den Widerstand R16 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 165 angelegt. Die Spannungsbezugsquelle 166 legt durch den Widerstand R17 an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 165 ein Signal an, das für den gewünschten Wert von V_DC repräsentativ ist. Der Widerstand R18 und die Kondensatoren C8 und C9 sind an den invertierenden Eingang und an den Ausgang des Operationsverstärkers 165 angeschlossen, wodurch ein Verstärker erzeugt wird, der eine Ausgabe aufweist, die proportional zur Differenz zwischen der Spannung von dem Operationsverstärker 164, die repräsentativ für V_DC ist, und der Spannung von der Spannungsbezugsquelle 166 ist, die repräsentativ für den gewünschten Wert von V_DC ist. Wenn somit die Spannung V_DC dem gewünschten Wert entspricht, ist die Ausgabe auf Leitung 257 null. Wenn V_DC geringer ist als der gewünschte Wert, beträgt das Ausgangssignal auf Leitung 257 weniger als null. Wenn umgekehrt V_DC größer als der gewünschte Wert ist, ist das Ausgangssignal auf Leitung 257 größer als null. Die Leitung 257 ist mit den Multiplizierern 142a und 142c des Stromversorgungsmittels 124 verbunden.
Als Reaktion auf das Ausgangssignal auf Leitung 257 und die Spannungen V_an und V_cn vom Leitungsspannungserfassungskreis 122 verursacht das Stromversorgungsmittel 124, dass der Transkonduktanzverstärker 118 eine Stromkomponente bei der Fundamentalfrequenz erzeugt, um die gewünschte Spannung V_DE zwischen den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b aufrechtzuerhalten. Diese Stromkomponente ist normalerweise in der Phase entgegengesetzt zur Stromleitungsspannung an den Knoten 113a–113c, wodurch verursacht wird, dass Strom von den Knoten 113a–113c durch die Impedanzen 131a–131c, die Induktionsspulen 121a–121c und die Halbleiterstromschalter 250a–250f zu den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b fließt, um die gewünschte Gleichstrombusleitungsspannung an den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b aufrechtzuerhalten.
Das Stromversorgungsmittel 124 umfasst die Bandpassfilter 140a und 140c sowie die Multiplizierer 142a und 142c (3). Die Leitungen 160a und 160c des Leitungsspannungserfassungskreises 122 sind jeweils mit den Eingängen der Bandpassfilter 140a und 140b verbunden. Die Bandpassfilter 140a und 140c leiten die Fundamentalfrequenzkomponenten jeweils der Spannungen V_an und V_cn jeweils zu den Multiplizierern 142a und 142c. Die Bandpassfilter 140a und 140c sind herkömmliche Filter. 8 ist ein Schaltplan eines Beispiels eines Bandpassfilters 140a. Bei diesem Beispiel ist der Bandpassfilter 140a identisch mit dem Bandpassfilter 140c. Die Werte der Widerstände R9a und R10a und der Kondensatoren C3a und C4a sind so ausgewählt, dass sie eine Phasenverschiebung von null bei der Fundamentalfrequenz und eine Abschwächung bei den Nicht-Fundamentalfrequenzen erzeugen.
Die Multiplizierer 142a und 142c empfangen ebenfalls die Ausgabe des Gleichstrombusleitungsspannungskontrollers 146 auf der Leitung 257. Wie zuvor erläutert, ist die Ausgabe des Gleichstrombusleitungsspannungskontrollers 146 eine Spannung, die repräsentativ für die Differenz zwischen der gewünschten Spannung an den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b und der tatsächlichen Spannung V_DC zwischen den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b (d.h. am Speicherkondensator C241) ist. Wenn diese Differenz null ist, sind die Ausgaben der Multiplizierer 142a und 142c ebenfalls null und das Stromversorgungsmittel 124 verursacht nicht, dass Strom von den Knoten 113a–113c zu den Gleichstrombusleitungen 246a und 246b fließt. Wenn jedoch die Ausgabe des Gleichstrombusleitungssteuerkreises 146 anzeigt, dass die Spannung V_DC geringer ist als der gewünschte Wert, erzeugen die Multiplizierer 142a und 142c Spannungssignale bei der Fundamentalfrequenz, die in der Phase den Fundamentalfrequenzkomponenten der Stromleitungsspannungen V_1an und V_1cn entgegengesetzt sind. Die Ausgaben der Multiplizierer 142a und 142c werden jeweils durch die Summierungsknoten 130a und 130c und jeweils durch die Kompensationsblöcke 133a und 133c an den Transkonduktanzverstärker 118 angelegt. Als Reaktion erzeugt der Transkonduktanzverstärker 118 Stromkomponenten der Ströme I_1a, I_1b, und I_1c bei der Fundamentalfrequenz, was einen Stromfluss von der Stromleitung 111 zum Kondensator 241 zur Folge hat, wodurch die Spannung V_DC erhöht wird.
