DE3780094T2 - konverter fuer die gleichstromversorgung von mehreren elektrischen lasten. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wandlereinrichtung für die Versorgung einer Mehrzahl von getrennt gesteuerten und eine Klemme gemeinsamer Polarität besitzenden elektrischen Lasten mit Gleichstrom aus einem elektrischen Dreiphasennetz. Sie wird angewendet, wenn der Veränderungsbereich der an diese Lasten angelegten Spannung bei schneller Regelung derselbe und ein Bruchteil der maximalen Betriebsspannung ist.
• Die Patentanmeldung FR-2 454 216 bezieht sich auf eine Wandlereinrichtung für die Versorgung einer Last oder auf eine Einrichtung für die Versorgung von mehreren elektrischen Lasten, die so viele Wandlereinrichtungen wie Lasten besitzt, aus einem elektrischen Dreiphasennetz, mit dem die Primärwicklung eines Transformators verbunden ist. Diese Last oder diese Gruppe von Lasten ist zwischen zwei Klemmen mit unterschiedlicher Polarität geschaltet. Dieses Dokument bezieht sich insbesondere auf eine Schaltung mit vier Wandlereinrichtungen, von denen jede zusammen mit einer weiteren Wandlereinrichtung mit zwei gleichen Sekundärwicklungen des Transformators verbunden ist, wobei der Schaltungsaufbau so gewählt ist, daß aufgrund einer geeigneten Phasenverschiebung die Rückwirkung auf das Netz verbessert ist.
• Die mit derselben Sekundärwicklung verbundenen Lasten besitzen dieselbe Spannung und werden auf analoge Weise gesteuert. Mit dieser Einrichtung ist es daher nicht möglich, mehrere getrennt gesteuerte Lasten, die eine Klemme mit gemeinsamer Polarität besitzen, zu versorgen.
• Die Patentanmeldung EP-0 225 200, die im Namen der Anmelderin eingereicht wurde, bezieht sich auf eine Einrichtung für die Versorgung mit Gleichstrom von wenigstens zwei elektrischen Lasten mit gemeinsamer Polarität, insbesondere für die Versorgung eines Lichtbogenofens mit mehreren Elektroden oder von Plasmageneratoren Diese Einrichtung umfaßt eine Anordnung von lastgesteuerten Gleichrichtern, die parallel zu einer gemeinsamen Wechselstromversorgung als Graetz-Brücken geschaltet sind, wobei die auf der Seite der gemeinsamen Polarität befindlichen Halbbrücken eine gemeinsame Phasenverschiebungs-Steuerspannung besitzen, während die auf der anderen Seite befindlichen Halbbrücken jeweils durch eine individuelle Regelung gesteuert werden.
• Eine derartige Einrichtung ist sehr vorteilhaft. Wenn jedoch die Spannung, die an jede Last angelegt wird, groß ist, die Reihenschaltung von Halbleitern umfaßt und in einem begrenzten Bereich schnell veränderbar sein muß, ist diese Lösung nicht völlig zufriedenstellend.
• Die Wandlereinrichtung gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 definiert, insbesondere umfaßt die Wandlereinrichtung, die mit der Klemme gemeinsamer Polarität der Lasten verbunden ist, eine erste, gemeinsame, nicht gesteuerte Gleichrichtergruppe, die mit einer zweiten, gesteuerten Gleichrichtergruppe in Reihe geschaltet ist, die von einer unteren, mit der ersten Gleichrichtergruppe verbundenen, gemeinsamen Halbbrücke und von mehreren oberen Halbbrücken gebildet ist, wobei jede von diesen mit der Klemme nicht gemeinsamer Polarität einer elektrischen Last in Reihe geschaltet ist, und einen Transformator mit drei Wicklungen, dessen Primärwicklung mit dem elektrischen Dreiphasennetz verbunden ist und dessen zwei Sekundärwicklungen mit der ersten Gleichrichtergruppe bzw. mit der zweiten Gleichrichtergruppe verbunden sind, wobei die Halbleiterelemente einer jeden der Gleichrtchtergruppen sämtlich im selben Richtungssinn geschaltet sind.
• Vorzugsweise ist zwischen jede der oberen Halbbrücken der zweiten Gleichrichtergruppe und die Klemme nicht gemeinsamer Polarität der elektrischen Last, mit der sie verbunden ist, eine Stabilisierungsspule geschaltet.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt die erste Gleichrichtergruppe ständig eine gleichgerichtete erste Spannung ab, während die zweite Gleichrichtergruppe in Abhängigkeit von der zwischen den Klemmen einer jeden Last gewünschten individuellen Endspannung als Spannungserniedriger oder als Spannungserhöher arbeitet.
• Vorzugsweise hängt die von der ersten Gleichrichtergruppe abgegebene Spannung vom Änderungsbereich der an die Lasten angelegten Spannung ab, und sie liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 40 bis 50% der an jede Last angelegten Leerlauf- Gesamtnennspannung.
• Die Erfindung wird besser verständlich und andere Ziele, Vorteile und Merkmale derselben werden deutlicher beim Lesen der folgenden Beschreibung, der ein einziges Blatt Zeichnungen beigefügt ist, in dem:
• - die einzige Figur eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung schematisch darstellt.
• In dieser Figur, auf die nun Bezug genommen wird, ist eine Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die auf die Versorgung von drei einzelnen Plasmabrennern 1, 2, 3 mit einer gemeinsamen Klemme 4 angewendet wird. Selbstverständlich hätte ebensogut ein Gleichstrom-Lichtbogenofen mit mehreren Elektroden dargestellt werden können. Außerdem stellt die Anzahl der einzelnen elektrischen Lasten keine Beschränkung dar.
