DE2218806C3

DE2218806C3 - Gleichrichteranlage zur Speisung von Aluminium-Elektrolyseöfen

Info

Publication number: DE2218806C3
Application number: DE19722218806
Authority: DE
Inventors: Gerhard Achilles; Udo Flachmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-04-18
Filing date: 1972-04-18
Publication date: 1975-02-27
Also published as: FR2180924B1; DE2218806A1; JPS4916819A; CH560766A5; FR2180924A1; DE2218806B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichrichteranlage zur Speisung von Aluminium-Elektrolyseöfen mit mindestens einem mittels eines grobstuf igen Laststufenschalters umschnhbaren Transformator und mit einer den Elektrolysestrom auf den Mittelwert regelnden Einrichtung.

Außer auf den Mittelwert dts Elektrolysestromes können Gleichrichteranlagen für die Speisung von Aluminium-Elektrolyseöfen auch auf konstanten Elektrolysestrom geregelt werden.

Eine Regelung, auf den Mittelwert des Elektrolysestromes mit zulässigen positiven und negativen Abweichungen vom Mittelwert ist aus den BBC-Nachrichten, Bd. 52. Dezember 1970, S. 378 bis 387 bekannt. Hierbei wird die Gleichspannung zur Ausregelung des Stromes durch einen vielstufigen und damit feinstufigen Laststufenschalter geändert. Dadurch wird zwar ein optimaler Leistungsfaktor für die Anlage erzielt, jedoch ist ein feinstufiger Laststufenschalter erheblich teurer als ein normaler grobstufiger Laststufenschalter. Durch die erforderliche hohe Schalthäufigkeit wird die Lebensdauer des feinstufigen Laststufenschalters herabgesetzt.

Zur Regelung auf konstanten Elektrolysestrom ist es aus der DL-PS 65 967 bekannt, zur Grobeinstellung Stufentransformatoren und zur Feineinstellung Leistungstransduktoren als Stellglieder einzusetzen. Zur Leistungsanpassung des Transduktor ist hier beispielsweise ein Transistorleistungsverstärker vorgesehen, der eine schnelle Ausregelung von Störeinflüssen ermöglicht. Bei einem Einsatz dieser Anordnung für eine in Elektrolyseanlagen erforderliche Hochstromregelung treten jedoch infolge von Schalthandlungen, z. B.

infolge einer Betätigung des Stufenschaltwerkes de» SiufentransforniaieK. kurzzeitig hohe Spannungsspitzen auf. Zur Veoäejdung dieser Spannungsspitzen, die zu einer Zerstörung des Leistungsverstärker* führen könnea ist eine Schutzschaltung voigeselsen. die den in Reihe geschalteten Steuerwkklungen der Transduktoren vorgeschaltet ist Abgesehen von dem hohen, durch Jen Aufwand an Geräten bedingten Anlagekosten wird der Leistungsfaktor der Anlage je nach dem Aussteuerungsgrai des Tansduktors erheblich verschlechtert

Nach dem Prinzq» der Regelung auf konstanten Badsttom artetet aach die in der GB-PS 1 184 801 be-

• schriebene Bnricirtung, die in jeder Phase der Sekundärwicklung des Stufentransformators einen Transduk-

i< tor enthält Hierbei wird durch das Zusammenwirken

* des Transduktors. der durch stetige Änderung des Steuergleichstromes gesteuert wird, und des grobstufigen Stufenschalters in Verbindung mit einem Kompensationswiderstand eine stufenlose Einstellung der die

ao Gleichrichter speisenden Spannung erreicht ohne daß beim Umschalten von einer Stufe auf die andere oder beim Abschalten des gesättigten Transduktors Spannungssprünge auftreten. Zur Begrenzung des Vormagnetisieningsstromes auf einen eine Mindestlastspan-

a₅ nung sicherstellenden Wert können die Steuerwicklungen der Transduktoren in Reihe geschaltet und an eine zusätzliche Spannungsquelle angeschlossen sein.

In der DT AS 1 175 345 ist ferner eine zwei Stromrichter enthaltende Anlage beschrieben, in der der er-

ste aus Einkristall-Halbleiterventilen aufgebaute Stromrichter unmittelbar und der zweite aus Vielkristall-Halbleiterventilen zusammengesetzte Stromrichter über einen Transduktor an den Stufentransformator angeschlossen ist. Dabei hat der zweite Stromrichter

nur die Aufgabe, Laststromspitzen zu übernehmen, die den zulässigen Dauerstrom des ersten Stromrichters überschreiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer auf den Mittelwert des Elektrolysestromes geregelten

Anlage die Verwendung eines Transformators mit fein-Stufigem Laststufenschalter zu vermeiden und die Schalthäufigkeit des Stufenschalters herabzusetzen. Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art durch die im Anspruch 1 gekennzeich-

neten Merkmale gelöst. Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Anspruch I sind in den Ansprächen 2 und 3 gekennzeichnet.