Wenn umgekehrt die Ausgabe des Gleichstrombusleitungssteuerkreises 146 anzeigt, dass die Spannung V_DC größer als der gewünschte Wert ist, erzeugen die Multiplizierer 142a und 142c Spannungssignale bei der Fundamentalfrequenz, die mit den Fundamentalfrequenzkomponenten der Stromleitungsspannungen V_1an und V_1cn phasengleich sind. Unter diesen Bedingungen veranlassen die Ausgaben der Multiplizierer 142a und 142c den Transkonduktanzverstärker 118, Stromkomponenten der Ströme I_1a, I_1b und I_1c bei der Fundamentalfrequenz zu erzeugen, wodurch ein Stromfluss vom Kondensator 241 zur Stromleitung 111 verursacht wird, wodurch der Kondensator 241 entladen wird und V_DC abnimmt. Die Ausgangssignale V_an und V_cn auf den Leitungen 160a und 160c des Leitungsspannungserfassungskreises 122 werden ebenfalls an die Strompumpsteuerkreise 132a und 132c angelegt. Die Strompumpsteuerkreise 132a und 132c erzeugen Spannungssignale, die jeweils proportional zu den Fundamentalfrequenzkomponenten der Spannungen V_1an und V_1cn sind, jedoch in der Phase um 90 Grad zurückliegen. Diese zurückliegenden Spannungssignale werden an den Transkonduktanzverstärker 118 angelegt, was die Erzeugung der Komponenten der Ströme I_1a, I_1b und I_1c zur Folge hat, die hinter den Leitungsspannungen V_1an, V_1bn und V_1cn um 90 Grad zurückliegen. Diese nacheilenden Ströme haben entsprechende Spannungsabfälle an den Impedanzen 131a–131c zur Folge, die etwa den Fundamentalfrequenzspannungskomponenten der Leitungsspannung entsprechen. Wie zuvor erörtert, verringern diese Spannungsabfälle die erforderliche Gleichstrombetriebsspannung V_DC der Stromschaltbrückenbaugruppe 148 und legen einen voreilenden Strom an die Stromleitung 111 an. Es wird bevorzugt, dass V_DC geringer als 600 V ist, wodurch die Verwendung von kostengünstigeren Schalttransistoren und die Verringerung von Schaltverlusten ermöglicht wird.
Die Ausgangsspannungen der Strompumpsteuerungen 132a und 132c sind so ausgewählt, dass I1aCP·ZPa ≈ V1an, I1bCP·ZPb ≈ V1bn und I1cCP·ZPc ≈ V1cn.
In den oben aufgelisteten Gleichungen sind I_1aCP, I_1bCP und I_1cCP die Komponenten jeweils der Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b und I_1c, die von dem Transkonduktanzverstärker 118 als Reaktion auf die Ausgangsspannungssignale der Strompumpsteuerungen 132a und 132c erzeugt werden. Z_Pa, Z_Pb und Z_Pc sind die jeweiligen Impedanzen der Impedanzen 131a, 131b und 131c bei der Fundamentalfrequenz und V_1an, V_1bn und V_1cn sind die Leitung-Neutral-Spannungen der Stromleitung 111 an den jeweiligen Knoten 113a, 113b und 113c.
In einer Ausführungsform sind die Impedanzen 131a, 131b und 131c angepasste Impedanzkondensatoren. Bei anderen Ausführungsformen sind die Impedanzen 131a–131c Kondensatoren und Induktionsspulen, die parallel geschaltet sind.