• Die nicht gezeigte elektrische Stromversorgungsquelle wird hier vom elektrischen Dreiphasennetz gebildet, mit dem die Primärwicklung 6 des Transformators 5 verbunden ist, der zwei Sekundärwicklungen 7 und 8 aufweist. Die Dreieckschaltung ist hierbei als Beispiel angegeben.
• Die Sekundärwicklung 7 ist mit einer ersten Gleichrichtergruppe 9 verbunden, die hier von einer Graetz-Brücke mit Dioden gebildet und daher nicht gesteuert ist, die Brücke könnte jedoch ebensogut von Thyristoren gebildet sein. Diese Gleichrichtergruppe 9 hat die Funktion, zwischen ihren Klemmen eine im wesentlichen konstante, gleichgerichtete Spannung mit vorgegebenem Wert, vorzugsweise in der Größenordnung von 40 bis 50% der an jeden Brenner anlegbaren Gesamt-Leerlaufspannung, zu bestimmen. Wenn jedoch der Änderungsbereich der an die Lasten angelegten Spannung geringer als die Maximalspannung ist, kann diese im wesentlichen konstante, gleichgerichtete Spannung einen höheren Wert besitzen und beispielsweise 80% der an die Lasten angelegten Gesamt-Leerlaufspannung erreichen.
• Im gezeigten Beispiel sind die Anoden der Dioden der unteren Halbbrücke der ersten Gleichrichtergruppe mit der Klemme gemeinsamer Polarität 4 der Brenner verbunden, während die Kathoden der Dioden der oberen Halbbrücke gemeinsam mit den Anoden der Thyristoren der unteren Halbbrücke 10 der zweiten Gleichrichtergruppe verbunden sind.
• Diese zweite Gleichrichtergruppe wird von einer gemeinsam gesteuerten, unteren Halbbrücke 10 und von so vielen getrennt gesteuerten oberen Halbbrücken, wie Brenner vorhanden sind, also im gezeigten Beispiel drei, gebildet. Die untere Klemme der zweiten Gleichrichtergruppe ist, wie oben erwähnt, mit der oberen Klemme der ersten Gleichrichtergruppe 9 verbunden. Diese zweite Gleichrichtergruppe ist mit der Sekundärwicklung 8 des Transformators 5 verbunden.
• Die Kathoden der Thyristoren der oberen Halbbrücken 14, 15, 16 der zweiten Gleichrichtergruppe sind jeweils über eine Glättungsdrossel oder Stabilisierungsspule 11, 12, 13 mit der zugeordneten Klemme nicht gemeinsamer Polarität der Brenner verbunden.
• Diese zweite Gleichrichtergruppe besitzt die Funktion, einzeln für jede der Lasten die zwischen den Klemmen der ersten Gleichrichtergruppe 9 erzeugte, gleichgerichtete Spannung um eine bestimmte Spannung zu erniedrigen oder zu erhöhen, derart, daß sich die Spannung zwischen den Klemmen einer jeden Last individuell und kontinuierlich zwischen Null Volt und der Leerlauf-Nennspannung im nutzbaren Bereich der Spannung sehr schnell verändern kann.
• Dieses Ergebnis wird erhalten, indem der Zündwinkel eines jeden der Thyristoren der zweiten Gleichrichtergruppe verändert wird. Wenn sich der Zündwinkel eines jeden der Thyristoren der oberen Halbbrücken 14, 15, 16 sehr schnell verändern kann, wird vorzugsweise derjenige der Thyristoren der unteren Halbbrücke 10, der den Änderungsbereich der Spannung einstellt, weniger schnell verändert, um die individuelle Regelung des Stroms in jeder Last nicht zu beeinflussen. Diese Beschränkung der Schnelligkeit kann beispielsweise im Fall einer anomalen Überintensität in einer Last unterdrückt werden. In diesem Fall wird eine geeignete Steuerschleife vorgesehen werden. Um beispielsweise ein Element als Spannungserhöher zu betreiben, werden die Thyristoren mit einer geringen Phasenverschiebung gezündet, während sie mit einer großen Phasenverschiebung gezündet werden, um es als Spannungserniedriger zu betreiben.
• Um daher die Spannung in einer Last von Null Volt auf deren Maximalwert anzuheben, genügt es, zunächst den entsprechenden Teil der zweiten Gruppe als Spannungserniedriger zu betreiben und dann nach und nach den Subtraktionseffekt zu unterdrücken, indem der Zündwinkel ihrer Thyristoren verkleinert wird, um sie als Spannungserhöher zu betreiben.
• Es ist daher leicht verständlich, daß es genügt, die Zündung der Thyristoren der oberen Halbbrücken der Gleichrichtergruppe einzeln zu steuern, um die an die Klemmen einer jeden Last angelegte Spannung einzeln zu steuern, und daß daher leicht eine Regelschaltung verwirklicht werden kann, die den Strom in jeder dieser Lasten einzeln steuert, wenn jede Last im selben Spannungsbereich arbeitet.
• Für den Fachmann ist leicht verständlich, daß eine derartige Einrichtung zahlreiche Vorteile aufweist, von denen die Tatsache angeführt werden kann, daß nur ein Transformator vorgesehen ist und dieser nicht so viele Sekundärwicklungen benötigt, wie Lasten vorhanden sind, daß die Gleichrichter zusammengefaßt sind und daß infolgedessen ihre Anzahl auf die für den Durchgang des Gesamtstroms der Lasten notwendige Anzahl begrenzt ist und daß ein großer Teil der übertragenen Leistung über Dioden anstatt über Thyristoren transportiert werden kann, was die Kosten wesentlich senkt, außerdem kann jedoch festgehalten werden, daß eine derartige Schaltung den Verbrauch an Blindenergie begrenzt und daß die Oberschwingungen niedriger Ordnungen leicht beseitigt werden können, wenn die Anzahl der Lasten ausreichend groß ist.
• Selbstverständlich wird mit keiner vom Fachmann vorgenommenen Abwandlung der Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, verlassen. Beispielsweise können in jedem Zweig der Halbbrücken in Abhängigkeit vom dort umlaufenden Strom mehrere Dioden oder Thyristoren parallel geschaltet sein.

