DE102016105897A1 - Apparatus and method for impressing an electric current - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Vorrichtung zum Aufprägen eines elektrischen Stromes auf einen Strompfad, auf dem ein Gleichspannungspotential (Vdc) anliegt, offenbart. Die Vorrichtung umfasst: einen ersten Kondensator (10) und einen zweiten Kondensator (20), wobei der Strompfad (PI) den ersten Kondensator (10) und den zweiten Kondensator (20) verbindet; und eine Erzeugungseinrichtung (30), die ausgebildet ist, um eine Aufprägewechselspannung (Vac) mit einer Schaltfrequenz (f) zwischen dem ersten Kondensator (10) und dem zweiten Kondensator (20) zu erzeugen. Der erste Kondensator (10) und der zweite Kondensator (20) trennen das Gleichspannungspotential (Vdc) von der Erzeugungseinrichtung (30) elektrisch voneinander und prägen die Aufprägewechselspannung (Vac) kapazitiv auf dem Strompfad (PI) auf.It is a device for impressing an electric current on a current path, on which a DC potential (Vdc) is applied, disclosed. The device comprises: a first capacitor (10) and a second capacitor (20), the current path (PI) connecting the first capacitor (10) and the second capacitor (20); and generating means (30) configured to generate an AC injection voltage (Vac) at a switching frequency (f) between the first capacitor (10) and the second capacitor (20). The first capacitor (10) and the second capacitor (20) electrically disconnect the DC potential (Vdc) from the generating means (30) and capacitively impress the impressing AC voltage (Vac) on the current path (PI).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufprägen eines elektrischen Stromes und insbesondere auf eine kapazitive Leistungsübertragung zur Hochstromeinprägung von Gleichstrom (DC) auf hohem Gleichspannungspotential. The present invention relates to an apparatus and method for impressing an electric current, and more particularly to a capacitive power transfer for high current injection of direct current (DC) to a high DC potential.
Hintergrund background
Die Gleichstromübertragung auf hohem Gleichspannungspotential findet zunehmend an Bedeutung. Beispielsweise lassen sich mit einer Gleichspannungsübertragungsleitung große Leistungen über weite Strecken bei relativ kleinen Verlusten übertragen. Außerdem ist es möglich, bei Gleichstromübertragungen die Leitungen unter die Erde zu verlegen, was bei Wechselspannungsübertragungen ab einem bestimmten Spannungsniveau nicht mehr zu annehmbaren Kosten und/oder Verlusten durchführbar ist. The DC transmission at high DC potential is increasingly important. For example, with a DC transmission line, high power can be transmitted over long distances with relatively small losses. In addition, it is possible in DC transmissions to lay the cables underground, which can no longer be carried out at AC voltages above a certain voltage level at acceptable costs and / or losses.
Um Geräte für diese Anwendung Praxisnah zu prüfen ergibt sich der Bedarf, die Leitungen und/oder die entsprechenden Bauelemente und Betriebsmittel bei einem hohem Gleichspannungspotential mit Gleichströmen hoher Stromstärke zu testen und zu prüfen. Hierbei kann das Hochspannungspotential beispielsweise bis zu ±600 kV oder betragsmäßig mehr betragen. Zur Prüfung sollen dann solche Leitungen beispielsweise mit einem Strom von bis zu 5000 A oder noch mehr bestromt werden. Um eine auf solchem hohen Gleichspannungspotential befindliche Leitung mit einem hohen Gleichstrom dauerhaft zu bestromen, wird eine Stromquelle benötigt, die hohe Leistungen (beispielsweise im dreistelligen Kilowatt-Bereich) dauerhaft liefern kann. In order to test devices for this application, there is a need to test and test the lines and / or the corresponding components and equipment at a high DC voltage potential with high current DC currents. In this case, the high-voltage potential can be, for example, up to ± 600 kV or more in terms of amount. For testing such lines should be energized, for example, with a current of up to 5000 A or even more. In order to permanently energize a line with such a high direct current potential at high direct current, a current source is required which can deliver high powers (for example in the three-digit kilowatt range) permanently.
Bei konventionellen Lösungen erfolgt die Bestromung mittels eines Wechselstroms, der induktiv in den entsprechenden Prüfling (d.h. der zu prüfenden Baukomponente oder Leitung) mittels eines Hochstromtransformators eingekoppelt werden kann. Zumindest ein Teil des Prüflings kann ein Hochspannungskabel sein, das beispielsweise für die induktive Kopplung eine Windung durch den Hochstromtransformator bildet. In conventional solutions, current is supplied by means of an alternating current, which can be inductively coupled into the appropriate device under test (i.e., the component or line under test) by means of a high current transformer. At least a portion of the device under test may be a high voltage cable that forms a winding through the high current transformer, for example, for the inductive coupling.
