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Beschreibung:
Gegenstand der Diplomarbeit ist die Entwicklung einer im Energietechnik-Laborunterricht zu Mess- und Demonstrationszwecken einsetzbaren Blindleistungsregelung. Die auftretenden Blind- bzw. Wirkleistungen sind auf <2kVA beschränkt, das System ist einphasig ausgeführt. Die Blindleistungskompensation erfolgt über zuschaltbare Kapazitäten. Die dabei möglicherweise auftretende Über- bzw. Unterkompensation wird durch einen TCR (Thyristor Controlled Reactor), gebildet aus einer Kompensationsinduktivität und einer Thyristor-Phasenanschnittssteuerung, sowie mit Hilfe einer computerisierten Regelung ausgeglichen. Messtechnisch erfasst werden Ströme, Spannungen, Phasenverschiebungen, Blind- und Scheinleistung, mit Hilfe elektronischer Komponenten.
Die Messwerte werden über eine galvanisch getrennte Schnittstelle in einen PC zur Darstellung und Regelung des TCR eingespeist. Die für die Blindleistung notwendige Phasenverschiebung im Netz wird mit Hilfe eines festgebremsten Schleifringläufers simuliert.
Die Messung, bzw. Berechnung der Leistungskomponenten bzw. der Phase in Echtzeit erfolgt mit Hilfe eines „Single-phase Power/Energy ICs“ (Cirrus CS5464).
Die Kommunikation der Messeinheit mit dem PC wird durch einen Mikrocontroller durchgeführt.
Die Steuerung des TCR erfolgt über ein Gleichspannungssignal, welches von einem DAC (ebenfalls gesteuert durch den Mikrocontroller) abgeleitet ist. Das Zuschalten der Kompensationskapazitäten (3 Stufen) geschieht über Halbleiterrelais, die ebenso vom µC angesteuert werden.
Um die elektrische Sicherheit zu gewährleisten, wird die gesamte Messelektronik inklusive Prozessor über galvanisch getrennte Schnittstellen bzw. DC/DC-Wandler versorgt.
Die Messergebnisse werden über eine serielle Schnittstelle RS232 oder USB an den PC übergeben. Am PC läuft eine Regler-Software, die die Stellgrößen seriell wieder an den Prozessor übermittelt. Dieser wandelt die Stellgrößen in eine Steuerspannung für den TCR um bzw. liefert auch die Schaltinformation für die zuzuschaltenden Kapazitäten.
Für die Ansteuerung des TCR werden Thyristor- bzw. TRIAC-Module für die Phasenanschnittssteuerung verwendet, für das Zuschalten der Kapazitäten kommen elektronische Zero-Cross-Schalter-Module zum Einsatz. Die Spannungsversorgung der gesamten Elektronik erfolgt ausschließlich über USB.
Summary:
The topic of this diploma thesis is a development for a reactive power control for measurements and demonstrations purposes in practical training. Reactive and real powers are limited to 2 kVA. The system is running single phase. The reactive power will be carried out with the help of activatable capacities. Possible over or under compensation is compensated by a TCR (Thyristor Controlled Reactor), formed by a compensation inductor and a thyristor phase control, assisted by computer aided control.
With help of electronic measuring equipment and a TCR plus an inductivity, an optimal compensation can be reached.
The measured values are fed to a PC via an electrically isolated interface for display and regulation of the TCR. The essential phase shift necessary for reactive power compensation is simulated by a locked slip-ring rotor. The measurement and calculation of the power components and phase are carried out in real time by a „Single-Phase Power/Energy IC“ (Cirrus CS5464). The communication of the measuring unit with the PC is carried out by a micro-controller. The control of the TCR occurs by a DC voltage signal that is derived by a DAC that is operated by a micro controller as well.
The compensation capacities (3 levels) are switched by semiconductive relays, which are also controlled by the micro-controllers.
In the development of the electronic measuring equipment special attention was paid to electrical safety. Therefore voltage supply including the micro-controller was galvanically isolated by DC/DC-converter or in case of communication via serial converters that are equipped with opto-coupler. The TCR and solid state relays contain opto-coupler as well. The measurements are sent to the PC via a serial interface like RS232 or USB.
A controlling software was written and installed on a PC that sends the variables to the processor. It converts the variables to control voltage for TCR and delivers switching information for the capacities to switch on. In order to control the TCR, Thyristor or rather TRIAC modules are used to control phase cutting. In order to switch zero-cross-switching modules are used.
The voltage supply of the electronic measuring equipment is provided solely by USB.
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