CN114830514A - 转换器装置和供电设备 - Google Patents

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Abstract

转换器装置，其被配置为将直流电压和电流转换成要供应到负载(L)的交流电压和电流。所述转换器装置包括电容器(12)的组(11)、多个功率半导体(13)、热沉(14)和外壳(15)。

Description

转换器装置和供电设备
技术领域
这里描述的实施例涉及适于将直流电量转换成交流电量的转换器装置或逆变器。特别地，本发明涉及高功率转换器装置，这种类型的转换器装置可以有利地但非排他地用于中压应用。
这里描述的实施例还涉及供电设备，其使用一个以上的所述转换器或逆变器，并且适于向诸如电弧炉的需要高功率的负载供电。
背景技术
已知使用转换器装置将直流电量转换成交流电量以用来向确定的负载供电，该交流电量可以是或多或少恒定的或者可变的。
根据需要和不同的应用，转换器装置可以单独使用，也可以相互连接。
根据本申请人名下的专利EP-B-3124903，已知用于电弧炉的供电设备，其包括用于定位电极的装置和包括多个转换器的调节单元，多个转换器是选择性地可控制的，以调节电极的电源电压和电流。
因此，EP’903中描述的供电设备充当可调电流发生器，并且能够根据电弧炉正在运行的处理的步骤(穿孔、熔化、精炼)产生向电弧炉供电所需的电力。这将EP’903的方案与传统方案相区分，在传统方案中，变压器充当电压发生器，并且电流不可控制而仅受等效电路的参数限制，参数根据处理的步骤变化。
EP’903中描述的供电设备还允许分别调节电弧的电流和电压，以这种方式显著地限制处理的第一步骤(即穿孔步骤)中的电流变化，并使其在后续的熔化和精炼步骤中几乎是稳定的。
所获得的最显著的优点之一是电极调节的稳定性，这与传统机组相反，在传统机组中，由于所供应的电流的不稳定，电极处于连续运动中，必须确保具有不受控制的电流的电弧的持续性。
EP’903中描述的供电设备的极限由电流控制可以提供的最大电流给出。
然后，通过根据所供应的电流调节电弧的电压来修改功率以控制转换器装置，电弧的电压又可以通过利用定位装置升高和降低电极来机械地修改，并且还可以通过引导PWM(脉宽调制)来修改。
用于中压应用的标准大功率转换器或逆变器通常包括电容器的组、热沉和多个功率半导体，电容器的组彼此串联和/或并联连接，适于以直流电存储能量，多个功率半导体连接到电容器的组并安装在热沉上。转换器的部件通常封装于金属外壳中，金属外壳设置有输入和输出连接器，连接器可以分别连接到上游电路(例如供电网)和下游电路(例如连接到要被供电的负载或用户装置)。
例如，已知转换器包括功率半导体，例如IGBT模块(绝缘栅双极型晶体管)，其根据正或负电流半波的通过而交替地打开和闭合。
电容器的组和热沉通常接地，并且接地线与转换器的外壳是一体的，出于安全原因，转换器的外壳通常也接地。
各个IGBT模块由导通和关断静态半导体开关的板控制，并且它们允许电流流向负载。根据已定义的打开和关闭脉冲的曲线，半导体开关以不同幅度的矩形脉冲向负载供电。
通过适当地将PWM调制(脉宽调制)应用于欧姆-感应型电路，获得了正弦型包络。事实上，这种数字调制允许根据正脉冲(ON)的持续时间与脉冲(ON+OFF)的总持续时间之间的比率来获得可变的平均电压；这个比率被定义为占空比。
IGBT模块由适当掺杂了硅的芯片组成，其布置在导热但电绝缘的基板上，基板又焊接到镀锡铜基座。然后芯片被封装在塑料外壳中，在塑料外壳中芯片以填充凝胶保护，利用引线键合系统将芯片连接到外部端子，控制IGBT的导通和关断的电缆或电源条和信号条连接到外部端子。
为了耗散运行期间产生的热量，IGBT附接到合适尺寸的热沉上，热沉可以通过强制通风或水冷却。
IGBT的基座和热沉构成彼此面对的两个平坦表面，其间放置有绝缘体，特别是用于提高两个表面之间的热传递的热胶，使得针对模块中存在的各个功率半导体形成寄生电容。
如上所述，转换器或逆变器的结构必然会产生寄生电容，寄生电容特别是在功率半导体与连接到转换器的外壳的热沉之间，以及电容器的容纳体与转换器的外壳之间形成。