Eine solche Einkopplung ist jedoch bei der Nutzung von Gleichstrom nicht möglich. However, such a coupling is not possible when using direct current.
Daher besteht ein Bedarf nach alternativen Lösungen, um einen Strom auf einem Strompfad (z.B. durch den Prüfling), der auf ein Gleichspannungspotential liegt, aufzuprägen. Therefore, there is a need for alternative solutions to impart current to a current path (e.g., through the device under test) that is at DC potential.
Zusammenfassung Summary
Die oben genannte Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und einem Verfahren nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder des Verfahrens nach Anspruch 14. The above object is achieved by an apparatus according to claim 1 and a method according to claim 14. The dependent claims relate to advantageous developments of the device according to claim 1 or the method according to claim 14.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufprägen eines elektrischen Stromes auf einen Strompfad (oder einen Lastkreis), auf dem ein Gleichspannungspotential anliegt. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator, wobei der Strompfad den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator verbindet. Die Vorrichtung umfasst weiter eine Erzeugungseinrichtung, die ausgebildet ist, um eine Aufprägewechselspannung mit einer Schaltfrequenz zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator zu erzeugen. Der erste Kondensator und der zweite Kondensator trennen das Gleichspannungspotential von der Erzeugungseinrichtung elektrisch voneinander und prägen kapazitiv die Aufprägewechselspannung auf dem Strompfad auf. Optional kann noch ein Gleichrichter vorhanden sein, der aus der Aufprägewechselspannung einen Gleichstrom, welcher auf den Strompfad (PI) aufgeprägt wird, erzeugt. The present invention relates to a device for impressing an electric current on a current path (or a load circuit), on which a DC potential is applied. The device comprises a first capacitor and a second capacitor, wherein the current path connects the first capacitor and the second capacitor. The apparatus further comprises a generating means configured to generate an impressing AC voltage having a switching frequency between the first capacitor and the second capacitor. The first capacitor and the second capacitor electrically separate the DC potential from the generating means and capacitively impress the impressed AC voltage on the current path. Optionally, a rectifier may also be present, which generates a DC current which is impressed on the current path (PI) from the impressing AC voltage.
Beispielsweise umfasst der erste Kondensator und der zweite Kondensator jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss, wobei die beiden ersten Anschlüsse der beiden Kondensatoren auf dem Gleichspannungspotential liegen. Die beiden zweiten Anschlüsse der beiden Kondensatoren sind beispielsweise mit der Erzeugungseinrichtung bspw. auf Erdpotential verbunden, so dass zwischen den beiden zweiten Anschlüssen die Aufprägewechselspannung anlegbar ist. Die beiden Kondensatoren isolieren und trennen somit das Gleichspannungspotential, das z.B. mehr als 100 kV betragen kann, von der Erzeugungseinrichtung für die Aufprägewechselspannung, die z.B. weniger als 20 kV betragen kann. For example, the first capacitor and the second capacitor each include a first terminal and a second terminal, wherein the two first terminals of the two capacitors are at the DC potential. The two second terminals of the two capacitors are, for example, connected to the generating device, for example, to ground potential, so that the impressed alternating voltage can be applied between the two second terminals. The two capacitors thus isolate and disconnect the DC potential, e.g. may be more than 100 kV, from the impressing AC voltage generating means, e.g. may be less than 20 kV.
Unter dem Begriff „Aufprägen“ (oder Einprägen) einer Spannung soll verstanden werden, dass die entsprechende Spannung auf den Strompfad übertragen wird, so dass zusätzlich zu dem Gleichspannungspotential noch eine auf- oder eingeprägte elektrische Spannung hinzukommt, so dass sich der entsprechende Spannungswert vergrößert oder verringert. The term "imprinting" (or impressing on) a voltage is to be understood as meaning that the corresponding voltage is transmitted to the current path, so that in addition to the direct voltage potential an added or impressed electrical voltage is added, so that the corresponding voltage value increases or reduced.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erlauben somit insbesondere eine Hochstromeinprägung auf einem Gleichspannungspotential von beispielsweise 600 kV (oder in einem Bereich zwischen 100 kV und 1000 kV), wobei der eingeprägte Gleichstrom eine Stromstärke von beispielsweise 5000 A (oder in einem Bereich zwischen 1000 A und 8000 A) aufweisen kann. Die Einprägung kann beispielsweise durch einen Spannungsabfall entlang des Strompfades erfolgen, wobei der Spannungsabfall sich aus dem Widerstand des Prüflings ergibt und beispielsweise bei 25 V (oder in einem Bereich zwischen 10 V und 100 V) liegen kann. Embodiments of the present invention thus allow, in particular, a high-current injection at a DC potential of, for example, 600 kV (or in a range between 100 kV and 1000 kV), the impressed DC current having a current intensity of For example, 5000 A (or in a range between 1000 A and 8000 A) may have. The embossing can be effected, for example, by a voltage drop along the current path, wherein the voltage drop results from the resistance of the test object and can be, for example, 25 V (or in a range between 10 V and 100 V).
