EP3183808A1 - Elektrische anordnung und verfahren zum erzeugen eines gleichstromes - Google Patents

Elektrische anordnung und verfahren zum erzeugen eines gleichstromes

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EP3183808A1
EP3183808A1 EP14781101.2A EP14781101A EP3183808A1 EP 3183808 A1 EP3183808 A1 EP 3183808A1 EP 14781101 A EP14781101 A EP 14781101A EP 3183808 A1 EP3183808 A1 EP 3183808A1
Authority
EP
European Patent Office
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rectifier
module
modules
output
arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14781101.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Pieschel
Wolfgang HÖRGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3183808A1 publication Critical patent/EP3183808A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
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    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • 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
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    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/0074—Plural converter units whose inputs are connected in series

Definitions

  • the invention relates to an arrangement with at least one input AC voltage terminal to which an alternating current can be fed, and at least two output terminals and to a method for generating DC current.
  • a corresponding arrangement is described in international patent application WO 2012 / 152619A2.
  • the previously known arrangement is an inverter arrangement which comprises at least one series connection with at least two submodules connected in series.
  • the submodules of the series circuit each have at least one converter module, an inverter module and a transformer module.
  • the prior art inverter arrangement operates as one type
  • Energy distribution system and is used to distribute electrical
  • the submodules of the previously known Umrichteranan be spatially distributed for this purpose, for example, over an entire urban area; they form local extraction and / or feed points of the power distribution system for the removal and / or feeding of electrical energy.
  • the terminals for feeding in and for removing the electrical energy are formed by the transformer modules of the sub-modules.
  • the invention has for its object to provide an arrangement for DC generation, which is particularly well suited for supplying high-power consumers, such as electric arc furnaces.
  • Embodiments of the arrangement according to the invention are specified in subclaims. Accordingly, the invention provides that the arrangement is ei ⁇ ne rectifier arrangement and the output terminals from ⁇ gear DC terminals form the rectifier arrangement, in which direct current can be taken out, the partial module of the series circuit each further comprise a rectifier module, and the outputs of the rectifier modules are connected in parallel and form the Trusteriesan ⁇ circuits of the rectifier arrangement.
  • a significant advantage of the rectifier arrangement according to the invention is to be seen in the fact that these due to the
  • Modularity or ⁇ is due to the modular design with regard to the achievable electrical power output any ska captively, it only needs the number of which is switched in series part modules are adapted to provide the required glossab ⁇ handover.
  • the DC ⁇ rectifier arrangement is multiphase and a plurality, at least two, has, on the AC input voltage terminals, to each of which a phase current of a polyphase alternating-current input current can be fed, wherein the rectifier ⁇ arrangement per phase in each case at least one series circuit comprising at least comprising two series-connected sub-modules, wherein the sub-modules of the series circuits each comprise at least one converter module, an inverter module, a transformer module and a rectifier module and wherein the outputs of the rectifier modules of each of the series ⁇ circuits are connected in parallel and the output DC voltage terminals of the rectifier arrangement form .
  • the rectifier arrangement is three-phase.
  • the three input AC voltage terminals of the rectifier arrangement preferably form electrically a delta connection or a star connection.
  • the rectifier arrangement is three-phase and form six series circuits each having at least two series-connected sub-modules, a three ⁇ phase bridge circuit.
  • At least one of the rectifier modules in particular ⁇ all rectifier modules, has a bridge circuit formed by four diodes.
  • a fifth diode having to be of the bridge circuit in parallel maral ⁇ tet.
  • the fifth diode is preferably a Schottky diode or a silicon carbide diode.
  • Rectifier modules and be connected to the diodes of the respective rectifier ⁇ richtermoduls an inductance.
  • the inverter modules it is considered advantageous if at least one of the inverter modules, preferably all inverter modules, each having a series formed by at least two capacitors ⁇ circuit and a parallel connected and formed by at least two switching elements connected in series series connection. More preferably, the electrical connection between the middle two capacitors forms one of the output terminals of the inverter module and the electric center connection between the two switching elements to another of the output terminals of the Kirrichtermo ⁇ duls.
  • the converter modules each have four interconnected in an H-bridge circuit switching elements.
  • the inverter modules it is considered advantageous if at least one of the inverter modules, preferably all inverter modules, is connected to a drive circuit driving the inverter modules, which is configured such that the output voltage formed at output AC voltage terminals has a different frequency than the one input voltage applied to the input ac voltage terminals.
  • the frequency of the output voltage formed at the output AC voltage terminals is higher than the frequency of the input voltage applied to the input AC voltage terminals.
  • the frequency of the output voltage formed at the AC output voltage terminals is in the range between 200 and 500 Hz.
  • the drive circuit is preferably configured such that it makes the actuation of the inverter modules zeitver ⁇ sets. Time skewing can minimize current distortions on the rectifier side or current fluctuations in the generated direct current.
  • the transformer module (s) it is considered to be advantageous if its transmission ratio is less than 1 or if the transformer modules cause a voltage reduction.
  • the above-mentioned switching elements are preferably formed by semi-conductor switches ⁇ (z. B. IGBT semiconductor switch, GTO semiconductor switch or MOSFET semiconductor switch).
  • the invention also relates to an arrangement with a rectifier arrangement.
  • the rectifier arrangement as described above, that the present invention is designed and an electric arc furnace to the output DC voltage connections of Gleichrichteran- Order is connected.
  • the power output can be achieved by selecting the number of sub-modules specifically set (dentssskalie ⁇ tion by selecting the number of sub-modules).