当开关导通和关断以允许产生朝向负载的正弦波时，即，由电流在转换器中通过形成的正和负半波时，在应用于电弧炉的供电设备的情况下，例如，它们从1800V到0V切换电压，反之亦然，其中切换时间为数百纳秒量级。因此，获得了电压相对于时间dv/dt的5kV/微秒量级的非常大的变化，使得寄生电容产生到接地电流(current to earth)。
事实上，通向大地的电流的强度可以利用以下公式计算：
Figure BDA0003695270460000031
其中，ΔV是电压变化(由1800V与0V之间的差值给出，反之亦然)；
ΔT是变化发生的时间，约等于250纳秒；
C是IGBT模块的基座与热沉之间产生的寄生电容。
例如，如果IGBT模块的寄生电容约为2nF，则例如四个IGBT模块的总寄生电容约为8nF，其被添加到电容器的总电容，使得可以获得各个单个转换器装置的约25-30nF的电容。
在供电系统设置有多个转换器装置(例如60个模块)的情况下，可以获得约1.5-1.8μF的非常高的总电容。因此，每次IGBT模块的开关切换以定义正弦波时，由于总电容而产生峰值还可以显著超过200-250A的接地电流。
此外，由于与由具有确定长度的导体定义的各个转换器装置的各个内部连接具有寄生电感，因此在由寄生电容产生的电流的发展中产生阻尼振荡。
在上述类型的供电系统中，所产生的寄生电流的峰值和振荡会导致各种保护、去饱和、或者模块驱动器的受编程的打开/关闭状态的错误的意外干预，并伴有随之的故障、辅助电源的差错、过电压、欠电压、AC差错等的风险。这些干预中的一些并不是由于真正的警报，而是由控制系统解释为警报的简单的信号扰动。
然而，在一些情况下，扰动会达到如此程度以致例如在辅助电源中真正产生故障或“错误”。
US2014/268570A1公开了逆变器，其包括壳体组件、电容器组件、多个臂组件、多个热沉和支撑组件。壳体组件包括限定封闭空间的多个侧壁。电容器组件耦合到壳体组件。各个臂组件包括多个电气部件和多条电气总线。各个臂组件耦合到电容器组件并与其电通信。支撑组件包括不导电的框架组件。支撑组件被构造以分隔地支撑各个热沉。密封剂被应用到各条电气总线和数量有限的电气部件。因此，数量有限的电气部件大致上与环境阻隔开，并且可以现场修理或更换没有被封装在密封剂中的部件。
DE102017206774A1公开了电控制装置，其包括多个要冷却的部件和内置于壳体中的热沉，热沉与参考电位电绝缘，并且要冷却的部件以导热方式耦合到热沉。
JP2016123235A公开了功率转换电路，以减小由DC电源施加到控制电路上的电磁噪声的影响，并防止在DC电源连接器的情况下，逆变器装置大型化，功率转换电路的控制电路和功率转换电路在与布置功率转换电路的布置表面正交的方向上依次布置。
US6274851公开了用于电弧炉的控制器，其设置有包括低通滤波器的阻尼器，各个低通滤波器耦合到输出相，其中电阻和电容部件是固定且不可更改的。
因此，需要完善一种能够克服现有技术的至少一个缺点的转换器装置。
特别地，本发明的一个目的是提供一种转换器装置，其允许在如果无法消除寄生电容的情况下限制寄生电容，并且因此限制它们产生的对地的寄生电流。
本发明的另一目的是提供一种转换器装置，其高效且可靠，并且既可以单独使用，又可以与其他转换器装置组合使用，限制产生可能的寄生电流。
本发明的另一目的是完善一种向负载供电的设备，适用于例如向电弧炉供电，其制造简单并且允许防止产生不想要的接地电流，该电流可以干扰和使警报和控制信号无效，或至少减少它们实体的存在，使它们被忽略。
申请人已经设计、试验和实施了本发明，以克服现有技术的缺点并获得这些和其他目的和优点。
发明内容
在独立权利要求中阐述和表征了本发明。从属权利要求描述了本发明的其他特征或主要发明构思的变型。
根据上述目的，提供了转换器装置或逆变器，其适于将直流电压和电流转换成要供应给负载的电压和交流电源电流，可用于需要高功率的中压应用。
根据本发明的转换器装置可以与大致相同类型的多个转换器装置相结合地用于供电设备中，以供应适于向需要高功率的负载(仅作为示例，例如电弧炉的电极)供电的电压和电流。
根据一些实施例，所述转换器装置包括电容器的组，其在使用期间连接到直流电源电路并且适于以直流电流积累电能；以及多个功率半导体，其连接到所述电容器的组并且被配置为选择性地导通和关断，以允许产生朝向输出的正弦电流波。所述转换器装置还包括热沉，其上安装了所述功率半导体并且被配置为耗散由它们在运行期间产生的热量。
