CN101682090A - 用于快速消除等离子弧的减少引线电感中存储的电能的电路和方法 - Google Patents

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Abstract

一种电路配置(9)，所述电路配置(9)用于减少在用来连接供电单元(5)与尤其为等离子体应用的负载(2)的一根或多根引线(3.1，3.2)中或所述负载中存储的电能，所述电路配置(9)包括至少一个与所述引线(3.1，3.2)中的至少一根可操作地连接的开关装置(SS)，所述开关装置(SS)用于使能/中断向所述负载(2)的供电(5)。所述电路配置(9)还包括第一电非线性器件，与所述第一电非线性器件串联设置的能量存储器件，以及与所述能量存储器件可操作地连接的预充电电路(7；7.1；7.1’)，其用于在使能向所述负载(2)供电的同时，在所述能量存储器件中存储能量到达预定的能量水平。

Description

用于快速消除等离子弧的减少引线电感中存储的电能的电路和方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序所述的用于减少引线电感中存储的电能的电路配置，所述引线电感由用于连接供电单元与尤其为等离子体应用(application)的多根引线或负载形成，所述电路配置包括至少一个开关装置，所述开关装置可操作地与用于使能/中断向负载的供电的引线中的至少一根连接，还涉及一种根据权利要求2的前序所述的电路配置，用于转移在用于连接供电单元与尤其为等离子体应用的负载的一根或多根引线中或负载中存储的电能，所述电路配置包括至少一个第一电非线性器件和能量存储器件。
本发明还涉及一种根据权利要求15的前序所述的用于等离子体应用的供电设备，包括供电单元；以及输出端，用于从供电单元经由多根引线向等离子体应用供电。
本发明还涉及一种根据权利要求20的前序所述的减少由用于连接直流供电单元与尤其为等离子体的负载的多根引线形成的引线电感中或负载中存储的电能的方法，所述方法包括例如借助与引线之一可操作地连接的开关装置中断向负载供电，使得抑制从供电单元到至少一根引线的功率流，还包括将引线或负载中存储的能量转移到能量存储器件。
此外，本发明涉及一种根据权利要求21的前序所述的方法，所述方法用于转移在用于连接直流供电单元与尤其为等离子体应用的负载的一根或多根引线中或负载中存储的电能，尤其是由多根引线形成的引线电感中存储的电能，所述方法包括将引线或负载中存储的能量转移到能量存储器件。
此外，本发明涉及一种根据权利要求36的前序所述的方法，用于消除结合直流供电使用的等离子体应用中的电弧，包括监测等离子体应用的工作状态以发现等离子弧的发生；以及响应于所述监测的结果中断向等离子体应用供电。
通过显著长度的引线或电缆，从供电向负载(例如等离子体应用(例如表面处理等)中使用的等离子体器件或等离子体室)流动的强电流不可避免地涉及到引线电感中存储的很大量的电能。在当前语境中，引线用于表示任何电连接，例如导线等，可能与不可忽略的电感值相关联。在使用供电设备为等离子体过程供电时，等离子体室内部可能会发生等离子弧放电或等离子弧，可能导致不希望的结果。典型地，当在等离子体中探测到电弧放电时，断开向等离子体应用供电。然而，不仅必需要尽快从等离子体断开供电，而且要减少随后从引线电感提供给电弧放电的能量的量。
确保这一点的一种方法是使用较短的电感低的引线或电缆，因为引线的电感值一般与引线长度成正比。然而，这种方法需要将供电设备放置在等离子体室附近，在实践中这是难以完成的。
发明目的
本发明的目的是提供一种上述类型的电路配置、供电设备和方法，确保显著减少提供给负载的引线电感能量而不会给供电单元和要供电的负载的相对位置带来限制。
发明内容
根据本发明的第一方面，通过提供一种上述类型的电路配置实现该目的，该电路配置还包括第一电非线性器件；与所述第一电非线性器件串联设置的能量存储器件；与所述能量存储器件可操作地连接的预充电电路，用于在使能负载的供电同时在能量存储器件中存储能量至预定能量水平。
根据本发明的第二方面，通过提供上述类型的电路配置实现该目的，其中通过连接所述第一电非线性器件和所述能量存储器件，使得能够从引线或负载将能量转移到能量存储器件，而不能从能量存储器件向引线或负载中转移能量。
非线性器件是电流与电压不成正比的器件。典型的非线性器件是诸如二极管的电气阀装置。也可以将诸如晶体管、晶闸管或三端双向可控制硅开关元件的电气开关以及具有非线性行为的变阻器或机电或磁性器件视为电气阀装置。