9 ist ein Schaltplan eines Strompumpsteuerkreises 132a. Bei diesem Beispiel ist der Strompumpsteuerkreis 132c identisch mit dem Strompumpsteuerkreis 132a. Die Leitung 160a koppelt den V_an-Ausgang des Leitungsspannungserfassungskreises 122 mit dem Eingang eines zweipoligen analogen Aktivfilterkreises, der aus dem Operationsverstärker 162a, den Widerständen R4a–R6a und den Kondensatoren C1a und C2a besteht. Die Werte der Widerstände R4a–R6a und der Kondensatoren C1a und C2a sind so gewählt, dass die Ausgabe des Operationsverstärkers 162a eine Phasenverschiebung von positiv 90 Grad im Verhältnis zu dem V_an-Signal aufweist. Der zweipolige analoge Filterkreis stellt ebenfalls eine wesentliche Abschwächung für Nicht-Fundamentalfrequenzen bereit, so dass die Ausgabe des Filterkreises proportional zu der Fundamentalfrequenzkomponente von V_an ist. Der Operationsverstärker 161a zusammen mit den Widerständen R7a und R8a invertiert die Ausgabe des Operationsverstärkers 162a, um eine Ausgabespannung erzeugen, die aufgrund der Umkehrung eine Phasenverzögerung von 90 Grad im Verhältnis zu dem V_an-Signal aufweist. Die Werte der Widerstände R4a–R8a und der Kondensatoren C1a–C2a sind so gewählt, dass die oben aufgelisteten Anforderungen erfüllt werden.
Der Stromeinspeisungssignalgenerator 116 weist in dem Beispiel, das in 3 veranschaulicht ist, zwei Funktionen auf. Die erste Funktion besteht darin, Spannungssignale zu erzeugen, die letztlich an den Transkonduktanzverstärker 118 angelegt werden, um Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten der Ausgangsströme I_1a, I_1b, und I_1c zu erzeugen. Die erzeugten Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten entsprechen den Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten, die von der Last 112 gezogen werden. Folglich werden die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten der Last 112 nicht von der Wechselstromquelle 110 gezogen.
Wenn jedoch die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten, die zu der Last 112 fließen, aufgrund von Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen in der Wechselstromleitung 111 und nicht aufgrund von Nichtlinearität der Last 112 bestehen, entlädt die erste Funktion alleine die Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen von der Wechselstromleitung 111, was ein Ansteigen der Amplitude der Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen in anderen Vorrichtungen (nicht gezeigt), die mit dem Stromsystem verbunden sind, zur Folge hat. Wenn die Last 112 kapazitive Elemente enthält, kann die erste Funktion Systeminstabilität verursachen.
Daher soll die zweite Funktion des Stromeinspeisungssignalgenerators 116 der Entladung der Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen und der resultierenden Instabilität entgegenwirken. Diese zweite Funktion wird unter Verwendung von Dämpfungssteuerkreisen innerhalb des Stromeinspeisungssignalgenerators 116 durchgeführt, um Spannungssignale zu erzeugen, die letztlich an den Transkonduktanzverstärker 118 angelegt werden, um Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten der Ausgangseinspeiseströme I_1a, I_1b, und I_1c zu erzeugen. Diese Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten sind in der Phase etwa den Stromleitungsspannungen V_1an, V_1bn, und V_1cn entgegengesetzt und belasten daher die Nicht-Fundamentalfrequenzspannungskomponenten dieser Spannungen.
10 ist ein Blockdiagramm eines Stromeinspeisungssteuerkreises 116. Die Stromwandler 115a und 115c erfassen die Ströme jeweils an den Leitern 111a und 111c und legen Signale, die diese Ströme darstellen, an positive Eingänge jeweils der Summierungsknoten 177a und 177c an. Die Dämpfungssteuerkreise 176a und 176c empfangen die Eingangssignale V_an und V_cn von den Leitungen 160a und 160c des Leitungsspannungssensors 122. Die Ausgaben der Dämpfungssteuerkreise 176a und 176c stellen die elektronischen Lasten dar, die für die Nicht-Fundamentalfrequenzspannungskomponenten der Spannungen V_1a und V_1n erzeugt werden. Die Ausgaben der Dämpfungskreise 176a und 176c werden jeweils an negative Eingänge der Summierungsknoten 177a und 177c angelegt.