所述转换器装置还包括外壳，即金属壳，其内部封装有所述电容器的组、所述热沉和所述功率半导体。
所述外壳设置有输入和输出连接器，在使用期间，所述输入和输出连接器可连接到电源电路或电网，以及要供电的负载。
根据一些实施例，出于安全原因，所述转换器装置的所述外壳可以接地。
根据本发明的一个方案，所述热沉和/或所述电容器的组中的至少一个相对于所述转换器装置的所述外壳具有浮动电位，即，不处于与所述转换器装置的所述外壳相同的参考电位。
根据一些实施例，所述热沉和所述电容器的组都相对于所述外壳浮动。
根据一些实施例，所述热沉和/或所述电容器的组相对于所述外壳电隔离，并且因此相对于连接到所述外壳的地线电隔离，大致上防止了直流电流在这两个部件之间通过。
根据进一步的实施例，所述热沉和/或所述电容器的组通过高阻抗部件或电路连接到所述外壳，因此显著地限制了对地的寄生电流的产生。
根据一些实施例，所述转换器装置至少包括第一高阻抗部件，其连接在所述热沉与所述转换器装置的所述外壳的所述地线之间。
以这种方式，所述热沉相对于所述转换器装置的所述外壳大致上是隔离的，并且因此相对于地线是隔离的，至少相对于峰值显著地限制了对地的寄生电流的产生。
根据一些实施例，所述转换器装置包括多个第二高阻抗部件，各个第二高阻抗部件连接在电容器的容纳体与所述转换器装置的所述外壳的所述地线之间。
以这种方式，由于所述电容器有利地大致上与所述转换器装置的所述外壳隔离和分隔，对地产生的可能的寄生电流具有可忽略的峰值。
由于第一高阻抗部件和第二高阻抗部件的存在，通过提出所述热沉和所述电容器相对于所述转换器装置的所述外壳隔离，能够大致上消除由它们产生的寄生电容，并且因此显著地降低接地的电流峰值。
如果使用相互连接的多个转换器装置，这个优点尤其明显。
根据进一步的实施例，所述转换器装置包括至少一个低通电滤波器，其连接在适于连接到要供电的所述负载的输出连接器与所述地线之间，并且被配置为消除由于分布的寄生电感和电容而引起的具有高于工作频率的频率的接地电流的可能振荡。
根据一些实施例，所述低通电滤波器是RC电滤波器，其包括彼此串联的电阻部件和电容部件，并且连接在输出连接与地线之间。
根据一些实施例，可以根据所述转换器装置的应用和要供电的所述负载的特性来确定所述电阻部件和所述电容部件的大小。为了适应整个电气系统的变化，还可以对这些部件进行变型。
根据一些实施例，可以调节所述电阻部件和所述电容部件以改变各自的电阻和电容值，以便增加或减少流经它们的电流强度。
根据一些实施例，所述RC电滤波器可以包括耗散装置，所述耗散装置被配置为降低电阻部件和/或电容部件的温度。
根据一些实施例，所述RC电滤波器还可以包括温度测量装置，温度测量装置例如与所述电阻部件或电容部件中的一个以上相关联。
这里描述的一些实施例还涉及一种设备，其向高功率负载，特别是欧姆-感应型负载供应电力。
所述供电设备包括：
-变压器，其连接到电网，所述电网供应交流市电电压和交流市电电流，所述变压器被配置为将交流市电电压和交流市电电流转换成交流基极电压和交流基极电流；
-多个整流器，其连接到变压器并且被配置为将交流基极电压和交流基极电流转换成直流电压和电流，
-如前所述的多个转换器装置，其一侧连接到所述整流器，另一侧连接到所述负载，并且被配置为将直流电压和电流转换成要供应给所述负载的电压和交流电源电流；
-控制和命令单元，其被配置为控制和命令所述转换器装置的功能，并且随时间调节所述电压和所述电源电流。
根据一些实施例，根据本发明的向负载供电的所述设备包括低通电滤波器，所述低通电滤波器连接在所述转换器装置的下游并且被配置为衰减或可能地消除通向所述地线的电流的振荡。
根据一些实施例，所述低通电滤波器包括连接在所述转换器装置的输出与所述地线之间的RC滤波器。
根据一些实施例，接地的RC滤波器的存在还允许衰减由于寄生电容而导致的可能的振荡，所述寄生电容是由供电设备的可以接地的其他部件(诸如变压器、电缆、管道等)产生的。
根据一些实施例，在供电设备的三个输出相上连接有三相型的单个RC电滤波器。
根据一些实施例，在使用供电设备向电弧炉供电的情况下，所述RC电滤波器连接在连接到电炉的电极的三个相上。
附图说明
参照附图，根据作为非限制性示例给出的一些实施例的以下描述，本发明的这些和其他方案、特征和优点将变得显而易见，其中：