能量存储器件可以是任何能够存储能量的装置。典型的能量存储器件是电容、电感或包含两者、至少一个电容和至少一个电感的装置。可以与开关装置并联设置第一电非线性器件，可以与开关装置并联且与第一电非线性器件串联设置能量存储器件。
预充电的能量存储器件(电容器)确保施加到负载的电压被反转到预定值，大体独立于流动的电流。可以容易地将该值与协作元件的电压规格匹配，从而使它们保持安全并提供最佳的电流切断性能。
根据本发明的第三方面，通过提供上述类型的供电设备实现该目的，其中供电设备还包括根据本发明所述第一方面的电路配置。
根据本发明的第四方面，通过提供上述类型的减少电能的方法实现该目的，该方法还包括如下步骤：
a.在中断所述供电之前，将所述能量存储器件预充电到预定能量水平；以及
b.在重新开始向所述负载供电之前排放所述能量存储器件中存储的电能。
根据本发明的第五方面，通过提供根据权利要求21所述的方法实现目的，根据第六方面，通过提供根据权利要求28所述的方法实现目的。
术语“中断供电”表示在中断时间内供电输出端处没有电压。这可以通过打开串联开关或由被并入供电内部的并联开关对供电的输出连接器短路——或简单地——通过此时闭合放电开关来实现。
根据本发明的第七方面，通过提供根据权利要求36所述的消除等离子体应用中的电弧的方法实现目的。
在相应的从属权利要求中提到了本发明的其他实施例，在此通过引用将其措词并入本说明书，以避免不必要的文本重复。
根据本发明的电路配置、供电设备和方法确保显著减少从引线电感和/或负载向电弧放电转移的能量，而不依赖于引线或电缆的任何短路。通过这种方式，无需对供电单元和负载的相对位置设置约束就能够实现改善的电弧消除和等离子体应用。
根据本发明的基础一般构思，在正常工作状态期间闭合位于供电单元和负载，例如等离子体应用之间的开关装置，并借助于预充电电路将可以与所述开关装置并联连接的能量存储器件预充电到所需的能量(电压)水平。可以将后者设计成电压控制的外部供电的单元。当在等离子体中探测到电弧时，即当负载条件需要中断供电并连同减少向负载提供来自引线的残余能量时，打开所述开关装置，使得来自引线电感的输出电流沿着旁路路径流动，旁路路径包括与例如二极管的电非线性器件串联的能量存储器件。这种特定布置使得能够将引线电感或负载中存储的大量残余能量转移到能量存储器件中，而不是将其提供到负载，例如电弧放电中。必需在打开供电和负载之间的开关装置的同时断开供电，使得不会从供电流出电流。唯一允许流经(并联)电非线性器件的电流是来自电缆电感的电感电流，而不是来自供电的电流。
根据本发明的实施例，在重新使能向负载供电之前借助放电电路消除能量存储器件中存储的剩余的能量。
或者可以通过布置本发明的电路配置，使得所述开关装置或者设置于供电单元的正极侧，或者设置于供电单元的负极侧。
根据本发明的另一实施例，可以将预充电电路和放电电路集成在公共电路实体中。或者，可以将预充电电路和放电电路设计成独立的电路。具体而言，放电电路可以包括并联连接的电非线性器件(例如二极管)和电阻元件(放电电阻器)。
由于在工作期间开关装置和放电电阻器将显著发热，可以有利地为所述元件中的任一个装备热沉结构以便高效地散发余热。这意味着在本发明之前堆积到负载并因此在一些情况下为电弧供应能量而不是熄灭电弧的能量现在被俘获到“能量存储元件”中，例如电容器中。可以在电阻元件中消耗该能量——因此，用于该元件的热沉是有利的，但是也可以将能量重复利用，例如反馈到供电。
或者，可以将任何结合本发明使用的二极管或电阻器设计成受控金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、晶体管、晶闸管或三端双向可控制硅开关元件以及具有非线性行为的变阻器或机电或磁性器件。
具体而言，在结合等离子体应用的电弧消除使用根据本发明的电路配置时，探测(并熄灭)过多数量的等离子弧将必然使放电电阻器发热。在这一语境中，根据本发明所述第四方面的方法的优选实施例包括在中断向等离子体应用供电之后施加可调节阻断时间。在所述阻断时间期间，不打开供电，禁止向等离子体应用提供功率。
供电设备还可以包括反向并联的上述类型的第二电路配置。供电单元可以是直流供电或交流供电。
在中断向所述等离子体应用供电之后可以施加可调的阻断时间，以允许所述能量存储器件放电到预定能量水平。
该方法还包括在中断供电之后一直等待到将所述能量存储器件放电到预定能量水平。