Die Ausgaben der Summierungsknoten 177a und 177c werden jeweils an Eingänge der Sperrfilter 178a und 178c angelegt. Die Sperrfilter 178a und 178c filtern jeweils die Signale von den Summierungsknoten 177a und 177c, um die Fundamentalfrequenzkomponente zu entfernen. 11 ist ein Schaltplan, der den Sperrfilter 178a veranschaulicht. Bei diesem Beispiel ist der Sperrfilter 178c mit dem Sperrfilter 178a identisch. Der Sperrfilter 178a ist ein herkömmlicher Schaltkreis, der Operationsverstärker 185a und 186a sowie Widerstände R43a und R44a verwendet, um dem „T"-Element des Sperrfilters, der von den Kondensatoren C25a–C27a und den Widerständen R40a–R42a gebildet wird, eine positive Rückführung bereitzustellen. Die Ausgänge der Sperrfilter 178a und 178c werden jeweils an die Summierungsknoten 130a und 130c jeweils auf den Leitungen 170a und 170c angelegt.
Die Signale von den Sensoren 115a und 115c führen die erste Funktion des oben beschriebenen Stromeinspeisungssignalgenerators 116 aus. Die Signale von den Dämpfungssteuerkreisen 176a und 176c führen die zweite Funktion des Stromeinspeisungssignalgenerators 116 aus.
12 ist ein Schaltplan, der den Dämpfungssteuerkreis 176a veranschaulicht. Bei diesem Beispiel ist der Dämpfungssteuerkreis 176c mit dem Dämpfungskreis 176a identisch. Das Eingangsspannungssignal V_an auf Leitung 160a wird von dem Wechselrichter invertiert, der von dem Operationsverstärker 180a und den Widerständen R30a und R31a gebildet wird. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 180a wird an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 182a durch einen Hochpassfilter angelegt, der von dem Kondensator C22a und dem Widerstand R33a gebildet wird. Der Widerstand R33a und der Kondensator C22a sind so ausgewählt, dass die Impedanz des Widerstands R33a bei den betreffenden Frequenzen (d.h. 100 bis 2000 Hz) wesentlich größer als die Impedanz des Kondensators C22a ist, so dass die Wirkungen des Widerstands R33a vorherrschen. Bei einem Beispiel beträgt die Zeitkonstante des Hochpassfilters, der von dem Kondensator C22a und dem Widerstand R33a gebildet wird, etwa 1 ms.
Die Ausgabe des Operationsverstärkers 180a wird durch den variablen Widerstand R32a, den Operationsverstärker 181a und einen Hochpassfilter, der von dem Kondensator C23a und dem Widerstand R34a gebildet wird, ebenfalls an den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 182a angelegt. Der Widerstand R34a und der Kondensator C23a sind so ausgewählt, dass die Impedanz des Kondensators C23a bei den betreffenden Frequenzen wesentlich größer als die Impedanz des Widerstands R34a ist, so dass die Wirkungen des Kondensators C23a vorherrschen.
Bei einem Beispiel beträgt die Zeitkonstante des Hochpassfilters, der von dem Kondensator C23a und dem Widerstand R34a gebildet wird, etwa 0,1 ms.
Der Widerstand R35a ist mit dem invertierenden Eingang und dem Ausgang des Operationsverstärkers 182a verbunden. Die Ausgabe des Operationsverstärkers 182a ist ein Spannungssignal mit zwei Komponenten. Die erste Komponente, die proportional zu Leitungsspannung V_1an ist, resultiert aus dem Anlegen einer Spannung an den Widerstand R33a. Die zweite Komponente, die proportional zur Änderungsgeschwindigkeit der Leitungsspannung V_1an ist, resultiert aus dem Anlegen einer Spannung an den Kondensator C23a.
Die Fundamentalfrequenzkomponenten der Ausgaben der Dämpfungssteuerkreise 176a und 176c werden von den Sperrfiltern 178a und 178c beseitigt, wodurch die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten dieser Ausgaben durch die Kompensationsblöcke 133a und 133c zum Transkonduktanzverstärker 118 übertragen werden. Als Reaktion erzeugt der Transkonduktanzverstärker 118 Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten von I_1a, I_1b und I_1c, die eine Funktion der Nicht-Fundamentalfrequenzspannungskomponenten der Leitungsspannungen V_1an, V_1bn und V_1cn und diesen in der Phase etwa entgegengesetzt sind. Somit veranlassen die Dämpfungssteuerkreise 176a und 176c für jedes Volt der Nicht-Fundamentalfrequenzspannung, die in der Stromleitung 111 vorhanden ist, die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117, einen frequenzabhängigen Nicht-Fundamentalfrequenzstrom zu ziehen. Auf diese Weise erzeugen die Dämpfungssteuerkreise 176a und 176c eine elektronische Last Z_E für Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen. Die elektronische Last Z_E weist zwei Komponenten Z_R und Z_C auf, wobei Z_R eine Widerstandskomponente ist, die von dem Widerstand R35a bestimmt wird, und Z_C eine kapazitive Komponente ist, die von dem Kondensator C23a bestimmt wird.