-图1是根据这里描述的一些实施例的转换器装置的示意图；
-图1a是根据第一实施例的图1的转换器装置的部件的示意图；
-图1b是根据变型实施例的图1的转换器装置的部件的示意图；
-图1c是根据第一实施例的图1的转换器装置的另一部件的示意图；
-图1d是根据变型实施例的图1的转换器装置的另一部件的示意图；
-图2是向应用到电弧炉的高功率负载供电的设备的示意图。
为了便于理解，在可能的情况下，在图中使用相同的附图标记来表示相同的共有元件。应当理解，一个实施例的元件和特征可以方便地结合到其他实施例中，而无需进一步说明。
具体实施方式
现在我们将详细参照本发明的可能的实施例，其中的一个以上的示例在附图中示出。各个实施例是以本发明的图示的方式而提供的，并且不应理解为限制本发明。例如，被示出或描述成作为一个实施例的部分的一个以上的特征可以在其他实施例上变型或采用，或者与其他实施例相关联，以产生另一实施例。应当理解，本发明将包括所有这些修改和变型。
这里参照图1描述的一些实施例涉及以附图标记10表示的转换器装置，该转换器装置适于将直流电压和电流转换成交流电压和电流。
转换器装置10可以用于例如需要高功率的中压应用。
根据本发明的转换器装置10有利地既可以单独使用，也可以与多个其他转换器装置10组合使用。
这里描述的一些实施例还涉及整体以附图标记20(图2)表示的供电设备，其被配置为以交流电流供应电流和电压，交流电流适于向需要高功率的负载21(特别是欧姆-感应型的负载)供电。
图2以示例的方式示出将供电设备20应用到对应于电弧炉21的负载，但是这种供电设备20还可以用来向不同类型的负载供电，例如钢包炉或矿热炉。
根据一些实施例，转换器装置10包括电容器组11，其包括串联和/或并联地连接到一起的多个电容器12，并且被配置为以直流电流积累电能。
转换器装置10还包括多个功率半导体13，其连接到电容器组11并且被配置为选择性地导通和关断，以允许产生朝向输出的正弦电流波。
转换器装置10还包括耗散器装置14，该耗散器装置14上附接并安装了功率半导体13，并且被配置为耗散功率半导体13在运行期间产生的热量。
根据一些实施例，热沉14是水冷型的，尽管不排除针对某些应用，可以使用利用强制空气冷却的热沉14。
根据一个可能的方案，功率半导体13包括选自包括SCR(可控硅整流器)、GTO(门极可关断晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、MCT(金属氧化物半导体可控晶闸管)、BJT(双极性晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的集合的装置。
转换器装置10还包括外壳15，即金属壳，其内部封装了电容器组11、热沉14和功率半导体13。
外壳15设置有输入15a和输出15b连接器，分别可连接到上游电路(例如供电网)和下游电路(例如连接到要供电的负载L或用户装置21)。
根据一些实施例，在使用期间，出于安全原因，外壳15可以连接到地线G。
根据要求，地线可以是真正的安全接地或功能接地。我们所说的功能接地是指保证电子装置的功能的接地，其大小取决于要保护的装置的功能，但是根据规定，其无法保证操作者的安全。
根据本发明的一个方案，热沉14或电容器组11中的至少一个相对于外壳15具有浮动电位，因此相对于连接到外壳15的地线G具有浮动电位。
根据进一步的实施例，热沉14和电容器组11都相对于外壳15“浮动”，并且因此相对于地线G“浮动”。
我们所说的术语“浮动”或“浮动电位”是指热沉14和/或电容器12的电池11相对于外壳15至少部分地隔离，即，它们相对于外壳15电隔离，并且因此相对于连接到外壳15的地线G电隔离，或者它们通过高阻抗部件或电路连接到外壳15，因此防止或至少显著地限制产生到地线G的寄生电流。
根据一些实施例，热沉14或电容器12的组11中的至少一个相对于外壳15电隔离，即，在它们与外壳15之间没有直流电流流通(图1a和图1c)。
根据可能的变型，热沉14或电容器12的组中的至少一个通过高阻抗部件连接到外壳15(图1b和图1d)。
根据一些实施例，转换器装置10至少包括第一高阻抗部件16，其连接在热沉14与外壳15所连接的地线G之间(图1d)。
根据一些实施例，第一高阻抗部件16可以具有包括在500Ω到1500Ω之间的阻抗。