Durch die Kombination eines normalen, grobstufigen Stufenschalters mit einem Transduktor in jedem der Gleichrichterzweige, der durch Zu- oder Abschaltung der Vormagnetisierung eine Halbierung der Laststufenschalterspannung bewirkt, ergibt sich eine Verdoppelung der Spannungsstufen des Transformators.
An Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigt

F i g. I eine über Gleichrichter gespeiste Aluminium-Elektrolyseanlage.
F i g. 2 eine Steuereinrichtung zur Aufrechterhaltung

eines vorgegebenen Mittelwertes des Elektrolysestro-

Nach Fi g, .1 ist zur Speisung einer Elektrolyseanlage

1 ein Transformator 2 mit nachgfeschalteter Gleichrichteranlage 3 vorgesehen. Der Transformator ist mit

einem normalen Laststufenschalter 4 mit beispielsweise

2 χ 16 Stufen ausgestattet, der die. dem jeweiligen Strömbedarf entsprechenden oberspannungsseitigen Anzapfungen des Transformators rhjt dem Netz ver-

!bindet Eine Lastschalterbetätigungseinrichtung 5 schattet den Laststufenschalter 4 jeweils wn eine Stufe höher oder tiefer, wenn ein Schalter dl 1.1 bzw. i/12.1 geschlossen wird. Die Lastschalterbetätigungseinrichtung 5 ist ferner mit einem Schalter L ausgerüstet, der jeweils während des Laufes des Stufenschalters geschlossen ist Unterspannungsseitig liegt zwischen den Transformatorwicklungen und der Gleichrichteranlage in jedem Gleichrichterzweig ein Transduktoi 6 in Selbstsäuiifungsschakung. Die Vormagnetisierungswicklungen der Transduktoren sind in Reihe geschaltet.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, sind die in Reihe geschalteten Vormagnetisierungswickhmgen 7 derTransduktoren 6 über einen Gleichrichter 8 in Drehstrombrücken- oder Saugdrosselschaltung an einen Drehstromtransformator 9 angeschlossen. Durch Umschaltung von in dem Versorgungsstromkreis der Vormagnetisierungswicklungen 7 liegenden Schaltern cl.4 bis ct.7 eines Relais el werden die Transduktoren 6 von dem nicht ausgesteuerten in den voll ausgesteuerten Zustand ge- ao bracht. Zur Aufrechterhaltung des Strommittelwertes für die Elektrolyseanlage werden die Vormagnetisierungswicklungen 7 gegebenenfalls abwechselnd mit einer Weiterschaltung des Laststufenschalters mit Hilfe der in F i g. 2 dargestellten, beispielsweise aus Relais aufgebauten Steuereinrichtung umgepolt. Die Arbeitsweise der in ihrem Ruhezustand dargestellten Steuereinrichtung wird im folgenden beschrieben.

Wird zur Aufrechterhaltung des Strommittelwertes eine Erhöhung der Spannung erforderlich, so wird von einem Steuerpult von Hand oder von einer Regeleinrichtung selbsttätig ein Schalter 11 geschlossen. Damit wird über einen Schalter dl Λ eines Relais dl, über einen Schalter d3.1 eines Relais <ö und über eine Diode nil ein Relais cÖO erregt, dessen Schalter cöO.1 den Spulenkreis eines polarisierten Relais cÖ unterbricht. Gleichzeitig wird durch das Schließen des Schalters 11 über den Schalter d3.2 des Relais cö und eine Diode nl6 ein Relais cßl erregt, dessen Schalter cßl.l über den Schalter d22,l den Stromkreis für die Relais el und dl schließt. Dadurch schalten ein Schalter d.i. über den sich die Relais d und dl halten, und die Schalter cl2 bis cl.7 um. Durch die Umschaltung der Schalter et.4 bis cl.7 werden die Vormagnetisierungswicklungen 7 auf volle Aussteuerung der Transduktoren 6 umgepolt. Durch tlie Schalter cl.2 und el3 wird die Umschaltung des polarisierten Relais cö vorbereitet. Durch das Ansprechen des Relais dl schaltet der Schalter dl.l um, so daß zunächst das Relais t/21 und nach einer durch ein /?C-Glied 10 bestimmten Zeit auch das Relais föO abfällt. Die zugehörigen Schalter (21.1 und cSO.l gehen in ihre Ruhelage zurück und das Relais cß schaltet um. Steht jetzt kein »Auf-Befehl« (Schalter 11 geöffnet) mehr an, so ist der Steuervorgang beendet. Wird jedoch der »Auf-Befehl« noch aufrechterhalten, dann wird über den noch umgeschalteten Schalter dl.l, über den durch Umpolung des Relais cö ebenfalls umgeschalteten Schalter tß.l und über die Diode nil das Relais eßO erneut erregt, dessen Schalter cöO.l wieder den Spulenkreis des Relais cö unterbricht. Gleichzeitig wird über den Schalter cö.2 nun das Relais c/11 erregt, dessen Schalter c/111 (F i g. 1) eine Betätigung des Stufenschalters auslöst. Während des Stufenschalterlaufes wird der Schalter L geschlossen und dadurch das über einen Gleichrichter 13 gespeiste Relais d2 erregt uessen Schalter cß.1 in Verbindung mit einer Diode nl3 die Schalter 11. dl.l und <ö.l überbrückt und dessen Schalter d22 über eine Diode nl5 ein Relais d22 erregt Durch die Erregung des Relais d22 unterbricht der Schalter d22.1 den Stromkreis für die Relais el und crt. Damit geht der Schalter dl.l in seine Jluhelage zurück und die Relais c/11 und d22 fallen ab. Über die Schalter cl.4 bis cl.7 wird die Vormagnetisierung der Transduktoren umgepolt wodurch die Transduktoren wieder in den Zustand »nicht ausgesteuert« gebracht werden, und die Umschaltung des Relais cö über die Schalter cl2 und ci3 vorbereitet Am Ende des Stufenschalterlaufes geht der Schalter L in seine Ruhelage zurück und unterbricht den Spulenkreis des Relais cß, über dessen in die Ruhestellung zurückgehenden Schalter cß.l das Relais cÖO abgeschaltet wird. Der Schalter cöO.l geht infolgedessen verzögert in die Ruhelage zurück und schaltet das Relais cß um. Steht zu diesem Zeitpunkt kein »Auf-Befehl« mehr an, dann ist der Steuervorgang beendet. Ist jedoch der Schalter 11 noch geschlossen oder wird erneut ein »Auf-Befehl« gegeben, so werden, wie eingangs beschrieben, zunächst die Transduktoren durch Umpolung der Vormagnetisierungswicklungen voll ausgesteuert und gegebenenfalls bei weiterem Anstehen eines »Auf-Befehls« anschließend der Stufenschalter betätigt.