此外，可以对所述能量存储器件进行放电，使得所述能量存储器件的电压与所述供电单元的输出端的电压相同。
在中断供电之后且在排放能量之后，可以允许过去一段时间，直到在闭合串联开关装置之前供电设备准备好再次耗散能量，和/或直到能量存储器件被预充电到预定能量水平或放电电路或能量存储器件达到预定温度。
还通过一种减少用于连接直流供电单元与尤其为等离子体应用的负载的一根或多根引线中或所述负载中存储的电能，尤其是由多根引线形成的引线电感中存储的电能的方法实现本发明的目的，所述方法包括：
从所述供电单元断开所述引线中的至少一根并将电能转移到能量存储器件，利用非线性器件抑制能量从所述能量存储器件流动到所述引线，其特征在于，
在从所述供电单元断开所述引线之前主动为所述能量存储器件预充电。
可以减少负载和/或引线中存储的能量。
利用非线性器件，还可以阻止能量从能量存储器件流到负载中。
在将引线之一切换回供电单元之前，可以排放能量存储器件中的能量，例如耗散或馈送到供电单元。
可以对所述能量存储器件充电，使得所述能量存储器件的电压与所述供电单元的输出端的电压相同。
参考附图，可以从仅以举例方式给出的以下优选实施例的描述得出本发明的其他优点和特征。可以单一地或联合地根据本发明使用上文以及下文所述的特征。不应将以下描述视为无遗漏的列举，而是应视为本发明一般基础概念的范例。
附图说明
图1是根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第一实施例；
图2是根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第二实施例；
图3是根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第三实施例；
图4是根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第四实施例；
图5是根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第五实施例；
图6是根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第六实施例；
图7示出了包括串联开关装置和非线性元件的模块；
图8是用于解释根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第一实施例。供电设备1借助于引线3.1、3.2与形式例如为等离子体器件或等离子体室的等离子体应用2连接，引线3.1、3.2连接到供电设备1的相应输出端4.1、4.2。引线3.1、3.2可以设置于共用电缆中，并带来相应的引线电感L1、L2，于是形成总引线电感L＝L1+L2。引线电感L可以在供电设备1的工作期间，即在等离子体应用2的工作期间存储电能。
供电设备1的输出端4.1与供电设备1中包括的直流(DC)供电单元(发电机)5的正极(+)连接。类似地，供电设备1的输出端4.2与直流供电单元5的负极(-)连接。跨过供电单元5的正极和负极以反向偏置耦合续流二极管D1形式的电非线性器件。在供电单元5的负极(-)和供电设备1的输出端4.2之间设置串联开关形式的开关装置SS，本领域的技术人员知道其适当设计。例如，串联开关SS可以做成IGBT形式(绝缘栅极双极晶体管或MOSFET)。该开关是能够在给定时间导通和截止的开关。与串联开关SS并联设置二极管D2形式的另一电非线性器件。二极管D2与电容器C串联，使得二极管D2和电容器C一起与串联开关SS并联，其中二极管D2的阴极面向电容器C。通过这种方式，二极管D2和电容器C为串联开关SS有效地形成旁路。二极管D1的阳极侧连接节点6位于所述旁路和供电单元5的负极(-)之间。
从图1进一步可以看出，在电容器C的端子两端耦合预充电/放电电路7。优选将预充电/放电电路7设计为电压控制的外部供电单元。预充电/放电电路7包括电压源(未示出)，所述电压源用于将电容器C充电到预定的可调节电压电平。为此，预充电/放电电路7具有正极和负极(+/-)，其中预充电/放电电路7的正极(+)连接在电容器C和二极管的D2的阴极之间，而预充电/放电电路7的负极(-)连接在电容器C和串联开关SS之间，即电容器C和二极管D1的阳极侧连接节点6之间。通过这种方式，相对于预充电/放电电路7的预充电电势反向偏置设置二极管D2，二极管D2适于阻断来自预充电电路为电容器C充电的预充电电流。可以用任何种类的能量存储器件替换电容器C。例如，在电感器作为能量存储器件时，优选将预充电/放电电路7设计成电流控制的外部供电的单元。