  • the invention furthermore relates to a method for generating at least one output direct current with a rectifier arrangement, which is equipped with at least one input alternating voltage connection, to which an alternating current can be fed, and two output direct voltage connections, from which direct current can be taken.
  • the rectifier arrangement comprises at least one series circuit comprising at least two series-connected Operamodu ⁇ len, each comprising at least an inverter module, an inverter module, a transformer module and a DC ⁇ converter module, and the output direct current by summing the output at the outputs of the rectifier modules economically satisfy ⁇ surrounded rectifier module currents is formed.
  • the inverter modules are operated unidirectionally.
  • the control of the inverter modules is preferably carried out with a time delay. Due to a time offset, current distortions on the rectifier side or current fluctuations in the generated direct current can be minimized.
  • the output voltage of a bridge circuit of the respective rectifier module formed by four diodes is preferably smoothed with a fifth diode. Additionally or alternatively, is carried out in an advantageous manner a smoothing of the output voltage of the inverter modules in each case by means of an inductance which is connected between one of the terminals of the respective gear ⁇ from the rectifier module and the diodes of each rectifier module.
  • the voltage is reduced in the direction of the respective output AC voltage terminals of the respective transformer module with the transformer modules.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a rectifier device which can be used in the rectifier arrangement according to FIG. 1 and has a delta connection
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a series circuit having a number of submodules, which can be used in the rectifier device according to FIG. 2, an exemplary embodiment of a submodule that can be used in the series circuit according to FIG. 3, an exemplary embodiment of an inverter module that is used in the FIG Submodule according to Figure 4 can be used, a further embodiment of an inverter module, which can be used in the sub-module of Figure 4, 7 shows an exemplary embodiment of an inverter module which can be used in the submodule according to FIG. 4, FIG.
  • FIG 8 shows a further embodiment for a change ⁇ inverter module which can be used in the sub-module of FIG 4,
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a rectifier module which can be used in the submodule according to FIG. 4,
  • Figure 10 includes an exemplary embodiment of a rectifier device that can be used in the rectifier arrangement according to Figure 1 and a star scarf ⁇ tung,
  • Figure 11 includes an exemplary embodiment of a rectifier device that can be used in the rectifier arrangement according to Figure 1 and a bridge circuit, being connected to the rectifier means comprises two electric loads
  • Figure 12 shows an embodiment of a single-phase DC ⁇ converter means operating at a single-phase
  • Rectifier arrangement can be used
  • FIG. 13 shows an exemplary embodiment of a rectifier device which has a delta connection and to which a plurality of loads are connected
  • FIG. 14 shows an embodiment of a rectifier device having a star connection and to which a plurality of loads are connected.
  • FIG. 1 shows a rectifier arrangement 10, which has a
  • Rectifier device 20 a drive circuit 30, a current sensor 40 and a voltage sensor 50 on the input side of the rectifier assembly 10 and a current sensor 60 and a voltage sensor 70 on the output side of the rectifier assembly 10 includes.
  • the rectifying device 20 has three machiness facials- pannungsan say E20a, E20b and E20c, which are connected to an electrical line dreipha ⁇ SiGe 80th About the three-phase line 80. 20 is the rectifier device with a connecting bar 90 and an only schematically indicated ⁇ energy distribution system 100 in conjunction.
  • the rectifier means 20 On the output side, the rectifier means 20 output two DC voltage terminals A20a and A20b, via which the rectifier means 20 the output side to a elekt ⁇ generic DC current line 110 and on this a
  • DC load 120 is integrally Schlos ⁇ sen in the form of an arc furnace.
  • the rectifier arrangement 10 according to FIG. 1 can be operated, for example, as follows:
  • the drive circuit 30 measures by means of the current sensor 40 the three-phase input alternating current Ie flowing into the rectifier device 20 on the input side and with the voltage sensor 50 the three-phase input voltage applied to the rectifier device 20. In addition, it measures by means of the current sensor 60 and the voltage sensor 70 to output from the rectifying means 20 output DC current Ia and the output side gear emitted from ⁇ DC voltage. With the aid of the measured values, the drive circuit 30 determines an optimal control of the rectifier device 20 such that the DC output current Ia is optimally designed for the operation of the DC load 120.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a DC ⁇ rectifier means 20, which may be used in the rectifier arrangement 10 according to FIG. 1 It can be seen the three input AC voltage terminals E20a, E20b and E20c, which are connected to the three-phase line 80 of Figure 1.
  • the three phases of the three-phase line 80 are indicated in FIG. 2 by the reference symbols LI, L2 and L3.
  • the rectifier device 20 has three comparable turned in a triangle series circuits 200 whose maral ⁇ tete in series components are not shown in detail for reasons of clarity in FIG. 2
  • the three boarded ⁇ th in the triangle series circuits 200 or the delta connection formed by the series circuits 200 is connected across the output DC voltage terminals A20a and A20b of the rectifying means ⁇ direction 20 to an external electrical load, for example, the DC load 120 according to Figure 1.
  • the output terminals 200a and 200b of the series circuits 200 are connected in parallel for this purpose.
  • an individual DC load 120 may be connected to each of the series circuits 200 (see Figure 13).
  • the output terminals 200 constitute 200a and 200b of each series circuit in each case two series circuit connections individual administratticiansan ⁇ A20a and A20b of the rectifying device 20th
  • FIG. 3 shows an embodiment for a series ⁇ circuit 200 that may be used in the rectifier device 20 according to FIG. 2
  • the series circuit 200 according to FIG. 3 has a current sensor 210 which is preferably connected to the drive circuit 30 according to FIG. 1, a plurality of submodules 220 and an inductance 230. Of the Current sensor 210, sub-modules 220 and inductor 230 are electrically connected in series. The series connection of the sub-modules 220 takes place via their input terminals E220a and E220b.