根据进一步的实施例，第一高阻抗部件16可以具有包括在800Ω到1200Ω之间的阻抗。
根据一些实施例，电容器12是薄膜型电容器，设置有由金属材料(例如铝)制成的容纳体17。
根据一些实施例，转换器装置10包括多个第二高阻抗部件18，各个第二高阻抗部件18连接在电容器12的容纳体17与外壳15所连接的地线G之间(图1b)。
以这种方式，电容器12相对于转换器装置10的外壳15大致隔离，并且因此所产生的可能不想要的地线G的电流具有大致可忽略的峰值。
根据一些实施例，第二高阻抗部件18可以各自具有包括在500Ω到1500Ω之间的阻抗。
根据进一步的实施例，第二高阻抗部件18可以各自具有包括在800Ω到1200Ω之间的阻抗。
根据一些实施例，热沉14和电容器12二者通过相应的高阻抗部件16、18连接到外壳15，并因此连接地线G。
根据进一步的实施例，转换器装置10包括连接在转换器装置10的输出连接与地线G之间的至少一个电滤波器19，在使用期间，转换器装置10的输出连接可连接到要供电的负载L。
电滤波器19包括RC滤波器，RC滤波器设置有彼此串联的电阻部件R和电容部件C，并且被配置为用作低通滤波器，消除了由于分布的寄生电感和电容导致的可能的电流振荡。
参照图2，电炉21包括容器22或壳，金属材料M被引入其中以进行后续的熔化。
电炉21还设置有多个电极23，在示出为三个电极23的情况下，其被配置为通过金属材料M触发电弧并将其熔化。
根据本发明的一些实施例，电极23安装在移动装置24上，移动装置24被配置为选择性地朝向/远离金属材料M移动电极23。
移动装置24可以选自包括机械致动器、电动致动器、气动致动器、液压致动器、铰接机构、运动机构、类似且可比的构件或上述的可能组合中的至少一种的集合。
根据本发明的一个可能的方案，在有三个电极23的情况下，它们中的每一个都连接到供电设备20的相应的供电相L1、L2、L3。
根据本发明的一些实施例，供电设备20包括连接到用于供应电压和交流市电电流的电网26的至少一个变压器25，变压器25被配置为将电压和交流电源电流转换成电压和交流基极电流。
根据本发明的一个可能的方案，电网26可以是三相的。
根据本发明的一些实施例，市电电压Ur和市电电流Ir具有预先定义的市电频率fr。
根据可能的方案，市电频率fr是在50Hz与60Hz之间选择的值，即，基于安装电炉的国家的电网的频率。
根据本发明的可能的方案，变压器25可以包括磁性耦合到至少一个变压器次级28的变压器初级27。
根据本发明的一个可能的方案，变压器25可以包括磁性耦合到变压器初级27的多个变压器次级28。这种方案允许减少电网侧扰动的影响，即，通过变压器25和整流器29的组合来减少谐波量和在电网中交换的无功功率。
优选地，设置连接到变压器次级28的三相，但是相数还可以更少或更多。根据一些实施例，相数可以在1与n之间变化，其中n例如是多达20或者甚至大于20的整数。
由变压器25供应的基础电能具有基极电压Ub、基极电流Ib和基础频率fb，它们由变压器25自身的设计特性预定义并设定。
特别地，基础频率fb大致等于上面确定的市电频率fr。
另一方面，通过变压器25自身的变压比，基极电压Ub、基极电流Ib分别与市电电压Ur和市电电流Ir相关。
例如多抽头类型的变压器25可以设置有未示出的调节装置，调节装置被设置为关于特定要求选择性地调节变压器25的变压比。
根据本发明，设备20还包括多个整流器29，整流器29连接到变压器25并且被配置为将电压和交流基极电流转换成直流电压和电流。
具体地，整流器29允许将电压Ub和交流基极电流Ib整流为相应的直流电压和电流。
整流器29可以选自包括二极管电桥和晶闸管电桥的集合。
根据一个可能的方案，整流器29包括例如选自包括二极管、SCR(可控硅整流器)、GTO(门极可关断晶闸管)、IGCT(集成门极换流晶闸管)、MCT(金属氧化物半导体可控晶闸管)、BJT(双极性晶体管)、MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)和IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的集合的装置。
根据本发明的另一方案，装置20包括多个转换器装置10，其连接到整流器29，并且被配置为将直流电压和电流转换成用于向电极23供电的电压和交流电流。