在图1的实施例中，供电设备1还包括监测/控制单元8，将在下面详细解释其功能。然而，如本领域的技术人员将理解的，原则上可以将监测/控制单元8设计成相对于供电设备1独立的实体。监测/控制单元8与串联开关SS、预充电/放电电路7、供电单元5和等离子体应用2可操作地连接。在本发明的优选实施例中，监测/控制单元8被设计成等离子弧探测/消除单元，适于监测等离子体应用2的工作状态以探测等离子弧的发生，以便响应于等离子体应用2的所述监测控制串联开关SS和/或预充电/放电电路7的工作。监测/控制单元8可以适于通过监测等离子体应用2，即从等离子体参数直接探测等离子弧。替换地或额外地，其可以适于通过监测供电单元5的操作参数，例如供电单元5的输出电压和/或输出电流来间接这样做。
如本领域的技术人员将要理解的，通常通过在监测/控制单元8的控制下打开串联开关SS中断等离子体应用2的供电来实现探测到的等离子弧的消除。除此之外，图1的实施例确保减小了引线电感能量，从而能够在等离子体应用中快速消除电弧。
现在将详细描述根据图1的供电设备1的运行：在正常工作状态下，即等离子体应用2中未检测到电弧，串联开关SS是闭合的，预充电/放电电路7将电容器C预充电到所述预定电压电平。当监测/控制单元8探测到等离子弧时，在监测/控制单元8的控制下打开串联开关SS，从而迫使引线电感L1、L2中的电流(通常会由于发生等离子弧而增大)逆着电容器C的初始预充电电压流经二极管D2，并然后进一步经由连接节点6流经续流二极管D1。通过这种方式，二极管D2有效地充当着打开的串联开关SS的旁路二极管。由于这种特定布置，将主要存储于引线电感L1、L2中的残余电能中相当大的量转移到电容器C中并存储在其中，而不是被提供到等离子弧或等离子弧放电。这对加速消除等离子弧有贡献。换言之，显著减少了转移到电弧放电的总能量。在重新闭合串联开关SS以为等离子体应用2重新建立供电之前，借助于预充电/放电电路7的放电功能消除电容器C中存储的过量电能。然后，可以在监测/控制单元8的控制下安全地闭合串联开关SS。
任选地，监测/控制单元8可以包括附加功能8a，附加功能8a提供可调节的阻断时间，即用于控制串联开关SS的对应控制信号(未示出)，在阻断时间期间禁止进一步中断向等离子体应用2供电。换言之，当在监测/控制单元8的控制下打开串联开关SS中断对等离子体应用2的供电时，阻断时间功能8a将确保在所述阻断时间期间不能再次打开串联开关SS——如果同时已经闭合了串联开关以便重新为等离子体应用2建立供电的话。这是为了可调节地设置低电弧探测速率，为了允许预充电/放电电路交换电荷并避免串联开关SS过热，这可能是很重要的。
然而，在供电设备1的上述操作期间，在串联开关SS处将会耗散相当大的热量，因此可以有利地为串联开关SS装备热沉结构，用于耗散余热，图1中未示出这一点。
通过这种方式，如本领域的技术人员将理解的，串联开关SS、旁路二极管D2、电容器C和预充电/放电电路7连同续流二极管D1有效地构成了电路配置9，其用于减少由引线L1、L2形成的引线电感L中存储的电能。借助图1中的虚线框突出了所述电路配置9。
在中断对负载(等离子体应用2)的供电的同时，第一电非线性器件(二极管D2)和能量存储器件(电容器C)设置于两根引线3.1、3.2之间的电流路径中。
可以由可被监测/控制单元8控制的开关替换二极管D1和D2。利用多个反并联连接的所述电路配置9以及可控开关而非二极管D1、D2，由至少两个反并联电路配置9构成的该电路布置也适用于具有供电单元5的系统，供电单元5向等离子体应用2中馈送AC能量。
图2示出了根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第二实施例。如本领域的技术人员将理解的，图2的供电设备总体类似于上文已经详细描述的图1的供电设备，因此以下描述将仅集中在图1和图2实施例之间的差异上。还应当指出，在图2中，仅仅为了清晰，省略了监测/控制单元8。