Da die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 ebenfalls die Nicht-Fundamentalfrequenzströme erzeugt, die für die Last 112 erforderlich sind, beträgt die äquivalente Impedanz der Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 und der Last 112 bei den Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen Z_E. Somit entlädt die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117, anders als die AIM-Filter des Standes der Technik, die Nicht-Fundamentalfrequenzspannungen nicht. Folglich werden die erhöhten Nicht-Fundamental- und Frequenzspannungen sowie die Instabilität, der die AIM-Filter des Standes der Technik unterliegen, beseitigt.
Bei einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist die elektronische Last Z_E so ausgewählt, dass sie etwa der Impedanz Z_L der linearen Elemente der Last 112 bei Nicht-Fundamentalfrequenzen entspricht. Um Z_E gleich Z_L einzustellen, wird der Wert des Widerstands R33a des Dämpfungssteuerkreises 176a so ausgewählt, dass er der Widerstandskomponente von Z_L entspricht, und der Wert des Kondensators C23a des Dämpfungssteuerkreises 176a wird so ausgewählt, dass er der kapazitiven Komponente von Z_L entspricht. Wenn Z_L keine kapazitive Komponente aufweist, wird der variable Widerstand R32a des Dämpfungssteuerkreises 176a so eingestellt, dass er den Eingang des Kondensators C23a erdet, um Instabilitäten zu vermeiden.
Die Ausgaben des Stromeinspeisungssteuerkreises 116 (d.h. die Ausgaben der Sperrfilter 178a und 178c) werden zu den Ausgaben des Stromversorgungsmittels 124 (d.h. den Ausgaben jeweils der Multiplizierer 142a und 142c) bei den Summierungsknoten 130a und 130c hinzufügt. Die Ausgaben der Summierungsknoten 130a und 130c werden jeweils an die Eingänge der Kompensationskreise 133a und 133c angelegt.
Die Kompensationskreise 133a und 133c stellen eine Amplituden- und Phasenkorrektur für die Ausgänge der Knoten 130a und 130c bereit, um eine Amplituden- und/oder Phasenverschiebung in den Ausgangseinspeiseströmen I_1a, I_1b und I_1c auszugleichen, die durch die Impedanzen 131a, 131b und 131c verursacht wurden.
Die gewünschte Übertragungsfunktion für den Kompensationskreis 133a (oder 133c) ist gegeben durch: Vout/Vin = (ZP + ZA)/ZA,wobei Z_P die Impedanz der Impedanz 131a (oder 131c) ist und Z_A die äquivalente Ausgangsparallelimpedanz des Transkonduktanzverstärkers 118 ist. Die Impedanz 131a (oder 131c) ist typischerweise ein Kondensator mit einer Kapazität C_P. Wie zuvor erörtert, resultiert die Impedanz Z_A aus der finiten Verstärkung der Stromrückführschleife des Transkonduktanzverstärkers 118. Bei den Frequenzen, bei denen eine Kompensation erforderlich ist, ist Z_A grundsätzlich resistiv mit einem Widerstand von R_A. Die Impedanzen der Induktionsspulen 121a–121c sind bei den betreffenden Frequenzen klein genug, um bei der Ermittlung der äquivalenten Ausgangsparallelimpedanz Z_A des Transkonduktanzverstärkers 118 ignoriert zu werden.
13 ist ein Schaltplan des Kompensationskreises 133a, der die gewünschte Übertragungsfunktion bereitstellt. Bei diesem Beispiel ist der Kompensationskreis 133c identisch mit dem Kompensationskreis 133a.
Bei dem Kompensationskreis 133a wird das Signal von dem Summierungsknoten 130a an einen verstärkenden Wechselrichter angelegt, der von dem Operationsverstärker 173a, den Widerständen R20a–R22a und dem Kondensator C20a gebildet wird.