  • Each of the sub-modules 220 has two output terminals A220a and A220b.
  • the output terminals A220a and A220b of the sub-modules 220 are connected in parallel and form the two output terminals 200a and 200b, which - as shown in FIG. 2 - each form one of the DC output voltage terminals A20a or A20b of the rectifier device 20 according to FIG. 2 or FIG.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a submodule 220 that can be used in the series circuit 200 according to FIG.
  • the supply module 220 includes a converter module 221, an inverter module 222, a transformer module 223 as well as a rectifier module 224.
  • the inverter 221, the inverter module 222, the transformer module 223, and the rectifier module 224 are cascaded behind one another arranged ⁇ .
  • FIG. 4 forms the inputs E220a and E220b of the submodule 220, which are upstream and downstream of the converter modules 221 in order to form the series connection of the submodules 220 (see FIG Submodules 220 are connected in series (see Figure 3).
  • the outputs 224a and 224b of the rectifier modules 224 are connected in parallel on the output side in the submodules 220 of the series circuit 200 according to FIG. 3 in order to form the output terminals 200a and 200b according to FIG.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an inverter module 221 that can be used in the submodule 220 according to FIG.
  • the inverter module 221 includes two switching elements Sl and S2, to each of which a diode is connected in paral lel ⁇ .
  • the switching elements Sl and S2 may be, for example, semiconductor switches, for. In the form of transistors.
  • the outputs of the converter module 221 are identified in FIGS. 4 and 5 by the reference symbols A221a and A221b and are connected to the inputs E222a and E222b of the downstream inverter module 222.
  • Inverter module 221 is preferably carried out by the drive circuit 30 according to FIG. 1 as a function of the current and voltage values which the two current sensors 40 and 60, the two voltage sensors 50 and 70 and the current sensors 210 of the series circuits 200 transmit to the drive circuit 30.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an inverter module 221 that can be used in the submodule 220 according to FIG.
  • the converter module 221 comprises four switching elements Sl, S2, S3 and S4, to each of which a diode is connected in parallel.
  • the four switching elements S1 to S4 are connected in the form of an H-bridge circuit and are preferably driven by the drive circuit 30 according to FIG. 1 as a function of the current and voltage values which are measured by the two current sensors 40 and 60, the two voltage sensors 50 and 70 and the current sensors 210 of the series circuits 200.
  • Inverter module 221 are marked with the reference numbers Be ⁇ A221a and A221b and connected to the Eingän ⁇ ge E222a and E222b of the downstream inverter module 222 shown in Figures 4 and 6.
  • FIG. 1
  • FIG. 7 shows an embodiment for a change ⁇ converter module 222, wherein the supply module 220 in accordance with Figure 4 can be used.
  • the inverter module 222 according Fi gur ⁇ 7 has four switching elements S5, S6, S7 and S8, to de ⁇ NEN each case a diode is connected in parallel.
  • the four switching elements S5, S6, S7 and S8 are connected in the form of an H-bridge circuit whose outputs form the outputs A222a and A222b of the inverter module 222.
  • a capacitor C Connected in parallel with the H-bridge circuit is a capacitor C, which forms the input terminals E222a and E222b of the inverter module 222 connected to the upstream converter module 221 (see FIG.
  • the output terminals A222a and A222b of the Kirrichtermo ⁇ duls 222 are connected to the input terminals and E223a E223b of the downstream transformer module 223 (see FIG. 4), ⁇ closed.
  • the control of the four switching elements S5, S6, S7 and S8 he ⁇ preferably follows by the drive circuit 30 according to Figure 1 as a function of the measured values, of the two
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of a
  • Inverter module 222 which can be used in the sub-module 220 according to Fi ⁇ gur 4.
  • the inverter module 222 has two series-connected switching elements S5 and S6, to each of which a diode is connected in parallel, and two series-connected capacitors Cl and C2.
  • the center terminal Ml between the two maral ⁇ ended in series capacitors Cl and C2 forms one of the two output terminals A222a of the inverter module 222.
  • the center terminal M2 between the two series-connected switching elements S5 and S6 constituting the other of the two output terminals A222b of the inverter module 222nd The actuation of the two switching elements S5 and S6 is preferably carried out by the drive circuit 30 according to FIG. 1 as a function of the measured values supplied by the two current sensors 40 and 60, the two voltage sensors 50 and 70 and the current sensors 210 of the series circuits 200.
  • the inverter module enables 222 of Figure 7 - due to the two further switching elements - a bidirectional power flow both from left to right and from right to left in the figure 7.
  • the rectifier module 224 includes an H-bridge circuit formed by four diodes D1 to D4
  • the fifth diode D5 is preferably a particularly fast switching diode, more preferably a Schottky diode or a silicon carbide diode.
  • FIG. 10 shows a further exemplary embodiment of a rectifier device 20 which can be used in the rectifier arrangement 10 according to FIG.
  • the series Circuits 200 of the rectifier device 20 is not connected in a triangle, but star-shaped to form a star connection.
  • the star point formed by the interconnection is identified in FIG. 10 by the reference symbol ST.
  • a return conductor N for example the return conductor of the three-phase line 80 according to FIG. 1, can be connected to the star point ST.
  • the three star-connected series circuits 200 or the star circuit formed by the series circuits 200 is connected via the DC output voltage terminals A20a and A20b of the rectifier device 20 to an external electrical load, for example the DC load 120 according to FIG.
  • the output terminals 200a and 200b of the series circuits 200 are connected in parallel for this purpose.