与图1的集成式预充电/放电电路7不同，根据图2的供电设备1包括分别不同的预充电与放电电路7.1、7.2。由供电单元5的正极(+)和节点10之间连接的二极管D3形式的电非线性器件形成充电电路7.1，所述节点10位于电容器C/二极管D3的阴极和旁路二极管D2的阴极之间。由供电设备1的输出端4.1和节点11之间连接的放电电阻器R形式的电阻元件形成放电电路7.2，所述节点11位于节点10和旁路二极管D2的阴极之间。此外，放电电路7.2包括与续流二极管D1并联、耦合在供电单元5的正负极(+/-)两端的放电开关装置DS。二极管D2和D3以相对的阻断方向设置，即以阴极到阴极型方式连接它们。
根据图2的实施例的供电设备1的运行如下：在正常工作状态下，闭合串联开关SS。通过二极管D3(充电二极管)将电容器C充电到供电单元5的输出电压电平。如前文参考附图1所述，当在等离子体应用2中探测到电弧放电时，打开串联开关SS，从而迫使供电设备1的输出电流逆着电容器C的初始电压流经旁路二极管D2，并进一步经过续流二极管D1。同样，由于这种布置，将引线电感L中存储的大量残余能量转移到电容器C中而不是提供给电弧放电。这样的结果是，显著减少了转移到电弧放电的总能量，从而对加快消除电弧做出贡献。在接下来接通串联开关SS之前，借助于放电电路7.2消除电容器C中存储的剩余的能量。如本领域的技术人员将要进一步理解的，也可以借助监测/控制单元8(参考图1)控制放电电路7.2中放电开关装置DS的操作，即开关装置DS的闭合，以便通过放电电阻器R对电容器C放电。
除了使用常规二极管之外，还可以将电非线性器件D1-D3中的任一个设计成适当控制的MOSFET，也可以由监测/控制单元8(图1)对其提供控制。
图3示出了根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第三实施例。再次，图3的供电设备1大致对应于图1的供电设备1，因此在此将仅详细解释这两个实施例之间的差异。与图2一样，仅仅出于清晰的原因，省略了监测/控制单元8。
与图1的实施例相反，在图3的实施例中，串联开关SS设置于供电单元5的正极侧，即直接与后者的正极(+)连接。因此，已经相应地修改了包括旁路二极管D2、电容器C和集成的预充电/放电电路7的旁路路径配置。应当指出，现在借助旁路二极管D2的阳极将其与电容器10连接，而不是如图1所示经由其阴极连接到电容器C。
根据图3的供电设备1的运行类似于图1的实施例，因此可以省略其详细描述。
图4示出了根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第四实施例。如本领域的技术人员将要理解的，根据图4的实施例的供电设备1是前面参考附图2详细描述的实施例的变型。如图3的实施例中那样，在图4的实施例中，串联开关SS位于供电单元5的正极侧(+)。这意味着相对于图2的实施例重新布置电容器C和旁路二极管D2，如前文参考图3所述。充电二极管D3现在连接在供电单元5的负极(-)和节点10’之间，所述节点10’位于充电二极管D3的阳极和电容器C之间。放电电阻器R与充电二极管D3并联，使得放电电阻器R的一个端子与供电单元5的负极(-)连接，而放电电阻器R的另一个端子与位于节点10’和旁路二极管D2的阳极之间的节点11’连接。二极管D2、D3以阳极到阳极型方式连接，即，以相反的阻断方向连接。在图4的充电二极管D3有效地形成预充电电路7.1’时，开关装置DS和电阻器R有效地形成放电电路7.2’。
根据图4的供电设备1的运行对应于先前参考附图2所述的运行。因此，可以省略其相似描述。
如前文结合串联开关SS所述，在供电设备1运行期间，图2和图4的放电电阻器R可能会散发相当大量的热。因此，也可以为放电电阻器R有利地装备有热沉结构(未示出)，以便有效地散发余热。
图5示出了根据本发明的供电设备实施例的电路图，包括根据本发明的电路配置的第五实施例。如本领域的技术人员将要理解的，图5的供电设备大致类似于上文已经详细描述的图2的供电设备，因此以下描述将主要集中在图5和图2实施例之间的差异上。
根据图5的供电设备1包括分别不同的预充电与放电电路7.1、7.2。由供电单元5的正极(+)和节点10之间连接的二极管D3形式的电非线性器件形成充电电路7.1，所述节点10位于电容器C/二极管D3的阴极和旁路二极管D2的阴极之间。
可以同时操作开关装置SS和放电开关装置DS，即，在从供电5断开输出端4.2的连接时，可以同时闭合开关装置DS，使得放电电阻器R与电容器C并联。也可以不同时切换开关装置DS，以控制能量存储器件中被替换的能量水平或预充电，见下文。
由二极管D1的阴极和放电开关装置DS之间连接的放电电阻器R形式的电阻元件形成放电电路7.2，放电开关装置DS也是放电单元7.2的一部分。为电阻器R提供热沉。续流二极管D1连接在电容器C和供电5的正极(+)之间。