Um die gewünschte Übertragungsfunktion bereitzustellen, werden der Widerstand des Widerstands R21a und die Kapazität des Kondensators C20a so gewählt, dass die Zeitkonstante R21a·C20a der Zeitkonstante R_A·C_P entspricht. Der Widerstand des Widerstands R20a wird so gewählt, dass er dem Widerstand von R21a entspricht. Der Wert des Widerstands R22a wird so gewählt, dass er im Verhältnis zum Widerstand R21a groß ist und die Kompensation bei Frequenzen unterhalb der Fundamentalfrequenz begrenzt.
Die Ausgabe des Operationsverstärkers 173a wird von dem Wechselrichter, der von dem Operationsverstärker 174a und den Widerständen R23a und R24 gebildet wird, invertiert, wodurch ein Ausgangssignal bereitgestellt wird, das die korrekte nacheilende Phase aufweist. Bei diesen gegebenen Schaltkreisparametern stellt der Kompensationskreis 133a die gewünschte Übertragungsfunktion bei den betreffenden Frequenzen (d.h. 100 bis 2000 Hz) bereit, ohne eine übermäßige Verstärkung bei Frequenzen bereitzustellen, die geringer als die Fundamentalfrequenz der Wechselstromleitung sind.
Die Ausgaben der Kompensationskreise 133a und 133c werden jeweils an positive Eingänge der Summierungsknoten 134a und 134c angelegt, wo sie jeweils zu den Ausgängen der Strompumpsteuerungen 132a und 132c addiert und zum Transkonduktanzverstärker 118 übertragen werden.
14 ist ein Blockdiagramm, das Nicht-Fundamentalfrequenzströme veranschaulicht, die in dem dreidrahtigen Dreiphasenstromsystem bestehen, das zuvor im Zusammenhang mit der Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 beschrieben wurde. Die Ströme i_Sa, i_Sb und i_Sc stellen die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten der Ströme dar, die von der Quelle 110 jeweils zu den Knoten 113a, 113b und 113c fließen. Die Ströme i_1a, i_1b und i_1c stellen die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten der Ströme dar, die von der Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 jeweils zu den Knoten 113a, 113b und 113c fließen. Die Ströme i_La, i_Lb, und i_Lc stellen die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten der Ströme dar, die jeweils von den Knoten 113a, 113b und 113c zur Last 112 fließen. In einem derartigen Stromsystem gelten folgende Gleichungen: iSa + iSb + iSc = 0 i1a + i1b + i1c = 0 iLa + iLb + iLc = 0 iSa = iLa – i1a iSb = iLb – i1b und iSc = iLc – i1c
Unter Verwendung der Eingänge der Wandler 115a und 115c erzeugt die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 i_1a und i_1c, so dass in Abwesenheit von Nicht-Fundamentalfrequenzspannungskomponenten der Leitungsspannungen V_1an, V_1bn und V_1cn i_1a = i_La und i_1c = i_Lc, wobei in diesem Fall durch die oben genannten Gleichungen i_1b = i_Lb und i_Sa = i_Sb = i_Sc = 0.
Wenn jedoch die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 mit einem vierdrahtigen Dreiphasensystem (bei dem ein neutraler Draht der vierte Draht ist) ohne Modifikation gekoppelt wird, können Probleme auftreten. Bei einem vierdrahtigen Dreiphasensystem gelten folgende Gleichungen: iSa + iSb + iSc = in iLa + iLb + iLc = in und i1a + i1b + i1c = 0 wobei in die Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten des Stroms darstellt, der in dem neutralen Draht fließt. Wenn die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 bei diesem System i_1a= i_Laund i_1c = i_Lc erzeugt, dann sind i_Saund i_Sc gleich null und i_Sb ist gleich i_n, d.h. die gesamte Nicht-Fundamentalfrequenzkomponente des Stroms des neutralen Drahts fließt durch den Leiter 111b, wodurch eine potenzielle Überhitzung in diesem Leiter und in den stromaufwärts angeordneten Stromverteilungstransformatoren verursacht wird. Somit ist die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 bei einem alternativen Beispiel der vorliegenden Erfindung, wie zuvor beschrieben, für die Verwendung mit einem vierdrahtigen Dreiphasenstromsystem modifiziert.