Claims (4)

1. Wandlereinrichtung für die Versorgung einer Mehrzahl von getrennt gesteuerten elektrischen Lasten mit Gleichstrom aus einem elektrischen Dreiphasennetz, mit dem die Primärwicklung eines Transformators verbunden ist, mit Gleichrichtergruppen, die in Reihe geschaltet und mit getrennten Sekundärwicklungen des Transformators verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lasten (1, 2, 3) eine Klemme (4) gemeinsamer Polarität besitzen und daß die Gieichrichtergruppen von einer ersten und von einer zweiten Gleichrichtergruppe gebildet sind, wobei die erste, gemeinsame, vorzugsweise nicht gesteuerte Gleichrichtergruppe (9) mit der Klemme (4) gemeinsamer Polarität verbunden ist und wobei die zweite, gesteuerte Gleichrichtergruppe von einer unteren gemeinsamen Halbbrücke (10), die mit der ersten Gleichrichtergruppe (9) verbunden ist, und von mehreren oberen Halbbrücken (14, 15, 16) gebildet ist, wobei jede von diesen mit der Klemme nicht gemeinsamer Polarität einer elektrischen Last in Reihe geschaltet ist, wobei der Transformator zwei Sekundärwicklungen (7, 8) aufweist, von denen die eine mit der ersten Gleichrichtergruppe (9) und die andere mit der zweiten Gleichrichtergruppe verbunden ist, und wobei die Halbleiterelemente einer jeden der Gleichrichtergruppen sämtlich in demselben Richtungssinn geschaltet sind.

2. Wandlereinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jede der oberen Halbbrücken (14, 15, 16) der zweiten Gleichrichtergruppe und der Klemme nicht gemeinsamer Polarität der elektrischen Last, mit der sie verbunden ist, eine Stabilisierungsspule (13, 12, 11) geschaltet ist.

3. Wandlereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gleichrichtergruppe (9) ständig eine gleichgerichtete erste Spannung abgibt, während die zweite Gleichrichtergruppe in Abhängigkeit von der zwischen den Klemmen einer jeden Last gewünschten individuellen Endspannung als Spannungserniedriger oder als Spannungserhöher arbeitet.

4. Wandlereinrichtung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der ersten Gleichrichtergruppe (9) abgegebene Spannung vom Änderungsbereich der an die Lasten angelegten Spannung abhängt und vorzugsweise in der Größenordnung von 40 bis 50% der an jede Last angelegten Leerlauf-Gesamtnennspannung liegt.