Um dieses zu erreichen, brauchen Ausführungsbeispiele insbesondere keine Trenntransformatoren oder Maschinensätze oder auf hohem Potential befindliche Generatoren, die in konventionellen Anlagen genutzt werden und sehr aufwendig und teuer wären. Ausführungsbeispiele brauchen auch keine Generatorsätze mit Isolierwellen, die hohen mechanischen Belastungen standhalten müssten. In order to achieve this, embodiments need in particular no isolation transformers or machine sets or generators located at high potential, which are used in conventional systems and would be very complicated and expensive. Embodiments also need no generator sets with insulating waves that would have to withstand high mechanical loads.
Ausführungsbeispiele lösen die obengenannte technische Aufgabe stattdessen dadurch, dass die Leistung zur Gleichstromanregung mittels hochfrequenter Wechselspannung über Kondensatoren auf das Gleichspannungspotential übertragen werden. Embodiments solve the above-mentioned technical task instead by the fact that the power for DC excitation by means of high-frequency AC voltage via capacitors are transferred to the DC potential.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Erzeugungseinrichtung eine Gleichspannungsquelle zum Bereitstellen einer ersten Gleichspannung und eine Umrichteinrichtung, die eine erste Wechselspannung mit der Schaltfrequenz aus der ersten Gleichspannung erzeugt. Ein Vorteil der Gleichspannungsquelle in Kombination mit einer Umrichteinrichtung liegt darin, dass eine Frequenz und ein Spannungsverlauf der Wechselspannung flexibel gewählt werden kann bzw. an die konkreten Gegebenheiten angepasst werden kann. In further exemplary embodiments, the generating device comprises a DC voltage source for providing a first DC voltage and a converter device which generates a first AC voltage with the switching frequency from the first DC voltage. An advantage of the DC voltage source in combination with a converter is that a frequency and a voltage curve of the AC voltage can be flexibly selected or adapted to the specific circumstances.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Gleichspannungsquelle einen Anschluss an eine Versorgungswechselspannung (z. B. einen Netzanschluss mit beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz) und einen Gleichrichter, wobei der Gleichrichter ausgebildet ist, um die erste Gleichspannung aus der Versorgungswechselspannung zu erzeugen. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Vorrichtung an eine bestehende normale Versorgungsspannungsquelle angeschlossen werden kann, die zunächst gleichgerichtet wird und dann flexibel eine Wechselspannung mit den gewünschten Parametern erzeugt werden kann. In further embodiments, the DC voltage source comprises a connection to an AC supply voltage (for example a mains connection with, for example, 50 Hz or 60 Hz) and a rectifier, wherein the rectifier is designed to generate the first DC voltage from the AC supply voltage. An advantage of this approach is that the device can be connected to an existing normal supply voltage source, which is first rectified and then flexibly an AC voltage with the desired parameters can be generated.