转换器装置可以是根据本发明的转换器装置10，在本发明的转换器装置10中，电容器12和/或热沉14相对于相应转换器装置10的外壳15的地线G浮动。
转换器装置10连接到熔炉21的电极23以及控制和命令单元31，控制和命令单元31被配置为控制和命令转换器装置10的功能，并且随时间调节对电极23的交流电供应。
根据一些实施例，设备20包括电滤波器30，电滤波器30连接在转换器装置10的输出与要供电的负载(在示例情况中为电炉21的电极23)之间，并且被配置为用作低通滤波器并且抑制或消除在半导体装置13的切换期间接地电流的可能振荡，该振荡是由转换器装置10的寄生电容和电感的部件或者可能是设备20的其他部件产生的。
根据一些实施例，电滤波器30可以是对应于转换器装置10的输出而连接的RC滤波器。
根据一些实施例，电滤波器30可以用作单个转换器装置10的可能的电滤波器19的替代。
根据可能的方案，除了与相应的转换器装置10相关联的可能的电滤波器19之外，还可以设置、使用电滤波器30。
根据一些实施例，电滤波器30是三相型的，并且被嵌入到连接到负载(即，连接到电极23)的输出相L1、L2、L3上。
连接在转换器装置10的输出的电滤波器30和嵌入转换器装置10自身内部的高阻抗部件16、18的组合允许消除电流的振荡，并且如果在无法消除的情况下也限制接地的电流自身的峰值。
因此，这种配置允许使用甚至大于60个的大量转换器装置，而没有由于由寄生电流产生的高电流峰值而导致控制装置故障的风险，因此使得供电设备20高效且可靠。
根据一些实施例，可以根据转换器装置10的应用和要供电的负载的特性来确定电滤波器19、30的电阻部件R和/或电容部件C的大小。
根据一些实施例，可以通过控制和命令单元31来调节电阻部件R和电容部件C，以便以增加或减少流经它们的电流强度的方式来修改相应的电阻和电容值。
根据一些实施例，电滤波器19、30可以包括耗散装置36，其被配置为降低RC滤波器的部件的温度。
以示例的方式，耗散装置36可以包括风扇或其他用于使空气移动的其他装置、耗散片等。
根据一些实施例，电滤波器19、30还可以包括温度测量装置，例如与电阻R和/或电容C部件中的一个以上相关联的传感器37。
以示例的方式，温度测量传感器37可以包括与电阻部件R或电容部件C中的一个以上相关联的热电偶。
根据一些实施例，控制和命令单元31可以从传感器37接收检测到的数据，并且可能地根据接收到的数据来命令通风装置36的启动/停用，以便维持适于保证电滤波器19、30高效运行的热条件。
根据一些实施例，控制和命令单元31还控制转换器装置10，以便选择性地设定如上所述的电压和交流电源电流的参数。
根据本发明的一个方案，控制和命令单元31设置有调节装置32，调节装置32被配置为调节电压和交流电源电流的供电频率fa，并且获得电极的供电电路的电抗值的同步变化。
具体地，电源电压和电流具有电源电压Ua和电源电流Ia，它们相对于所涉及的熔化功率被选择性地调节。
根据本发明的可能的方案，仅作为示例，调节装置32可以包括滞后调制器或PWM(脉宽调制)调制器。
这些类型的调制器可以用来命令整流器29和转换器装置10的半导体装置。这些被适当控制的调制器产生要致动到电极23的电压或电流值。特别地，调制器处理这样的电压和电流值，并产生用于驱动至少整流器29和转换器10的命令，使得控制所需的电压和电流值存在于用于连接到电极23的端子上。要致动的电压和电流是由控制和命令单元31基于该处理所读取的量并基于处理模型执行的操作的结果。
根据可能的方案，整流器29可以通过以直流电流工作的至少一个中间电路33连接到转换器装置10。
中间电路33被配置为存储直流电能并且在负载(在具体情况下为电极23)与整流器29之间产生分离，并且因此与电网26分离。
特别地，由该处理导致的快速功率波动由中间电路33部分地过滤掉，减少了对电网26侧的影响。
控制和命令单元31还可以被配置为调节由转换器装置10产生并供应给电极23的电源电压Ua和电源电流Ia参数。
本发明的一些方案提出控制和命令单元31反过来还连接到移动装置24，以允许关于熔化处理的不同步骤调整电极23的位置。
特别地，电极23由移动装置24移动，以跟踪材料的位置，并且因此改变电弧的长度。