  • an individual DC load 120 may be connected to each of the series circuits 200 (see Figure 14).
  • the output form terminals 200a and 200b of each series circuit 200 in each case two series circuit connections individual administratticiansan ⁇ A20a and A20b of the rectifying device 20th
  • the structure of the series circuits 200 is not shown in detail in FIGS. 10 and 14 for reasons of clarity.
  • the series circuits 200 for example, the number scarf ⁇ obligations 200 of the rectifying device 20 correspond of Figure 2 or be constructed so as has been exemplified in connection with Figures 3 to 9 in detail above.
  • the above explanations thus apply correspondingly.
  • FIG. 11 shows an exemplary embodiment of a rectifier means 20, in which series circuits 200, each comprising at least two series-connected and have for reasons of clarity in the figure, part of modules, not shown, 11 ⁇ , form a bridge circuit 400th
  • the outputs 401 and 402 of the bridge circuit 400 form output DC voltage terminals of the rectifier device 20, to which electrical loads, such as the DC load 120 and the electric arc furnace according to FIG. 1, can be connected.
  • the outputs 401 and 402 of bridge circuit 400 are also connected in parallel and jointly ge ⁇ the DC output voltage terminals A20a and A20b (see FIG. 1) of the rectifying device 20 form.
  • the structure of the series circuits 200 of the rectifier device 20 may, for example, the structure of the series scarf ⁇ lines 200 correspond, as they have been explained in detail in connection with Figures 2 to 9 above.
  • 12 shows an embodiment for a einphasi ⁇ ge rectifier means 20 connected in a series circuit with a plurality of in series and included in the Figure 12 for reasons of clarity not shown part modules.
  • the output terminals of the sub-modules of the switching in series 200 are connected in parallel and form ⁇ gear dc terminals A20a and A20b of the rectifying ⁇ ter worn 20 to which a DC load 120 is closed can be ⁇ .
  • the series circuit 200 of the rectifier arrangement 20 according to FIG. 12 may correspond in structure to the series circuits 200, as have been explained in detail in connection with FIGS. 2 to 9 above.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf eine Anordnung mit zumindest einem Eingangswechselspannungsanschluss (E20a, E20b, E20c), an dem ein Wechselstrom eingespeist werden kann, und zumindest zwei Ausgangsanschlüssen, wobei die Anordnung (10) zumindest eine Reihenschaltung (200) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (220) umfasst und wobei die Teilmodule (220) der Reihenschaltung (200) jeweils mindestens ein Umrichtermodul (221), ein Wechselrichtermodul (222) und ein Transformatormodul (223) umfassen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anordnung eine Gleichrichteranordnung (10) ist und die Ausgangsanschlüsse Ausgangsgleichspannungsanschlüsse (A20a, A20b) der Gleichrichteranordnung (10) bilden, an denen Gleichstrom entnommen werden kann, die Teilmodule (220) der Reihenschaltung (200) jeweils zusätzlich ein Gleichrichtermodul (224) umfassen, und die Ausgänge der Gleichrichtermodule (224) parallel geschaltet sind und die Ausgangsgleichspannungsanschlüsse (A20a, A20b) der Gleichrichteranordnung (10) bilden.

Description

Beschreibung
Elektrische Anordnung und Verfahren zum Erzeugen eines
Gleichstromes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit zumindest einem Eingangswechselspannungsanschluss , an dem ein Wechsel¬ strom eingespeist werden kann, und zumindest zwei Ausgangsan¬ schlüssen sowie auf ein Verfahren zum Erzeugen von Gleich- ström.
Eine entsprechende Anordnung ist in der internationalen Patentanmeldung WO 2012/152619A2 beschrieben. Bei der vorbekannten Anordnung handelt es sich um eine Umrichteranordnung, die zumindest eine Reihenschaltung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen umfasst. Die Teilmodule der Reihenschaltung weisen jeweils mindestens ein Umrichtermodul, ein Wechselrichtermodul und ein Transformatormodul auf. Die vorbekannte Umrichteranordnung arbeitet als eine Art
Energieverteilanlage und dient zum Verteilen elektrischer
Energie. Die Teilmodule der vorbekannten Umrichterananordnung werden zu diesem Zweck räumlich verteilt, beispielsweise über ein ganzes Stadtgebiet; sie bilden lokale Entnahme- und/oder Einspeisestellen der Energieverteilanlage zur Entnahme und/oder zur Einspeisung elektrischer Energie. Die Anschlüsse zum Einspeisen und zur Entnahme der elektrischen Energie werden durch die Transformatormodule der Teilmodule gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Gleichstromerzeugung anzugeben, die zur Versorgung leistungsstarker Verbraucher, wie beispielsweise Lichtbogenöfen, besonders gut geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in Unteransprüchen angegeben. Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Anordnung ei¬ ne Gleichrichteranordnung ist und die Ausgangsanschlüsse Aus¬ gangsgleichspannungsanschlüsse der Gleichrichteranordnung bilden, an denen Gleichstrom entnommen werden kann, die Teil- module der Reihenschaltung jeweils zusätzlich ein Gleichrichtermodul umfassen, und die Ausgänge der Gleichrichtermodule parallel geschaltet sind und die Ausgangsgleichspannungsan¬ schlüsse der Gleichrichteranordnung bilden. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung ist darin zu sehen, dass diese aufgrund der
Modularität bzw. aufgrund des modularen Aufbaus hinsichtlich der erreichbaren elektrischen Leistungsabgabe beliebig ska¬ lierbar ist, es muss lediglich die Anzahl der in Reihe ge- schalteten Teilmodule an die jeweils geforderte Leistungsab¬ gabe angepasst werden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Gleich¬ richteranordnung mehrphasig ist und eine Mehrzahl, zumindest zwei, an Eingangswechselspannungsanschlüssen aufweist, an denen jeweils ein Phasenstrom eines mehrphasigen Eingangswechselstromes eingespeist werden kann, wobei die Gleichrichter¬ anordnung pro Phase jeweils zumindest eine Reihenschaltung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen um- fasst, wobei die Teilmodule der Reihenschaltungen jeweils mindestens ein Umrichtermodul, ein Wechselrichtermodul, ein Transformatormodul und ein Gleichrichtermodul umfassen und wobei die Ausgänge der Gleichrichtermodule jeder der Reihen¬ schaltungen jeweils parallel geschaltet sind und die Aus- gangsgleichspannungsanschlüsse der Gleichrichteranordnung bilden .