Bei weiteren Ausführungen kann der Netzanschluss über einen Stelltransformator gesteuert werden, um so die Amplitude der Netzspannung und damit die zur Verfügung stehende Leistung zu steuern. In other embodiments, the mains connection can be controlled via a variable transformer, so as to control the amplitude of the mains voltage and thus the available power.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist die Umrichteinrichtung ausgebildet, um die erste Wechselspannung mit einer einstellbaren Schaltfrequenz und/oder mit einem einstellbaren Spitzenwert für die Wechselspannung und/oder mit einer einstellbaren mittleren Stromstärke zu erzeugen. Beispielsweise ist die Umrichteinrichtung ausgebildet, die Schaltfrequenz steuerbar einzustellen. Dies kann beispielsweise durch die Erzeugung von Rechteckpulsen geschehen, die eine einstellbare Pulsbreite aufweisen, und mit einer vorbestimmten Widerholfrequenz erzeugt werden. Die Rechteckpulse können dabei nur positive Spannungspulse sein oder auch positive und negative Spannungspulse aufweisen. Somit ist es möglich, flexibel die Frequenz der Wechselspannung (z.B. die Widerholfrequenz der Spannungspulse) und/oder die übertragene Leistung bzw. die mittlere Stromstärke über die Pulsbreite der Vielzahl von Spannungspulsen einzustellen. In further embodiments, the conversion device is designed to generate the first alternating voltage with an adjustable switching frequency and / or with an adjustable peak value for the alternating voltage and / or with an adjustable average current strength. For example, the converter is designed to adjust the switching frequency controllable. This can be done for example by the generation of rectangular pulses having an adjustable pulse width, and are generated at a predetermined repetition frequency. The rectangular pulses can only be positive voltage pulses or have positive and negative voltage pulses. Thus, it is possible to flexibly adjust the frequency of the AC voltage (e.g., the repetition frequency of the voltage pulses) and / or the transmitted power or the average current over the pulse width of the plurality of voltage pulses.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Erzeugungseinrichtung weiter einen Anpasstransformator, der ausgebildet ist, um die Aufprägewechselspannung durch eine Spannungsanpassung aus der ersten Wechselspannung zu erzeugen. In further embodiments, the generating means further comprises a matching transformer configured to generate the impressing AC voltage by a voltage adjustment from the first AC voltage.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen verfügt der Anpasstransformator eine Mittelanzapfung, damit die Verbindung zu beiden Kondensatoren symmetrisch ausgeführt werden kann. Ebenso kann der Anpasstransformator als Spartransformator ausgeführt werden, um die Lösung kostengünstiger zu gestalten. In further embodiments, the matching transformer has a center tap, so that the connection to both capacitors can be made symmetrical. Likewise, the matching transformer can be designed as autotransformer to make the solution cheaper.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Umrichteinrichtung eine Vielzahl von Umrichtern und der Anpasstransformator eine Vielzahl von Transformatoreinheiten, wobei jeweils einer der Umrichter zusammen mit einer der Transformatoreinheiten jeweils ein Umrichtmodul bilden. Jedes der so gebildeten Umrichtermodule kann parallel die erste Gleichspannung empfangen und daraus jeweils eine eigene Wechselspannung erzeugen, wobei die eigenen Wechselspannungen über serielle Verschaltung zusammen addiert werden, um die erste Wechselspannung zu erzeugen. Die resultierende Wechselspannung kann mit weiteren Transformatoren sowohl direkt vor den Kondensatoren als auch nach den Kondensatoren im Spannungsniveau angepasst werden. Daher liefert jedes Umrichtmodul einen Spannungsanteil an der Gesamtwechselspannung. Vorteilhafterweise kann jede Transformatoreinheit jedoch die volle Spannung isolieren. In further embodiments, the conversion device comprises a plurality of converters and the matching transformer, a plurality of transformer units, wherein each one of the inverter together with one of the transformer units each form a Umrichtmodul. Each of the converter modules formed in this way can receive the first DC voltage in parallel and generate their own AC voltage, the own AC voltages being added together via serial interconnection in order to generate the first AC voltage. The resulting AC voltage can be adjusted with other transformers both directly in front of the capacitors and after the capacitors in the voltage level. Therefore, each inverter module provides a voltage share of the total AC voltage. Advantageously, however, each transformer unit can isolate the full voltage.