以这种方式，控制和命令单元31可以关于该处理的特定步骤来管理和命令至少以下参数：电源电压Ua、电源电流Ia、供电频率fa和电极23的位置。控制不同参数的高可能性允许优化向该处理的能量传递，并且同时减少源自电炉侧的快速功率变化的对电网26的影响。
根据可能的方案，变压器25、连接到变压器25的整流器29以及转换器装置10一起定义了供电模块34。
根据本发明的一个可能的实施例，设备20可以设置有彼此并联连接到电网26和电炉21的多个供电模块34。
几个供电模块34的组合允许获得设备20，设备20的大小可以根据要供电的电炉21的具体大小确定。
根据实施例，供电模块34的数量可以从2到m变化，其中m可以是10、12、20、40、60或者甚至大于60的整数。
供电模块34可以各自连接到电极23，以向后者供应电能。可以针对各个电极23设置一个以上的供电模块34。
因此，根据供电模块34的数量，设备20可以包括大量的(多达60个或甚至更多)转换器装置10。
根据一个可能的方案，控制和命令单元31连接到所有供电模块34，以控制至少相应的转换器装置10，使得各个模块向负载供应相同值的电源电压Ua、电源电流Ia和供电频率fa。以这种方式，能够防止整个系统的故障。
根据一个可能的方案，设备20可以包括电感器35，电感器35被配置为获得设备的期望的总电抗。
电感器35可以连接到转换器装置10的下游，并且其大小被设置以便实现期望的总等效电抗。以这种方式，能够获得由电感器35的贡献和由将系统连接到负载的导体引入的电抗给出的总电抗。
根据一些实施例，电感器35可以连接在低通电滤波器30的下游。
一般来说，电感是一旦部件被建立就无法修改的(设计)参数。
通过修改频率(例如，相对于电网的50Hz)，能够利用相同的电感来改变部件在电路中具有的电抗值，并且因此达到期望的总等效电抗值。
通过在处理的不同步骤期间调节频率，利用本发明，因此能够优化各个步骤中的电参数。首先，电感的实体(以及由此的成本)能够被控制，在优化期间尽量最大化地利用它的能力。
通过转换器采用的电气拓扑，还能够保护电网免受熔化处理导致的扰动(减少闪烁、谐波、功率因数等)，同时在所有步骤中保证电弧的稳定性。
此外，相对于市电频率修改电极的电源频率可能使得在空间/成本有限的条件下更容易确定电感部件的大小，这改善了它们对导体的使用，降低了电阻，从而降低了系统损失。
例如，在具有相同的电弧阻抗的电弧炉的情况下，增加频率会增加感抗，并降低对负载的等效功率因数，这提高了电弧的稳定性(例如，当废料还未熔化，并且电弧不太得到保护时是有用的)，防止电弧熄灭。
显然，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对如上所述的转换器装置10和供电设备20进行部件的变型和/或添加。
同样清楚的是，尽管已经参照一些具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员无疑应当实现转换器装置10和供电装置20的许多其他等同形式，其具有权利要求中阐述的特征，并且因此全部落入权利要求所限定的保护范围内。
在以下权利要求中，括号中的附图标记的唯一目的是便于阅读：它们不应该被认为是关于具体权利要求中要求保护的领域的限制性因素。

Claims (17)

1.一种转换器装置，其被配置为将直流电压和电流转换成要供应给负载(L)的交流电压和电流，其中，所述转换器装置包括：电容器(12)的组(11)，其在使用期间可连接直流电源电路；多个功率半导体(13)，其连接到所述电容器(12)的组并且被配置为选择性地导通和关断，以允许产生朝向输出(15b)的正弦电流波；热沉(14)，其上安装有所述功率半导体(13)并且被配置为耗散由它们产生的热量；以及外壳(15)，其内部至少封装有所述电容器(12)的组(11)、所述热沉(14)和所述功率半导体(13)，其特征在于，所述热沉(14)或所述电容器(12)中的至少一个相对于所述外壳(15)和所述外壳(15)的地线(G)浮动。
2.根据权利要求1所述的转换器装置，其特征在于，所述热沉(14)和所述电容器(12)二者都相对于所述外壳(15)浮动。
3.根据权利要求1或2所述的转换器装置，其特征在于，所述热沉(14)和/或所述电容器(12)相对于所述外壳(15)电隔离。
4.根据权利要求1或2所述的转换器装置，其特征在于，其至少包括连接在所述热沉(14)与所述外壳(15)之间的第一高阻抗部件(16)。