Vorzugsweise ist die Gleichrichteranordnung dreiphasig. Die drei Eingangswechselspannungsanschlüsse der Gleichrichteran- Ordnung bilden bevorzugt elektrisch eine Dreieckschaltung oder eine Sternschaltung. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Gleichrichteranordnung dreiphasig ist und sechs Reihenschaltungen mit jeweils mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen eine drei¬ phasige Brückenschaltung bilden.
Bezüglich des Aufbaus der Teilmodule wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest eines der Gleichrichtermodule, ins¬ besondere alle Gleichrichtermodule, eine durch vier Dioden gebildete Brückenschaltung aufweist.
Mit Blick auf eine Reduktion bzw. Unterdrückung von Oberschwingungen bzw. zur Glättung des Gleichsstromes wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest eines der Gleichrichtermodule, insbesondere alle Gleichrichtermodule, eine fünfte Diode aufweist, die zu der Brückeschaltung parallel geschal¬ tet ist. Bei der fünften Diode handelt es sich vorzugsweise um eine Schottky-Diode oder eine Siliziumcarbid-Diode .
Alternativ oder zusätzlich kann zur Glättung des Gleichstro- mes zwischen mindestens einem der Ausgangsanschlüsse zumin¬ dest eines der Gleichrichtermodule, insbesondere aller
Gleichrichtermodule, und den Dioden des jeweiligen Gleich¬ richtermoduls eine Induktivität geschaltet sein. Bezüglich des Aufbaus der Wechselrichtermodule wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest eines der Wechselrichtermodule, vorzugsweise alle Wechselrichtermodule, jeweils eine durch mindestens zwei Kondensatoren gebildete Reihen¬ schaltung sowie eine dazu parallel geschaltete und durch min- destens zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente gebildete Reihenschaltung aufweist. Besonders bevorzugt bildet der elektrische Mittenanschluss zwischen den zwei Kondensatoren einen der Ausgangsanschlüsse des Wechselrichtermoduls und der elektrische Mittenanschluss zwischen den zwei Schaltelementen einen anderen der Ausgangsanschlüsse des Wechselrichtermo¬ duls . Alternativ können die Umrichtermodule jeweils vier in einer H-Brückenschaltung verschaltete Schaltelemente aufweisen.
Bezüglich des Aufbaus der Wechselrichtermodule wird es als vorteilhaft angesehen, wenn zumindest eines der Wechselrichtermodule, vorzugsweise alle Wechselrichtermodule, mit einer die Wechselrichtermodule ansteuernden Ansteuerschaltung in Verbindung steht, die derart ausgestaltet ist, dass die an Ausgangswechselspannungsanschlüssen gebildete Ausgangsspan- nung eine andere Frequenz aufweist als die an den Eingangs- wechselspannungsanschlüssen anliegenden Eingangsspannung. Vorzugsweise ist die Frequenz der an den Ausgangswechselspan- nungsanschlüssen gebildeten Ausgangsspannung höher als die Frequenz der an den Eingangswechselspannungsanschlüssen an- liegenden Eingangsspannung. Bevorzugt liegt die Frequenz der an den Ausgangswechselspannungsanschlüssen gebildeten Ausgangsspannung im Bereich zwischen 200 und 500 Hz.
Die Ansteuerschaltung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie die Ansteuerung der Wechselrichtermodule zeitver¬ setzt vornimmt. Durch einen Zeitversatz lassen sich Stromverzerrungen auf der Gleichrichterseite bzw. Stromschwankungen in dem erzeugten Gleichstrom minimieren. Bezüglich des oder der Transformatormodule wird es als vor¬ teilhaft angesehen, wenn deren Übersetzungsverhältnis kleiner als 1 ist bzw. wenn die Transformatormodule eine Spannungs¬ herabsetzung bewirken. Die erwähnten Schaltelemente werden vorzugsweise durch Halb¬ leiterschalter (z. B. IGBT-Halbleiterschalter, GTO-Halblei- terschalter oder MOSFET-Halbleiterschalter) gebildet.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Anordnung mit einer Gleichrichteranordnung. Erfindungsgemäß ist vorge¬ sehen, dass die Gleichrichteranordnung wie oben beschrieben, also erfindungsgemäß, ausgestaltet ist und ein Lichtbogenofen an die Ausgangsgleichspannungsanschlüsse der Gleichrichteran- Ordnung angeschlossen ist. Bei der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung lässt sich durch Wahl der Anzahl der Teilmodule die Leistungsabgabe gezielt einstellen (Leistungsskalie¬ rung durch Wahl der Anzahl der Teilmodule) .