Die Modularisierung der Umrichter bietet den Vorteil, dass verhältnismäßig geringe Spannungen während der Erzeugung der Wechselspannung in den einzelnen Modulen vorliegen. Daher können Standardbauteile genutzt werden und es sind keine gesonderten Vorkehrungen für die Hochspannungs-/Hochstromabsicherung erforderlich. The modularization of the converters offers the advantage that relatively low voltages are present during the generation of the alternating voltage in the individual modules. Therefore, standard components can be used and no separate precautions for high voltage / high current protection are required.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Erzeugungseinrichtung weiter eine Kompensationsdrossel, um eine Blindleistung bei einer Übertragung der Aufprägewechselspannung auf den Strompfad zu verringern. Hiermit wird es möglich, die kapazitive Kopplung zusammen mit der Kompensationsdrossel und des Anpasstransformators in einem Resonanzbetrieb zu betreiben, um so die Blindleistung möglichst gering zu halten. In further embodiments, the generating means further comprises a compensation inductor for reducing a reactive power upon transfer of the impressing AC voltage to the current path. This will make it possible, the operate capacitive coupling together with the compensation reactor and the matching transformer in a resonant mode, so as to keep the reactive power as low as possible.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung (z.B. auf Gleichspannungspotential) weiter zumindest einen Hochstromtransformator und zumindest einen weiteren Gleichrichter. Der zumindest eine weitere Gleichrichter ist ausgebildet, um, basierend auf der Aufprägewechselspannung, eine Gleichrichtung durchzuführen und einen gewünschten Gleichspannungsabfall entlang des Strompfades zu erzeugen. Eine Primärseite des Hochstromtransformators kann zwischen dem ersten Kondensator und an dem zweiten Kondensator gekoppelt sein und auf dem Gleichspannungspotential liegen. Der Hochstromtransformator kann eine Mittelanzapfung besitzen um eine symmetrische Aufteilung zu realisieren. Eine Sekundärseite des Hochstromtransformators kann an den weiteren Gleichrichter koppeln, um ein Wechselspannungsniveau zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator anzupassen, um so den gewünschten Gleichspannungsabfall entlang des Strompfade zu erreichen. In further embodiments, the device further comprises (e.g., at DC potential) at least one high current transformer and at least one further rectifier. The at least one further rectifier is configured to rectify and generate a desired DC voltage drop along the current path based on the AC load voltage. A primary side of the high current transformer may be coupled between the first capacitor and the second capacitor and at the DC potential. The high current transformer may have a center tap to realize a symmetrical split. A secondary side of the high current transformer may couple to the further rectifier to adjust an AC level between the first capacitor and the second capacitor so as to achieve the desired DC voltage drop along the current paths.
Durch die Einstellung des Gleichspannungsabfalles ist es möglich, den Strom einzustellen, der entlang des Strompfades aufgeprägt werden soll. Dazu kann der gewünschte Gleichspannungsabfall in Abhängigkeit eines gegebenen Widerstandswertes entlang des Strompfades eingestellt werden, um so einen gewünschten Stromfluss durch den Strompfad zu erreichen. By setting the DC voltage drop, it is possible to set the current to be impressed along the current path. For this purpose, the desired DC voltage drop can be adjusted as a function of a given resistance value along the current path so as to achieve a desired current flow through the current path.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst die Vorrichtung weiter eine Vielzahl von Stromeinprägungsmodulen und optional eine Vielzahl von Anpasstransformatoren. Jedes der Einprägungsmodule kann einen Hochstromtransformator, einen weiteren Gleichrichter, zwei Eingangsanschlüsse, die an die Primärseite des Hochstromtransformators koppeln, und zwei Ausgangsanschlüsse aufweisen. Die Vielzahl von Stromeinprägungsmodulen können mit ihren jeweiligen Eingangsanschlüssen seriell zwischen dem ersten Kondensator und dem zweiten Kondensator auf der Hochspannungsseite oder hinter einem Anpasstransformator, der zwischen beiden Kondensatoren geschaltet ist, geschaltet sein und mit ihren jeweiligen zwei Ausgangsanschlüssen parallel zu dem Strompfad geschaltet sein. Die Modularisierung der Stromeinprägung bietet den Vorteil, dass verhältnismäßig geringe Spannungen und Ströme während der Erzeugung des gewünschten Gleichspannungsabfalls in den einzelnen Modulen vorliegt. Daher können Standardbauteile genutzt werden und es sind keine gesonderten Vorkehrungen für die Hochspannungs-/Hochstromabsicherung erforderlich (bspw. erhöhter Kupfereinsatz, höhere Isolationsspannung, etc.). In further embodiments, the apparatus further includes a plurality of current injection modules and optionally a plurality of matching transformers. Each of the embossment modules may include a high current transformer, another rectifier, two input terminals coupling to the primary side of the high current transformer, and two output terminals. The plurality of current injection modules may be serially connected with their respective input terminals between the first capacitor and the second capacitor on the high voltage side or behind a matching transformer connected between both capacitors and connected in parallel with the current path with their respective two output terminals. The modularization of the current injection has the advantage that relatively low voltages and currents are present during the generation of the desired DC voltage drop in the individual modules. Therefore, standard components can be used and there are no separate precautions for the high voltage / high current protection required (for example, increased copper use, higher insulation voltage, etc.).
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist die Schaltfrequenz und/oder eine Kapazität des ersten und/oder des zweiten Kondensators und/oder eine Induktivität der Kompensationsdrossel und/oder des Anpasstransformators gewählt, um eine Blindleistung bei einem Energietransfer von der Vorsorgungswechselspannung zu dem Strompfad zu minimiert (oder zumindest zu verringern). In further embodiments, the switching frequency and / or a capacitance of the first and / or the second capacitor and / or an inductance of the compensation inductor and / or the matching transformer is selected to minimize (or at least minimize) reactive power during energy transfer from the AC supply voltage to the current path to reduce).