5.根据权利要求1或4所述的转换器装置，其特征在于，所述电容器(12)是薄膜型电容器并且包括金属材料的容纳体(17)，并且所述转换器装置包括多个第二高阻抗部件(18)，各个所述第二高阻抗部件连接在相应的电容器(12)的所述容纳体(17)与连接到所述外壳(15)的所述地线(G)之间。
6.根据权利要求4或5所述的转换器装置，其特征在于，所述至少一个第一部件(16)和/或所述第二高阻抗部件(18)具有包括在500Ω到1500Ω之间的阻抗。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的转换器装置，其特征在于，所述至少一个第一部件(16)和/或所述第二部件(18)具有包括在800Ω到1200Ω之间的阻抗。
8.根据上文任一项权利要求所述的转换器装置，其特征在于，其包括至少一个低通电滤波器(19)，所述低通电滤波器连接在输出连接器(15b)与所述地线(G)之间，所述输出连接器(15b)适于在使用期间连接到要供电的负载(L)。
9.一种设备，其向高功率欧姆-感应型负载(21)供应电力，包括：
-连接到电网(26)的变压器(25)，所述电网供应交流市电电压(Ur)和交流市电电流(Ir)，所述变压器(25)被配置为将交流市电电压(Ur)和所述交流市电电流(Ir)转换成交流基极电压(Ub)和交流基极电流(Ib)；
-多个整流器(29)，其连接到所述变压器(25)并且被配置为将所述交流基极电压(Ub)和所述交流基极电流(Ib)转换成直流电压和电流，其特征在于，其还包括：
-多个如前述权利要求1至8中任一项所述的转换器装置(10)，其一侧连接到所述整流器(29)，另一侧连接到所述负载(21)，并且被配置为将直流电压和电流转换成要供应给所述负载(21)的电压(Ua)和交流电源电流(Ia)；
-控制和命令单元(31)，其被配置为控制和命令所述转换器装置(32)的功能，并且随时间调节所述电压(Ua)和所述电源电流(Ia)。
10.根据权利要求9所述的供电设备，其特征在于，其包括低通电滤波器(30)，所述低通电滤波器连接在所述转换器装置(10)的输出与所述地线(G)之间，并且被配置为衰减或消除可能的指向所述地线的电流振荡。
11.根据权利要求10所述的供电设备，其特征在于，所述电滤波器(30)是三相型RC滤波器，并且被嵌入到在使用期间连接到所述负载(21)的输出相(L1、L2、L3)上。
12.根据权利要求10或11所述的供电设备，其特征在于，所述电滤波器(30)是RC滤波器，其设置有电阻部件(R)和电容部件(C)并且包括耗散装置(36)，所述耗散装置被配置为耗散由所述电阻(R)部件和所述电容(C)部件中的一个或两个产生的热能，并降低它们的温度。
13.根据权利要求12所述的供电设备，其特征在于，所述电滤波器(30)包括温度测量传感器(37)，所述温度测量传感器(37)与所述电阻(R)部件和/或所述电容(C)部件中的一个以上相关联并且被配置为测量它们的温度。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的供电设备，其特征在于，所述控制和命令单元(31)设置有调节装置(32)，所述调节装置(32)被配置为以独立于所述电网(26)的市电频率(fr)的方式调节所述电源电压(Ua)和电源电流(Ia)的供电频率(fa)，并且获得所述供电设备(10)的电抗的调节。
15.根据权利要求14所述的供电设备，其特征在于，所述调节装置(32)包括滞后调制器或PWM(脉宽调制)调制器。
16.根据权利要求9至15中任一项所述的供电设备，其特征在于，其包括多个供电模块(34)，各个所述供电模块包括彼此并联地连接到所述电网(26)和所述负载(21)的变压器(25)、整流器(29)和转换器装置(10)。
17.一种电弧炉，其包括：容器(22)或壳，其中引入了后续要熔化的金属材料(M)，以及多个电极(23)，所述电极被配置为通过所述金属材料(M)触发电弧并熔化所述金属材料，其特征在于，所述电弧炉包括连接在电网(26)与所述电极(23)之间的根据权利要求9至16中任一项所述的供电设备(20)。
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