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Erzeugen zumindest eines Ausgangsgleichstromes mit einer Gleichrichteranordnung, die mit zumindest einem Eingangswech- selspannungsanschluss , an dem ein Wechselstrom eingespeist werden kann, und zwei Ausgangsgleichspannungsanschlüssen, an denen Gleichstrom entnommen werden kann, ausgestattet ist.
Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorge¬ sehen, dass die Gleichrichteranordnung zumindest eine Reihenschaltung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodu¬ len umfasst, die jeweils mindestens ein Umrichtermodul, ein Wechselrichtermodul, ein Transformatormodul und ein Gleich¬ richtermodul umfassen, und der Ausgangsgleichstrom durch Addition der an den Ausgängen der Gleichrichtermodule ausgege¬ benen Gleichrichtermodulströme gebildet wird.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.
Vorzugsweise werden die Wechselrichtermodule unidirektional betrieben .
Die Ansteuerung der Wechselrichtermodule erfolgt vorzugsweise zeitversetzt. Durch einen Zeitversatz lassen sich Stromver- zerrungen auf der Gleichrichterseite bzw. Stromschwankungen in dem erzeugten Gleichstrom minimieren.
In den Gleichrichtermodulen wird vorzugsweise mit einer fünf- ten Diode jeweils die Ausgangsspannung einer durch vier Dio- den gebildeten Brückenschaltung des jeweiligen Gleichrichter- moduls geglättet. Zusätzlich oder alternativ erfolgt in vorteilhafter Weise eine Glättung der Ausgangsspannung der Gleichrichtermodule jeweils mittels einer Induktivität, die zwischen einen der Aus¬ gangsanschlüsse des jeweiligen Gleichrichtermoduls und den Dioden des jeweiligen Gleichrichtermoduls geschaltet ist.
Vorzugsweise wird mit den Transformatormodulen die Spannung in Richtung der jeweiligen Ausgangswechselspannungsanschlüsse des jeweiligen Transformatormoduls herabgesetzt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Gleichrichteranordnung, an die eine elektrische
Last angeschlossen ist,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichtereinrichtung, die bei der Gleichrichteranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann und eine Dreieckschaltung aufweist,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für eine mehrere Teilmodule aufweisende Reihenschaltung, die bei der Gleich- richtereinrichtung gemäß Figur 2 eingesetzt werden kann, ein Ausführungsbeispiel für ein Teilmodul, das bei der Reihenschaltung gemäß Figur 3 eingesetzt werden kann, ein Ausführungsbeispiel für ein Umrichtermodul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann, ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Umrichtermodul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann, Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für ein Wechselrichtermo¬ dul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann,
Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Wechsel¬ richtermodul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann,
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel für ein Gleichrichtermodul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 eingesetzt wer¬ den kann,
Figur 10 ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichtereinrichtung, die bei der Gleichrichteranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann und eine Sternschal¬ tung aufweist,
Figur 11 ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichtereinrichtung, die bei der Gleichrichteranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann und eine Brückenschaltung aufweist, wobei an die Gleichrichtereinrichtung zwei elektrische Lasten angeschlossen sind, Figur 12 ein Ausführungsbeispiel für eine einphasige Gleich¬ richtereinrichtung, die bei einer einphasigen
Gleichrichteranordnung eingesetzt werden kann,
Figur 13 ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichterein- richtung, die eine Dreieckschaltung aufweist und an die mehrere Lasten angeschlossen sind, und
Figur 14 ein Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichtereinrichtung, die eine Sternschaltung aufweist und an die mehrere Lasten angeschlossen sind. In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet . Die Figur 1 zeigt eine Gleichrichteranordnung 10, die eine
Gleichrichtereinrichtung 20, eine Ansteuerschaltung 30, einen Stromsensor 40 sowie einen Spannungssensor 50 auf der Eingangsseite der Gleichrichteranordnung 10 und einen Stromsensor 60 sowie einen Spannungssensor 70 auf der Ausgangsseite der Gleichrichteranordnung 10 umfasst.
Die Gleichrichtereinrichtung 20 weist drei Eingangswechsels- pannungsanschlüsse E20a, E20b und E20c, die an eine dreipha¬ sige elektrische Leitung 80 angeschlossen sind. Über die dreiphasige Leitung 80 steht die Gleichrichtereinrichtung 20 mit einer Anschlussschiene 90 und einem nur schematisch ange¬ deuteten Energieverteilnetz 100 in Verbindung.
Ausgangsseitig weist die Gleichrichtereinrichtung 20 zwei Ausgangsgleichspannungsanschlüsse A20a und A20b auf, über die die Gleichrichtereinrichtung 20 ausgangsseitig an eine elekt¬ rische Gleichstromleitung 110 sowie über diese an eine
Gleichstromlast 120 in Form eines Lichtbogenofens angeschlos¬ sen ist.
Die Gleichrichteranordnung 10 gemäß Figur 1 kann beispielsweise wie folgt betrieben werden:
Die Ansteuerschaltung 30 misst mittels des Stromsensors 40 den eingangsseitig in die Gleichrichtereinrichtung 20 hineinfließenden dreiphasigen Eingangswechselstrom Ie und mit dem Spannungssensor 50 die an der Gleichrichtereinrichtung 20 anliegende dreiphasige Eingangsspannung. Darüber hinaus misst sie mittels des Stromsensors 60 und des Spannungssensors 70 den von der Gleichrichtereinrichtung 20 ausgegebenen Ausgangsgleichstrom Ia sowie die ausgangsseitig abgegebene Aus¬ gangsgleichspannung . Mit Hilfe der Messwerte ermittelt die Ansteuerschaltung 30 eine optimale Ansteuerung der Gleichrichtereinrichtung 20 derart, dass der Ausgangsgleichstrom Ia für den Betrieb der Gleichstromlast 120 optimal ausgestaltet ist.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Gleich¬ richtereinrichtung 20, die bei der Gleichrichteranordnung 10 gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann. Man erkennt die drei Eingangswechselspannungsanschlüsse E20a, E20b und E20c, die an die dreiphasige Leitung 80 gemäß Figur 1 angeschlossen sind. Die drei Phasen der dreiphasigen Leitung 80 sind in der Figur 2 mit dem Bezugszeichen LI, L2 und L3 gekennzeichnet.