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist/sind die Kapazität des ersten Kondensators und/oder die Kapazität des zweiten Kondensators und/oder die Induktivität in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz derart gewählt, dass die Aufprägewechselspannung weniger als ein vorbestimmter Anteil (z.B. 50% oder 10%) des Gleichspannungspotentials ist. Diese Einschränkung soll sicherstellen, dass der Nennspannungswert der Gleichspannung im Wesentlichen gleichbleibt, da beispielsweise ein Prüfling mit einem bestimmten Nennspannungswert geprüft werden soll. In further embodiments, the capacitance of the first capacitor and / or the capacitance of the second capacitor and / or the inductance in dependence on the switching frequency is / are selected such that the impressed AC voltage is less than a predetermined proportion (eg 50% or 10%) of the DC potential is. This restriction is intended to ensure that the rated voltage value of the DC voltage remains substantially the same, for example, because a device under test with a certain rated voltage value is to be tested.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst der erste Kondensator und/oder der zweite Kondensator jeweils parallel und/oder in Reihe verschaltete Kondensatoren. Widerständen können parallel und/oder in Reihe zu den Kondensatoren vorgesehen sein (bspw. zur Potentialsteuerung). Ein Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass Standardbauteile genutzt werden können und somit kosteneffizient gearbeitet werden kann. Weiterhin können bei weiteren Ausführungsbeispielen zu den seriell verschalteten Kondensatoren einzelne oder mehrere Widerstände parallelgeschaltet werden. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass ein Spannungsabfall über die Kondensatoren entsprechend verteilt wird, so dass das Hochspannungspotential symmetrisch über alle Kondensatoren aufgeteilt wird und damit alle Komponenten gleich belastet werden. In further embodiments, the first capacitor and / or the second capacitor each comprise parallel and / or series-connected capacitors. Resistors may be provided in parallel and / or in series with the capacitors (eg for potential control). An advantage of this approach is that standard components can be used and thus can be worked cost-effectively. Furthermore, in further embodiments, one or more resistors can be connected in parallel with the series-connected capacitors. An advantage of this procedure is that a voltage drop across the capacitors is distributed accordingly, so that the high-voltage potential is divided symmetrically across all capacitors and thus all components are charged equally.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst der zumindest eine weitere Gleichrichter einen Synchrongleichrichter. Bei dieser Art von Gleichrichtern werden keine Bauteile verwendet, die von sich aus einen Stromfluss nur in eine Richtung zulassen (beispielsweise Dioden). Stattdessen werden beispielsweise Feldeffekttransistoren (z.B. MOS-FETs) genutzt, die durch eine Ansteuerelektronik so angesteuert werden, dass sie wie eine Halbleiterdiode mit sehr kleiner Durchlassspannung wirken. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass geringere Wärmeverluste im Gleichrichter auf Gleichstrompotential entstehen und ggf. auf Kühlungsaggregate verzichtet werden kann. In further embodiments, the at least one further rectifier comprises a synchronous rectifier. In this type of rectifier, no components are used which inherently allow current to flow in only one direction (eg, diodes). Instead, for example, field-effect transistors (for example MOS-FETs) are used, which are controlled by drive electronics in such a way that they act like a semiconductor diode with a very low forward voltage. This method has the advantage that lower heat losses in the rectifier arise at DC potential and, if necessary, can be dispensed with cooling units.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Aufprägen eines elektrischen Stromes auf einen Strompfad, auf dem ein Gleichspannungspotential anliegt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erzeugen einer Aufprägewechselspannung mit einer Schaltfrequenz in einem Schaltungsabschnitt, der elektrisch von dem Gleichspannungspotential getrennt ist (bspw. Erdpotential), und kapazitive Übertragung der Aufprägewechselspannung auf den Strompfad. Beispielsweise kann eine direkte Aufschaltung der Aufprägewechselspannung auf den Strompfad erfolgen. The present invention also relates to a method for impressing an electric current on a current path on which a DC potential is applied. The method comprises the following steps: generating an impressing alternating voltage with a switching frequency in one Circuit portion that is electrically isolated from the DC potential (eg, ground potential) and capacitive transfer of the impressed AC voltage to the current path. For example, a direct connection of the impressing AC voltage on the current path can take place.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen umfasst das Verfahren außerdem ein Gleichrichten der kapazitiv aufgeprägten Aufprägewechselspannung, um so einen gewünschten Gleichspannungsabfall auf dem Strompfad auszubilden. In further embodiments, the method also includes rectifying the capacitive impressed AC voltage so as to form a desired DC voltage drop on the current path.
