DE4301810A1 - Thyristor-Steuereinheit - Google Patents

Thyristor-Steuereinheit

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DE4301810A1
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thyristor control
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thyristors
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Werner Dipl Ing Guhr
Stefan Dipl Ing Bangert
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Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/081—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source
    • H02M1/082—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters wherein the phase of the control voltage is adjustable with reference to the AC source with digital control
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
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Description

Die Erfindung betrifft eine Thyristor-Steuereinheit nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.
Mit Hilfe von Stellern werden Strom und/oder Spannung von elektrischen oder elektroni­ schen Einrichtungen während des Betriebs beeinflußt. Realisiert werden derartige Steller durch ohmsche Widerstände, durch Thyristoren oder äquivalente Transistoren. Der Vorteil von Transistoren und Thyristoren besteht darin, daß sie im Gegensatz zu den ohmschen Widerständen nur eine geringe Leistung verbrauchen.
Ein Anwendungsgebiet von Stellern ist die Versorgung eines Widerstandsverdampfers mit Wechselstrom. Ein solcher Widerstandsverdampfer besteht im wesentlichen aus einem Schiffchen, in dem z. B. Aluminium-Draht geschmolzen und verdampft wird. Hierbei ist eine Wechselstromquelle vorgesehen, der ein Thyristor-Steller nachgeschaltet ist, dessen Ausgangsspannungen und Ströme wiederum durch Transformation auf bestimmte Span­ nungen und Stromstärken transformiert werden.
Wechselstrom- und Drehstromsteller, die Thyristoren aufweisen, sind bereits bekannt (F. Zach: Leistungselektronik, 2. Auflage, 1988, S. 200 ff.). Sie bestehen pro Phase in der Regel aus zwei antiparallel geschalteten Thyristoren. Mit diesen Stellern wird keine Gleichrichtung der Lastspannung angestrebt. Man kann sich die Wechselstromsteller aus zwei einpulsigen Schaltungen entstanden denken. Ströme und Spannungen sind dement­ sprechend aus den elektrischen Größen der einpulsigen Schaltungen zusammengesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannung an einem Widerstandsverdamp­ fer so einzustellen, daß sich bei einem sich entsprechend dem Widerstand einstellenden Strom eine elektrische Leistung einstellt, bei welcher das Material in einem Verdampferge­ rät verdampft.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß ein Widerstandsver­ dampfer, in dem z. B. Aluminium-Draht verdampft wird, über einen Transformator ge­ speist werden kann, und ein Thyristor-Steller eine variable einstellbare Spannung liefert. Diese wird durch einen Transformator oder durch mehrere Transformatoren von z. B. 380 V und 40 A auf 12 V und 1200 A transformiert. Außerdem können durch eine Interbus-S- Schnittstelle mit geringem Verkabelungsaufwand und ohne weitere elektronische Baugrup­ pen - wie z. B. analoge und digitale Ein- und Ausgänge von speicherprogrammierbaren Steuerungen - Sollwerte und Istwerte sowie Schaltzustände und Fehlermeldungen zwi­ schen Thyristor-Steller und zentraler Steuerung ausgetauscht werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im fol­ genden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipdarstellung der Erfindung,
Fig. 2 eine Thyristor-Steuerung.
In der Fig. 1 ist eine Wechselspannungsquelle 1 gezeigt, deren Ausgangsspannung über einen Trennblock 2 auf einen Wechselstromsteller 3 gegeben wird. Die Ausgangsspannung dieses Wechselstromstellers 3 gelangt über einen oder mehrere nicht dargestellte Transfor­ matoren auf ein Verdampferschiffchen 4, in dem Aluminium oder ein sonstiges Material verdampft wird.
Um die elektrische Leistung des Verdampferschiffchens 4 stets auf einem Wert zu halten, der für die Verdampfung des Materials geeignet und notwendig ist, müssen Strom und Spannung entsprechend gesteuert werden. Für diese Steuerung ist der Wechselstromsteller 3 vorgesehen, der zwei antiparallel geschaltete Thyristoren 5, 6 aufweist. Parallel zu diesen Thyristoren 5, 6 liegt eine aus einem Widerstand 7 und einem Kondensator 8 bestehende Reihenschaltung. Die Steuerung der Thyristoren 5, 6 erfolgt aus einer Steuerschaltung 9, die mit einer Bus-Schaltung 10 verknüpft ist, welche ihrerseits mit nicht dargestellten Aktoren und Sensoren in Verbindung steht oder diese enthält. Bus-Schaltungen als solche sind bereits bekannt (vgl. DE-OS 40 26 533, Interbus-S = Feldbus für Aktoren und Senso­ ren der Fa. Phönix in Blomberg). Über serielle Schnittstellen, 11, 12 werden Protokolle ausgetauscht, um einen Datentransfer von und zu den Aktoren und Sensoren zu der Bus- Schaltung 10 zu realisieren. Es erfolgt somit ein Datentransfer von und zu den Feldgeräten wie Thyristorstellern, Gleichstrom-Antrieben, Verteil-Steuerungen etc. Die Steuerschal­ tung 9 steuert in Abhängigkeit von den Bediener-Eingaben und den Prozeßparametern ein Verfahren, indem z. B. Pumpen angefahren, Ventile geöffnet und Sollwerte für Thyristor­ steller vorgegeben werden.
Die Steuerschaltung 9 wird mit einem Ist-Stromsignal Iist beaufschlagt, das über einen Stromwandler 13 von der Stromzuführungsleitung 14 abgegriffen wird. Die momentan am Schiffchen 4 anliegende Spannung wird der Steuerschaltung 9 über Leitungen 15, 16 zuge­ führt, die über Schalter 17, 18 mit dem Trennblock 2 in Verbindung stehen. Der Transfor­ mator zwischen Schiffchen 4 und Stellern 5, 6 ist der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
Somit erhält die Steuerschaltung 9 Informationen über die Ist-Spannung und den Ist-Strom am Schiffchen 4, wodurch sie in die Lage versetzt wird, die Thyristoren 5, 6 so anzu­ steuern, daß die Ist-Werte gleich den Soll-Werten sind.
Die Temperatur des Schiffchens 4 wird durch einen Sensor 19 überwacht, der dann, wenn eine Übertemperatur auftritt, einen Schalter 20 in einem Stromkreis öffnet oder schließt und hierdurch ein entsprechendes Signal in die Steuerschaltung 9 gibt.
Die Ist-Spannung, die zwischen den Leitungen 21, 22 anliegt, kann mittels eines Schützes 23, der drei Schließkontakte 24, 25, 26 aufweist, auch noch auf die Leitung 27 gegeben werden.
Zwischen der Steuerschaltung 9 und der Bus-Schaltung 10 findet über Elemente 28, 29 ein Datenaustausch statt.
Mit 32, 33 sind Steckeranschlüsse bezeichnet, und 31, 38 bezeichnen einen Steuerkreis für ein Hauptschütz. Die Anschlüsse der Steuerschaltung 9 sind im einzelnen mit a bis r bezeichnet.
In der Fig. 2 ist die Steuerschaltung 9 näher dargestellt. Man erkennt hierbei, daß die Steu­ erschaltung 9 einen Regler 50, einen Leistungsteil 60 und eine Fehlererfassung 70 enthält. Die Anschlüsse a-p der Steuerschaltung 9 sind ebenfalls zu erkennen. An den Anschlüs­ sen g-h liegt ein Spannungssignal an, während an den Anschlüssen e-f ein Stromistwert anliegt.
Bei dem Bus 10 handelt es sich um eine integrierte Schaltung, die auf dem Markt erhält­ lich ist (s. o.), so daß auf ihre Beschreibung verzichtet wird.