15 ist ein Blockdiagramm, das die Verbindung eines vierdrahtigen Adapterschaltkreises 200 für die Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 zeigt. Bei dem vierdrahtigen Dreiphasenbeispiel umfasst die Stromleitung 111 zusätzlich zu den Leitern 111a–111c einen neutralen Leiter 111n. Der neutrale Leiter 111n stellt einen Rückpfad für die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponente in von der Last 112 zur Stromquelle 110 bereit. Ein zusätzlicher Wandler 115b ist mit dem Leiter 111b gekoppelt. Die Wandler 115a, 115b und 115c erzeugen Signale, deren Nicht-Fundamentalfrequenzkomponenten proportional zu den Strömen i_La, i_Lb und i_Lc sind. Ein vierdrahtiger Adapterkreis 200 empfängt diese Signale von den Wandlern 115a, 115b und 115c.
16 ist ein schematischer Schaltplan eines vierdrahtigen Adapterkreises 200. Die Ausgabe des Wandlers 115a wird an einen positiven Eingang eines Summierungsknotens 205a und an einen positiven Eingang eines Summierungsknoten 203 angelegt. Die Ausgabe des Wandlers 115b wird an einen positiven Eingang des Summierungsknotens 203 angelegt. Die Ausgabe des Wandlers 115c wird an einen positiven Eingang eines Summierungsknotens 205c und an einen positiven Eingang eines Summierungsknotens 203 angelegt. Die Ausgabe des Summierungsknotens 203 wird von dem Abschwächerkreis 204 durch drei dividiert. Die Ausgabe des Abschwächerkreises 204 wird an negative Eingänge der Summierungsknoten 205a und 205c angelegt. Somit ist die Ausgabe des Summierungsknotens 205a proportional zu i_La – (1/3·i_n) und die Ausgabe des Summierungsknotens 205c ist proportional zu i_Lc – (1/3·i_n).
Die Ausgaben der Summierungsknoten 205a und 205c werden jeweils an die Summierungsknoten 177a und 177c des Stromeinspeisungssteuerkreises 116 der Aktivstromeinspeisungsvorrichtung 117 (10) angelegt. Diese Ausgaben werden durch die Sperrfilter 178a und 178c, die Kompensationskreise 133a, 133c und die Summierungsknoten 130a, 130c, 134a und 134c (3) zu dem Transkonduktanzverstärker 118 übertragen. Als Reaktion erzeugt der Transkonduktanzverstärker 118 die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponente i_1a, die i_La – (1/3·i_n) entspricht und die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponente i_1c, die i_Lc – (1/3·i_n) entspricht. Basierend auf den oben aufgelisteten Gleichungen wird eine Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponente i_1b erzeugt, die i_Lb – (1/3·i_n) entspricht.
Folglich entsprechen sich die Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten i_sa, i_sb und i_sc auf den Leitungen 111a–111c in der Phase und Amplitude und entsprechen einem Drittel der Nicht-Fundamentalfrequenzkomponente in der neutralen Leitung 111n. Dies gilt sogar dann, wenn die Nicht-Fundamentalstromkomponenten der Last 112 unausgeglichen sind (z.B. alle Nicht-Fundamentalstromkomponenten von einer einzelnen der drei Phasen gezogen werden). Durch Ausgleichen der Nicht-Fundamentalfrequenzstromkomponenten, wie zuvor beschrieben, wird das Potenzial zur Überhitzung von stromaufwärts angeordneten Vorrichtungen als Folge dieser Stromkomponenten verringert.
Obwohl die vorliegende Erfindung gemäß bestimmter Ausführungsformen beschrieben wurde, werden alternative Ausführungsformen in Erwägung gezogen. Beispielsweise könnten auf einfache Weise Modifikationen vorgenommen werden, um ein Einzelphasenbeispiel bereitzustellen, obwohl die vorliegende Erfindung gemäß einem Dreiphasenbeispiel beschrieben wurde.
Darüberhinaus kann die vorliegende Erfindung auf einfache Weise modifiziert werden, um als Reaktion auf einen unabhängigen Signalgenerator zu arbeiten, obwohl die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einer Ausführungsform mit einem aktiven Einspeisungsmodus beschrieben wurde. Bei einem solchen Beispiel sind die Wandler 115a und 115c von den Summierungsknoten 177a und 177c des Stromeinspeisungssteuerkreises 116 (10) abgeklemmt und der unabhängige Signalgenerator wird dazu verwendet, die gewünschten Signale an die Summierungsknoten 177a und 177c anzulegen. Wie zuvor beschrieben, kann ein derartiges Beispiel dazu verwendet werden, die Toleranz des Stromsystems für Nicht-Fundamentalfrequenzsignale zu testen.