Vorteile der Ausführungsbeispiele bestehen darin, dass ein sehr kompakter und leichter Aufbau möglich wird. Da keine neuartigen Bauteile oder Techniken erforderlich sind, ist eine sehr günstige Leistungsübertragung möglich. Außerdem entkoppeln die Hochspannungskondensatoren das Gleichspannungspotential (bspw. auf Hochspannung) von den Bauteilen, die die Wechselspannungskomponente erzeugen. Advantages of the embodiments are that a very compact and lightweight construction is possible. Since no novel components or techniques are required, a very favorable power transmission is possible. In addition, the high voltage capacitors decouple the DC potential (eg, high voltage) from the components that produce the AC component.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollen sich die Begriffe „verbinden“ und “schalten“ insbesondere auf elektrische Verbindungen und elektrische Verschaltungen beziehen und nur insoweit einschränkend sein, dass ein Strompfad zwischen den verbundenen/geschalteten Komponenten ausgebildet werden kann (wenn entsprechende Spannungen anliegen). Eine elektrische Verbindung muss dabei nicht notwendigerweise eine direkte elektrische Verbindung umfassen. Daher ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung unter einer elektrischen Verbindung das Ausbilden eines Strompfades zu verstehen, der einen Fluss oder eine Bewegung (z.B. bei Wechselströmen) von elektrischen Ladungsträgern zwischen den Komponenten erlaubt. Der Begriff „koppeln“ ist so auszulegen, dass es jegliche Verbindung umfasst, über die Energie transportiert werden kann (auch drahtlos). In the context of the present invention, the terms "connect" and "switch" should refer in particular to electrical connections and electrical interconnections and be restrictive only insofar as a current path can be formed between the connected / connected components (if corresponding voltages are present). An electrical connection does not necessarily have to include a direct electrical connection. Therefore, in the context of the present invention, an electrical connection is to be understood to mean the formation of a current path which allows a flow or a movement (for example in the case of alternating currents) of electric charge carriers between the components. The term "couple" should be interpreted to include any connection through which energy can be transported (including wireless).
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden von der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele, die jedoch nicht so verstanden werden sollten, dass sie die Offenbarung auf die spezifischen Ausführungsformen einschränkt, sondern lediglich der Erklärung und dem Verständnis dienen. The embodiments of the present invention will be better understood from the following detailed description and the accompanying drawings of the different embodiments, which should not be construed as limiting the disclosure to the specific embodiments, but for explanation and understanding only.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Optional können in der Vorrichtung folgende weitere Komponenten ausgebildet sein: ein Netzgleichrichter mit Umrichter für einen Frequenzbereich für die Aufprägewechselspannung zwischen 20 kHz und 200 kHz (oder zwischen 5 kHz und 1000 kHz) eine Kompensationsspule und ein Hochstromtransformator, der einen Synchrongleichrichter umfassen kann. Optionally, the following further components can be formed in the device: a power rectifier with converter for a frequency range for the impressing alternating voltage between 20 kHz and 200 kHz (or between 5 kHz and 1000 kHz), a compensation coil and a high-current transformer, which can comprise a synchronous rectifier.
Auf der Niederspannungsseite
Der Gleichrichter
Am Ausgang des Gleichrichters
Am Ausgang der Umrichteinrichtung
Auf der Hochspannungsseite
Der Hochstromtransformator
Der weitere Gleichrichter
Optional ist es möglich, dass der Hochstromtransformator
Ebenso ist es möglich, dass die Umrichteinrichtung
Bei weiteren Ausführungsbeispielen sind die oben mit der Vorrichtung beschriebenen Funktionen als weitere optionale Verfahrensschritte in dem Verfahren umgesetzt. In further embodiments, the functions described above with the device are implemented as further optional method steps in the method.