根据图5的实施例的供电设备1的运行如下：在正常工作状态下，闭合串联开关装置SS，即将输出端4.2连接到供电单元5的负极(-)。通过二极管D3(充电二极管)将电容器C充电到供电单元5的输出电压电平。如前文参考附图1所述，当在等离子体应用2中探测到电弧放电时，打开串联开关装置SS，从而迫使供电设备1的输出电流逆着电容器C的初始电压流经旁路二极管D2，并进一步经过续流二极管D1。此外，可以打开供电单元5内的开关S1，以禁止从供电单元5进一步输出功率，即中断供电。
同样，由于这种布置，将引线电感L中存储的大量残余能量转移到电容器C中而不是提供给电弧放电。这样的结果是，显著减少了转移到电弧放电的总能量，从而对加快消除电弧做出贡献。在接下来闭合串联开关装置SS以将输出端4.2连接到供电单元5之前，借助于放电电路7.2消除电容器C中存储的剩余的能量。如本领域的技术人员将要进一步理解的，也可以借助监测/控制单元8控制放电电路7.2中放电开关装置DS的操作，即开关装置DS的闭合，以便通过放电电阻器R对电容器C放电。
电容器C上的电压不能低于电压源(供电单元5)的电压。然而，在打开串联开关装置SS时，由来自电缆中存储的能量的电流对电容器C额外充电，使得电容器C上的电压将高于供电单元5的电压。在串联开关装置SS被打开时，电容器C的电压被施加到引线，但与供电单元5相比具有相反的极性。通过预充电的电容器使经二极管D2从引线电感L流入电容器的电流慢了下来。
在本实施例中，将从电缆返回的能量俘获到电容器C中。对于转移到电容器的这种能量，可以通过几种方式做出反应：
对于可以存储在任何电容器中的能量的量有限制。通常是电容器的最大指定电压或协作元件上允许的最高电压。在该电压超过一些给定阈值时，可以激活开关DS。这将会将电容器C的电荷释放到例如电阻器R中。如果电压下降到较低阈值，那么可以再次打开开关DS。
如果关闭流经非零电感引线的非零电流，一些能量将会被收集到电容器中。每次在足以释放最高预计电缆电感能量的时间段内发生这种情况时，可以激活开关DS。之后，可以再次闭合开关DS，直到需要电容器C放电为止。因此，可以使用开关DS控制电容器C存储或吸纳的能量，而且可以通过适当切换开关DS来保护电容器C。
除了使用常规二极管之外，还可以将电非线性器件D1-D3中的任一个设计成适当控制的MOSFET或IGBT或任何其他开关装置，也可以由监测/控制单元8对其提供控制。
如果供电单元5是电流源，可以省略开关S1，并可以将图2中的开关装置DS用作开关装置S1，即用于从引线(3.1、3.2)和负载2切断供电单元5。
图6示出了供电设备1的又一个实施例。在这种情况下，经由电压源或电流源形式的预充电电路发生电容器C的充电。与前面的实施例相反，放电电路7.2包括连接到供电单元5的转换器。不是耗散掉剩余的能量，放电单元7.2将剩余的能量馈送到供电单元5中，使得能量实际上被“循环利用”。
从图7可以看出，可以将具有开关和串联二极管的集成模块用于开关装置SS和二极管D2，例如来自SEMIKRON的SKM400GB128D。
图8示出了流程图，示出了根据本发明消除等离子体应用中的电弧的方法的实施例，包括根据本发明减少电能的方法的实施例。该方法从步骤S 100开始。
在接下来的步骤S102中，如前所述，对能量存储器件(电容器C)(预)充电。然后，在步骤S104中，检查预充电/放电电路的工作状态。尤其是检查电路是否准备好处理来自引线电感的残余能量。如果热沉不是过热的且电容器未超负荷等，电路就准备好处理残余能量了。
如果预充电/放电电路准备就绪，该方法前进到步骤S106，检查是否必需向等离子体应用供电，即是否必需打开等离子体供电单元并闭合串联开关装置。
如果答案为是，该方法前进到步骤S108并闭合串联开关装置，如果需要，打开放电开关装置并打开供电单元。
然后，在步骤S110判断是否探测到电弧放电。如果对步骤S110中的问题(“探测到电弧？”)做出肯定回答(y)，在接下来的步骤S112中，打开串联开关装置，例如通过打开抑制开关来关闭供电单元，并闭合放电开关装置。
接下来，在步骤S114中，排放能量，这可以表示耗散或再利用。可以在预定阻断时间内，或直到耗散或再利用预定量的能量之前，或直到达到预定能量水平之前，这样做。如果在步骤S104中的检查为否定，该方法也前进到步骤S114。