Durch Betätigung eines Schalters 12 wird der Steuereinrichtung ein »Ab-Befehl« gegeben, durch den die Spannung erniedrigt wird. Die Arbeitsweise der Steuereinrichtung entspricht der bereits beschriebenen Arbeitsweise bei einem »Auf-Befehl«, jedoch mit dem Unterschied, daß von der in der Zeichnung dargestellten Ruhestellung aus zunächst der Stufenschalter über einen Schalter crt .2 des Relais crt. über Schalter d33 und CÖ.4 des polarisierten Relais cÖ und ein Relais c/12 betätigt wird, dessen Schalter c/12.1 (Fig. 1) über die Lastschalterbetätigungseinrichtung 5 eine Betätigung des Laststufenschalters in Abwärtsrichtung auslöst. Gleichzeitig mit der Einschaltung des Relais c/12 wird über eine Diode n12 das Relais cÖO erregt. Durch das Ansprechen des Relais dl wird über einen Schalter d23 und eine Diode nl7 das Relais cßl erregt. Im weiteren Steuerungsablauf wird ferner nach Umpolung des Relais to das Relais d22 über eine Diode nl4 erregt.

Steht nach der Umschaltung des Stufenschalters auf die nächstniedrigere Stufe der »Ab-Befehl« noch an, so werden die Transduktoren durch Umpolung des die Vormagnetisierungswicklungen 7 speisenden Stromkreises voll ausgesteuert.

Zur Stromversorgung der Relais c/11, c/12, c/21, c/22 und cÖO ist ein Transformator 14 mit nachgeschalteter Gleichrichterbrücke 15 vorgesehen.

Durch die Verwendung von Stufentransduktoren wird bei dem im Ausführungsbeispiel angenommenen Gleichrichtertransformator mit einem Stufenschalter von 2x16 Stufen die Anzahl der Spannungsstufen auf insgesamt 2 χ 32 Stufen erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gleienrichteranlage zur Speisung von Afauniniura-EIektroiyseofen mit mindestens einem mittels eines grobstufigen Laststufenschalters uroscbaltbaren Transfonnator und mit einer den Elektrolyseslrora auf den Mittelwert regelnden Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Transformator (2) und der Gleichrichteranlage (3) in jedem Gleichrichterzweig ein Transduktor (6) angeordnetist,4esse4SpannuftgshubderH|ifieder zwischen deil einzelnen Stufe« ties Laststtifenschalters (4) herrschenden Spannungsdifferenz entspricht und der über seine Vormagnetisierungs-Wicklungen (7) in Abhängigkeit von der von der Regeleinrichtung vorgegebenen föchtung des Schaübefehls bei der jeweiligen Stellung des Laststufenschalters entweder voll aussteuert oder nicht aussteuert.

2. Gleichrichteraniage nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierungswicklungen (7) der Transduktoren (6) in Reihe geschaltet sind und in einem Stromkreis liegen, dessen Polarität mittels einer Umschaltvorrichtung (ei.4 bis el.7) umschaltbar ist.

1 Gleichrichteranlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steuereinriehiung, die je nach dem Strombedarf der Anlage und der jeweiligen Einstellung den Laststufenschalter (4) oder die Umschaltvorrichtung (el.4 bis c!.7) oder beide abwechselnd betätigt.