Claims (13)

1. Thyristor-Steuereinheit für die Ansteuerung der Steuerelektroden von Thyristoren, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9) mit einem Feldbus (10) verbunden ist.
2. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldbus (10) einen Eingang (32) und einen Ausgang (33) aufweist, über die Daten (11, 12) über­ tragen werden.
3. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldbus (10) mit Aktoren und/oder Sensoren verbunden ist oder diese selbst aufweist.
4. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Steuereinheit (9) und Feldbus (10) Sollwerte, Istwerte, Schaltzustände, Fehlermeldungen und dergleichen ausgetauscht werden.
5. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein­ heit (9) einen Prozeß in Abhängigkeit von Bedienereingaben steuert.
6. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangs­ spannung der Thyristoren (5, 6) einem Tiegel (4) zugeführt wird, in dem ein Metall geschmolzen und/oder verdampft wird, wobei die dem Tiegel (4) zugeführte Leistung über Thyristoren (6, 7) regelbar ist.
7. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (4) ein Widerstandsverdampfer ist.
8. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Thyristoren (5, 6) und dem Tiegel (4) ein Transformator vorgesehen ist.
9. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegel (4) ein Widerstands-Schiffchen ist.
10. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tiegel (4) Aluminium-Draht verdampft wird.
11. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die am Widerstandsverdampfer (4) eingestellte Spannung bei vorgegebenem Widerstand einen Strom erzeugt, der zu einer für das zu verdampfende Metall erforderlichen Verdampfer­ leistung führt.
12. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristor- Steuerung (9) eine Einphasen-Thyristor-Steuerung ist.
13. Thyristor-Steuereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thyristo­ ren (6, 7) antiparallel geschaltet sind.
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