如果步骤S106中的问题答案为否定，即以“否”回答，前进到步骤S116并关闭供电设备。之后，在步骤S118停止该方法。

Claims (36)

1、一种电路配置(9)，所述电路配置(9)用于减少在用来连接供电单元(5)与尤其为等离子体应用的负载(2)的一根或多根引线(3.1，3.2)中或所述负载中存储的电能，所述电路配置(9)包括至少一个开关装置(SS)，所述开关装置(SS)与所述引线(3.1，3.2)中的至少一根可操作地连接，并用于使能/中断向所述负载(2)的供电(5)，其特征在于
第一电非线性器件；
与所述第一电非线性器件串联设置的能量存储器件；与所述能量存储器件可操作地连接的预充电电路(7；7.1；7.1’)，其用于在使能向所述负载(2)供电的同时，在所述能量存储器件中存储能量达到预定的能量水平。
2、一种电路配置(9)，所述电路配置(9)用于转移在用来连接供电单元(5)与尤其为等离子体应用的负载(2)的一根或多根引线(3.1，3.2)中或所述负载中存储的电能，所述电路配置(9)包括至少一个第一电非线性器件和能量存储器件，其特征在于，连接所述第一电非线性器件和所述能量存储器件，使得能够从所述引线或负载将能量转移到所述能量存储器件中，而不能从所述能量存储器件将能量转移到所述引线或负载中。
3、根据权利要求2所述的电路配置，其特征在于，所述电路配置包括控制/监测单元(8)，所述控制/监测单元(8)从所述引线中断所述供电单元，尤其是在从所述引线或负载向所述能量存储器件中转移能量之前中断所述供电单元。
4、根据权利要求2到3中一项所述的电路配置，其特征在于，所述电路配置(9)包括至少一个开关装置(SS)，所述开关装置(SS)与所述引线(3.1，3.2)中的至少一根可操作地连接，并用于使能/中断向所述负载(2)的供电(5)。
5、根据权利要求2到4中任一项所述的电路配置，其特征在于，所述电路配置(9)包括至少一个与所述能量存储器件可操作地连接的预充电电路(7；7.1；7.1’)，其用于在使能向所述负载(2)的同时在所述能量存储器件中将能量存储到预定能量水平。
6、根据权利要求1到5中任一项所述的电路配置，其特征在于，所述第一电非线性器件是阀装置，尤其是二极管(D2)。
7、根据前述权利要求中任一项所述的电路配置，其特征在于，所述能量存储器件为电容(C)和/或电感。
8、根据前述权利要求中任一项所述的电路配置，其特征在于，所述第一电非线性器件适于防止将源于所述预充电电路(7；7.1；7.1’)和/或所述能量存储器件的电流提供到所述引线中。
9、根据前述权利要求中任一项所述的电路配置，其特征在于，所述预充电电路(7.1；7.1’)包括：
连接于所述引线(3.1；3.2)中的一根和节点(10；10’)之间的第二电非线性器件(D3)，所述节点(10；10’)位于所述能量存储器件和所述第一电非线性器件之间。
10、根据前述权利要求中任一项所述的电路配置，其特征在于，所述第一和/或所述第二电非线性器件(D2，D3)是二极管或受控MOSFET。
11、根据权利要求9或10所述的电路配置，其特征在于，所述第一和第二电非线性器件(D2，D3)以相反阻断方向进行设置。
12、根据前述权利要求中任一项所述的电路配置，还包括与所述能量存储器件可操作地连接的放电电路(7；7.2；7.2’)，其用于排放其中存储的电能，尤其是释放电荷。
13、根据权利要求12所述的电路配置(9)，其特征在于，所述放电电路(7.2；7.2’)包括：
与权利要求9中包括的所述第二电非线性器件并联的电阻元件(R)；以及
与所述能量存储器件连接的放电开关装置(DS)，其用于通过所述电阻元件对所述能量存储器件放电。
14、根据前述权利要求中任一项所述的电路配置，其特征在于，在中断向所述负载(2)的供电的同时，所述第一电非线性器件和所述能量存储器件设置于两根引线(3.1、3.2)之间的电流路径中。
15、一种用于等离子体应用的供电设备(1)，包括：
供电单元(5)；以及
输出端(4.1，4.2)，所述输出端(4.1，4.2)用于从所述供电单元经由多根引线(3.1，3.2)向等离子体应用(2)供电；其特征在于，所述供电设备(1)还包括前述权利要求中任一项所述的第一电路配置(9)。
16、根据权利要求15所述的供电设备(1)，还包括控制/监测单元(8)，所述控制/监测单元(8)用于监测所述等离子体应用(2)的工作状态，尤其是监测等离子弧的发生，并用于响应于所述监测的结果控制至少所述开关装置(SS)。