Die Gleichrichtereinrichtung 20 weist drei im Dreieck ver- schaltete Reihenschaltungen 200 auf, deren in Reihe geschal¬ tete Komponenten aus Gründen der Übersicht in der Figur 2 nicht näher dargestellt sind. Die drei im Dreieck verschalte¬ ten Reihenschaltungen 200 bzw. die durch die Reihenschaltungen 200 gebildete Dreieckschaltung ist über die Ausgangs- gleichspannungsanschlüsse A20a und A20b der Gleichrichterein¬ richtung 20 an eine äußere elektrische Last, beispielsweise die Gleichstromlast 120 gemäß Figur 1, angeschlossen. Die Ausgangsanschlüsse 200a und 200b der Reihenschaltungen 200 sind zu diesem Zwecke parallel geschaltet.
Alternativ kann an jeder der Reihenschaltungen 200 jeweils eine individuelle Gleichstromlast 120 angeschlossen werden (vgl. Figur 13) . In einem solchen Falle bilden die Ausgangsanschlüsse 200a und 200b jeder Reihenschaltung 200 jeweils zwei reihenschaltungsindividuelle Ausgangsgleichspannungsan¬ schlüsse A20a und A20b der Gleichrichtereinrichtung 20.
Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Reihen¬ schaltung 200, die bei der Gleichrichtereinrichtung 20 gemäß Figur 2 eingesetzt werden kann. Die Reihenschaltung 200 gemäß Figur 3 weist einen vorzugsweise an die Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 angeschlossenen Stromsensor 210, eine Vielzahl an Teilmodulen 220 sowie eine Induktivität 230 auf. Der Stromsensor 210, die Teilmodule 220 sowie die Induktivität 230 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung der Teilmodule 220 erfolgt über deren Eingangsanschlüsse E220a und E220b.
Jedes der Teilmodule 220 weist zwei Ausgangsanschlüsse A220a und A220b auf. Die Ausgangsanschlüsse A220a und A220b der Teilmodule 220 sind parallel geschaltet und bilden die zwei Ausgangsanschlüsse 200a und 200b, die - wie die Figur 2 zeigt - jeweils einen der Ausgangsgleichspannungsanschlüsse A20a bzw. A20b der Gleichrichtereinrichtung 20 gemäß Figur 2 bzw. Figur 1 bilden.
Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Teilmodul 220, das bei der Reihenschaltung 200 gemäß Figur 3 eingesetzt werden kann. Das Teilmodul 220 umfasst ein Umrichtermodul 221, ein Wechselrichtermodul 222, ein Transformatormodul 223 sowie ein Gleichrichtermodul 224. Das Umrichtermodul 221, das Wechselrichtermodul 222, das Transformatormodul 223 und das Gleichrichtermodul 224 sind kaskadiert hintereinander ange¬ ordnet. Dies bedeutet, dass die Ausgänge A221a und A221b des Umrichtermoduls 221 an die Eingänge E222a und E222b des Wech¬ selrichtermoduls 222, die Ausgänge A222a und A222b des Wech¬ selrichtermoduls 222 an die Eingänge E223a und E223b des Transformatormoduls 223 und die Ausgänge A223a und A223b des Transformatormoduls 223 an die Eingänge E224a und E224b des Gleichrichtermoduls 224 angeschlossen sind. Die Eingänge E221a und E221b des Umrichtermoduls 221 gemäß Figur 4 bilden die Eingänge E220a und E220b des Teilmoduls 220, die zur Bil- dung der Reihenschaltung der Teilmodule 220 (vgl. Figur 3) mit den Eingängen E221a und E221b von Umrichtermodulen 221 vor- und nachgeordneter Teilmodule 220 in Reihe geschaltet sind (vgl. Figur 3) . Die Ausgänge 224a und 224b der Gleichrichtermodule 224 sind bei den Teilmodulen 220 der Reihenschaltung 200 gemäß Figur 3 ausgangsseitig parallel geschaltet, um die Ausgangsanschlüsse 200a und 200b gemäß Figur 3 zu bilden. Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Umrichtermodul 221, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann. Das Umrichtermodul 221 umfasst zwei Schaltelemente Sl und S2, zu denen jeweils eine Diode paral¬ lel geschaltet ist. Bei den Schaltelementen Sl und S2 kann es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, z. B. in Form von Transistoren, handeln. Die Ausgänge des Umrichtermoduls 221 sind in den Figuren 4 und 5 mit den Bezugszeichen A221a und A221b gekennzeichnet und an die Eingänge E222a und E222b des nachgeordneten Wechselrichtermoduls 222 angeschlossen.
Die Ansteuerung der Schaltelemente Sl und S2 des
Umrichtermoduls 221 erfolgt vorzugsweise durch die Ansteuer- Schaltung 30 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von den Strom- und Spannungswerten, die die beiden Stromsensoren 40 und 60, die beiden Spannungssensoren 50 und 70 und die Stromsensoren 210 der Reihenschaltungen 200 an die Ansteuerschaltung 30 übermitteln .