Aspekte der vorliegenden Erfindung können wie folgt zusammengefasst werden:
Ausführungsbeispiele können zur Prüfung von Bauteilen oder Komponenten genutzt werden, die sich auf einem sehr hohen Gleichspannungspotential befinden (wobei ein hohes Gleichspannungspotential beispielsweise 500 kV beträgt), wobei die Gleichspannungskomponenten durch Kondensatoren vollständig entkoppelt werden. Wenn die Leistung bei sehr hohen Frequenzen (z. B. 20 kHz bis 200 kHz) übertragen wird, ergeben sich – trotz einer möglicherweise geringen Kapazität der Koppelkondensatoren
Embodiments may be used to test components or components that are at a very high DC potential (where a high DC potential is, for example, 500 kV), with the DC components completely decoupled by capacitors. If the power is transmitted at very high frequencies (eg 20 kHz to 200 kHz), despite a possibly small capacitance of the
Die Schaltfrequenz des Umrichters
Als Koppelkondensatoren
Der Umrichter
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist es möglich, die Leistung auf bis zu
Ebenso kann die sekundäre Stromeinprägung beispielsweise durch
Um die Abwärme in den Hochstrommodulen
Ein kritisches Bauteil in der Kette der Leistungsübertragung sind die Kondensatoren
Die Vorrichtung kann gemäß Ausführungsbeispielen auch für die folgenden Parameter genutzt werden. Das Gleichspannungspotential kann beispielsweise bei 60 kV (oder zwischen 5 kV und 200 kV) liegen. Der Wechselstrom kann effektiv 10 A (oder zwischen 1 A und 50 A liegen). Am Ausgang der Hochspannungsseite kann beispielsweise 18 V bei 45 A anliegen. Der Gesamtwirkungsgrad liegt ca. bei 85%, ohne die Verluste im Hochspannungskreis durch eventuell eingebaute Steuerwiderstände. The device can also be used according to embodiments for the following parameters. The DC potential may be, for example, 60 kV (or between 5 kV and 200 kV). The AC current can be effectively 10 A (or between 1 A and 50 A). For example, at the output of the high-voltage side, 18 V may be present at 45 A. The overall efficiency is about 85%, without the losses in the high voltage circuit due to possibly built-in control resistors.
Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein. The features of the invention disclosed in the description, the claims and the figures may be essential for the realization of the invention either individually or in any combination.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- erster Kondensator first capacitor
- 20 20
- zweiter Kondensator second capacitor
- 30 30
- Erzeugungseinrichtung generator
- 40 40
- Hochspannungstransformator High Voltage Transformer
- 50 50
- weiterer Gleichrichter another rectifier
- 310 310
- Gleichspannungsquelle DC voltage source
- 311 311
- Versorgungswechselspannung AC supply voltage
- 315 315
- Gleichrichter rectifier
- 320 320
- Umrichteinrichtung Umrichteinrichtung
- 340 340
- Anpasstransformator matching transformer
- 350 350
- Kompensationsdrossel Shunt Reactors
- Vdc Vdc
- Gleichspannungspotential DC potential
- Vdc1 Vdc1
- erste Gleichspannung first DC voltage
- Vac Vac
- Aufprägewechselspannung Aufprägewechselspannung
- Vac1 Vac1
- erste Wechselspannung first alternating voltage
- ΔVdc ΔVdc
- eingeprägter Spannungsabfall impressed voltage drop
- Vr Vr
- Spannungsspitzenwert Voltage peak
- f f
- Schaltfrequenz switching frequency
- PI PI
- Strompfad current path
Claims (15)
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2911476A1 (en) * | 1979-03-21 | 1980-09-25 | Licentia Gmbh | Power supply from HF generator - has capacitance inductance chain between generator and powered measuring head to suppress LF |
DE3912654A1 (en) * | 1988-09-12 | 1990-03-15 | Robotron Veb K | Charge injector calibrating partial discharge measurement circuits - has charge storage capacitor supplied by recharge device and short duration switch |
EP2664936A1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-20 | Omicron electronics GmbH | Measuring device for testing an electrical circuit breaker |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4557049B2 (en) * | 2008-06-09 | 2010-10-06 | ソニー株式会社 | Transmission system, power supply apparatus, power reception apparatus, and transmission method |
CN105637731A (en) * | 2013-10-09 | 2016-06-01 | 飞利浦灯具控股公司 | System for capacitively driving a load |
-
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2911476A1 (en) * | 1979-03-21 | 1980-09-25 | Licentia Gmbh | Power supply from HF generator - has capacitance inductance chain between generator and powered measuring head to suppress LF |
DE3912654A1 (en) * | 1988-09-12 | 1990-03-15 | Robotron Veb K | Charge injector calibrating partial discharge measurement circuits - has charge storage capacitor supplied by recharge device and short duration switch |
EP2664936A1 (en) * | 2012-05-10 | 2013-11-20 | Omicron electronics GmbH | Measuring device for testing an electrical circuit breaker |
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