17、根据权利要求15或16所述的供电设备(1)，还包括与所述第一电路配置(9)反并联连接的前述权利要求1到10中任一项所述的第二电路配置(9)。
18、根据前述权利要求15到17中任一项所述的供电设备(1)，其中，所述供电单元(5)为直流供电。
19、根据前述权利要求15到17中任一项所述的供电设备(1)，其中，所述供电单元(5)是交流供电。
20、一种减少在用于连接直流供电单元(5)与尤其为等离子体应用的负载(2)的一根或多根引线(3.1，3.2)中或所述负载中存储的电能、尤其是由多根引线形成的引线电感(L)中存储的电能的方法，所述方法包括：
a、中断向所述负载(2)供电，从而抑制从供电单元(5)到所述引线(3.1；3.2)中的至少一根的功率流，
b、将所述引线或所述负载中存储的能量转移到能量存储器件，其特征在于如下步骤
c、在中断所述供电之前，将所述能量存储器件预充电到预定能量水平；以及
d、在重新开始向所述负载供电之前排放所述能量存储器件中存储的电能。
21、一种转移在用于连接直流供电单元(5)与尤其为等离子体应用的负载(2)的一根或多根引线(3.1，3.2)中或所述负载中存储的电能、尤其是由多根引线形成的引线电感(L)中存储的电能的方法，所述方法包括：
a、将所述引线或所述负载中存储的能量转移到能量存储器件，其特征在于如下步骤
b、中断向所述负载(2)供电，从而抑制从供电单元(5)到所述引线(3.1；3.2)中的至少一根的功率流，
c、使得所述能量能够从所述引线或所述负载转移到所述能量存储器件中，
d、使得所述能量不能从所述能量存储器件转移到所述引线或所述负载中，
e、在重新开始向所述负载供电之前排放所述能量存储器件中存储的电能。
22、根据权利要求21所述的方法，还包括将所述能量存储器件预充电到预定能量水平。
23、根据权利要求20到22中一项所述的方法，还包括在中断向所述等离子体应用(2)供电之后施加可调的阻断时间，以允许所述能量存储器件放电到预定能量水平。
24、根据权利要求20-23中任一项所述的方法，还包括在中断供电之后一直等待到将所述能量存储器件放电到预定能量水平。
25、根据前述权利要求20-24中任一项所述的方法，其特征在于，对所述能量存储器件进行放电，使得所述能量存储器件的电压与所述供电单元(5)的输出端的电压相同。
26、根据前述权利要求20-25中任一项所述的方法，还包括在中断供电之后以及在排放能量之后一直等到在重新恢复向所述负载供电之前所述供电设备(1)准备好再次耗散能量为止。
27、根据前述权利要求20-26中任一项所述的方法，还包括一直等到所述能量存储器件被预充电到预定能量水平，或等到放电电路或所述能量存储器件达到预定温度为止。
28、一种减少在用于连接供电单元(5)与尤其为等离子体应用的负载(2)的一根或多根引线(3.1，3.2)中或所述负载中存储的电能、尤其是由多根引线形成的引线电感(L)中存储的电能的方法，所述方法包括从所述供电单元断开所述引线中的至少一根并将电能转移到能量存储器件，利用非线性器件抑制能量从所述能量存储器件流动到所述引线，其特征在于，
在从所述供电单元断开所述引线之前主动为所述能量存储器件预充电。
29、根据前述权利要求20-28中任一项所述的方法，其中，减少所述负载和/或引线中存储的能量。
30、根据前述权利要求20-29中任一项所述的方法，其中，所述能量存储器件放置于所述引线之间。
31、根据前述权利要求20-30中任一项所述的方法，其中，利用所述非线性器件还禁止能量从所述能量存储器件流动到所述负载中。
32、根据前述权利要求20-31中任一项所述的方法，其中，在将所述引线之一切换回所述供电单元之前排放所述能量存储器件中的能量。
33、根据权利要求32所述的方法，其中，能量被消耗成热。
34、根据权利要求32或33所述的方法，其中，能量被再次循环到所述供电中。
35、根据前述权利要求20-34中任一项所述的方法，其特征在于，对所述能量存储器件充电，使得所述能量存储器件的电压与所述供电单元(5)的输出端(4.1，4.2)的电压相同。
36、一种用于消除与直流供电连接的等离子体应用中的电弧的方法，包括：
针对等离子弧的发生监测所述等离子体应用(2)的工作状态；以及
响应于所述监测的结果中断向所述等离子体应用供电；
其特征在于
结合中断向所述等离子体应用(2)供电，执行根据前述权利要求20-35中任一项所述的方法。
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