Claims

Stromeinspeisungsvorrichtung zum Einspeisen von Strom in eine Wechselstromleitung (111), wobei die Stromleitung (111) mit einer Netzspannung betrieben wird, die eine Fundamentalfrequenz aufweist, und die Stromeinspeisungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Stromgenerator (117); und eine Impedanz (131), die zwischen dem Stromgenerator und der Stromleitung (111) angeschlossen ist, wobei der Stromgenerator (117) eine Stromkomponente mit der Fundamentalfrequenz erzeugt, die durch die Impedanz (131) zur Stromleitung (111) übertragen wird, wodurch die Stromkomponente einen Spannungsabfall an der Impedanz (131) verursacht, wobei der Spannungsabfall innerhalb eines ausgewählten Bereichs um die Netzspannung liegt, einen Spannungserfassungskreis (122), der mit der Stromleitung (111) gekoppelt ist und dafür ausgelegt ist, die Netzspannung zu erfassen, und der als Reaktion ein Steuersignal erzeugt, das proportional zur Netzspannung ist; und einen Strompumpsteuerkreis (132), der mit dem Spannungserfassungskreis (122) und dem Stromgenerator (117) gekoppelt ist, wobei der Strompumpsteuerkreis (132) ein Strompumpsignal, das die Fundamentalfrequenz aufweist, als Reaktion auf das Steuersignal erzeugt, wobei das Strompumpsignal proportional zu der Netzspannung ist und der Stromgenerator (117) das Strompumpsignal empfängt und die Stromkomponente als Reaktion auf das Strompumpsignal erzeugt.
Stromeinspeisungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Strompumpsignal um etwa 90 Grad hinter der Netzspannung zurückliegt.
Stromeinspeisungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die dafür ausgelegt ist, mit der Wechselstromleitung (111) parallel geschaltet zu werden.
Stromeinspeisungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der ausgewählte Bereich etwa 25 Prozent bis etwa 150 Prozent der Netzspannung entspricht.
Stromeinspeisungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Spannungsabfall etwa der Netzspannung entspricht.
Stromeinspeisungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Impedanz (131) ein Kondensator ist.
Stromeinspeisungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Impedanz so beschaffen ist, dass die Stromkomponente um etwa 90 Grad hinter der Netzspannung zurückliegt.
Stromeinspeisungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Impedanz (131) ein Kondensator ist, der zu einer Induktionsspule parallel geschaltet ist.
Verfahren zum Einspeisen von Strom in eine Wechselstromleitung, wobei die Stromleitung mit einer Spannung betrieben wird, die eine Fundamentalfrequenz aufweist, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erfassen der Spannung in der Stromleitung (111); Erzeugen einer Stromkomponente als Reaktion auf die Spannung, wobei die Stromkomponente eine Frequenz aufweist, die der Fundamentalfrequenz entspricht; Übertragen der Stromkomponente durch eine Impedanz (131) zur Stromleitung, wodurch der Spannungsabfall an der Impedanz (131), der durch die Stromkomponente verursacht wird, innerhalb eines ausgewählten Bereichs um die Spannung in der Stromleitung (111) liegt, Erzeugen eines Steuersignals, das proportional zur Netzspannung ist; Erzeugen eines Strompumpsignals, das die Fundamentalfrequenz aufweist, als Reaktion auf das Steuersignal, wobei das Strompumpsignal proportional zur Netzspannung ist und die Stromkomponente als Reaktion auf das Strompumpsignal erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Impedanz (131) parallel zur Stromleitung (111) geschaltet ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Stromkomponente des Weiteren um etwa 90 Grad hinter der Spannung zurückliegt.
Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei der ausgewählte Bereich etwa 25 Prozent der Spannung in der Stromleitung (111) bis etwa 150 Prozent der Spannung in der Stromleitung (111) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Spannungsabfall etwa der Spannung in der Stromleitung (111) entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Impedanz (113) ein Kondensator (cp) ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Impedanz (131) ein Kondensator ist, der mit einer Induktionsspule (121a–121c) parallel geschaltet ist.