Die Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Umrichtermodul 221, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann. Das Umrichtermodul 221 umfasst vier Schaltelemente Sl, S2, S3 und S4, zu denen jeweils eine Diode parallel geschaltet ist. Die vier Schaltelemente Sl bis S4 sind in Form einer H-Brückenschaltung verschaltet und werden vorzugsweise von der Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von den Strom- und Spannungswerten angesteuert, die von den beiden Stromsensoren 40 und 60, den beiden Span- nungssensoren 50 und 70 und den Stromsensoren 210 der Reihenschaltungen 200 geliefert werden. Die Ausgänge des
Umrichtermoduls 221 sind in den Figuren 4 und 6 mit den Be¬ zugszeichen A221a und A221b gekennzeichnet und an die Eingän¬ ge E222a und E222b des nachgeordneten Wechselrichtermoduls 222 angeschlossen.
Die Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Wechsel¬ richtermodul 222, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann. Das Wechselrichtermodul 222 gemäß Fi¬ gur 7 weist vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 auf, zu de¬ nen jeweils eine Diode parallel geschaltet ist. Die vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 sind in Form einer H- Brückenschaltung verschaltet, deren Ausgänge die Ausgänge A222a und A222b des Wechselrichtermoduls 222 bilden.
Zu der H-Brückenschaltung parallel geschaltet ist ein Kondensator C, der die an das vorgeschaltete Umrichtermodul 221 (vgl. Figur 4) angeschlossenen Eingangsanschlüsse E222a und E222b des Wechselrichtermoduls 222 bildet.
Die Ausgangsanschlüsse A222a und A222b des Wechselrichtermo¬ duls 222 sind an die Eingangsanschlüsse E223a und E223b des nachgeschalteten Transformatormoduls 223 (vgl. Figur 4) ange¬ schlossen .
Die Ansteuerung der vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 er¬ folgt vorzugsweise durch die Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von den Messwerten, die von den beiden
Stromsensoren 40 und 60, den beiden Spannungssensoren 50 und 70 und den Stromsensoren 210 der Reihenschaltungen 200 geliefert werden. Die Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein
Wechselrichtermodul 222, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Fi¬ gur 4 eingesetzt werden kann. Das Wechselrichtermodul 222 weist zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente S5 und S6, zu denen jeweils eine Diode parallel geschaltet ist, sowie zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren Cl und C2 auf.
Der Mittenanschluss Ml zwischen den beiden in Reihe geschal¬ teten Kondensatoren Cl und C2 bildet den einen der zwei Ausgangsanschlüsse A222a des Wechselrichtermoduls 222. Der Mit- tenanschluss M2 zwischen den beiden in Reihe geschalteten Schaltelementen S5 und S6 bildet den anderen der zwei Ausgangsanschlüsse A222b des Wechselrichtermoduls 222. Die Ansteuerung der zwei Schaltelemente S5 und S6 erfolgt vorzugsweise durch die Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von den Messwerten, die von den beiden Stromsensoren 40 und 60, den beiden Spannungssensoren 50 und 70 und den Stromsensoren 210 der Reihenschaltungen 200 geliefert werden .
Das Wechselrichtermodul 222 gemäß Figur 8 weist in vorteil¬ hafter Weise weniger Schaltelemente als das Wechselrichtermo- dul 222 gemäß Figur 7 auf und ermöglicht einen unidirektiona- len Leistungsfluss von links nach rechts in der Figur 8. Das Wechselrichtermodul 222 gemäß Figur 7 ermöglicht - aufgrund der zwei weiteren Schaltelemente - einen bidirektionalen Leistungsfluss sowohl von links nach rechts als auch von rechts nach links in der Figur 7.
Die Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Gleichrich¬ termodul 224, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Figur 4 einge¬ setzt werden kann. Das Gleichrichtermodul 224 umfasst eine durch vier Dioden Dl bis D4 gebildete H-Brückenschaltung
H224, zu der eine fünfte Diode D5 parallel geschaltet ist. Bei der fünften Diode D5 handelt es sich vorzugsweise um eine besonders schnell schaltende Diode, besonders bevorzugt um eine Schottky-Diode oder eine Siliziumcarbid-Diode .
Zwischen den einen der beiden Ausgangsanschlüsse A224a des Gleichrichtermoduls 224 und einen der beiden Anschlüsse der fünften Diode D5 ist zur Glättung des Stromes vorzugsweise eine Induktivität 224L in Reihe geschaltet. Alternativ oder zusätzlich kann zur Glättung des Stromes zwischen den anderen der beiden Ausgangsanschlüsse A224b des Gleichrichtermoduls 224 und den anderen der beiden Anschlüsse der fünften Diode D5 eine Induktivität 224L in Reihe geschaltet sein. Die Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Gleichrichtereinrichtung 20, die bei der Gleichrichteranord¬ nung 10 gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind die Reihen- Schaltungen 200 der Gleichrichtereinrichtung 20 nicht im Dreieck verschaltet, sondern sternförmig unter Bildung einer Sternschaltung. Der durch die Verschaltung gebildete Sternpunkt ist in der Figur 10 mit dem Bezugszeichen ST gekenn- zeichnet. An den Sternpunkt ST kann ein Rückleiter N, beispielsweise der Rückleiter der dreiphasigen Leitung 80 gemäß Figur 1, angeschlossen werden.
Die drei sternförmig verschalteten Reihenschaltungen 200 bzw. die durch die Reihenschaltungen 200 gebildete Sternschaltung ist über die Ausgangsgleichspannungsanschlüsse A20a und A20b der Gleichrichtereinrichtung 20 an eine äußere elektrische Last, beispielsweise die Gleichstromlast 120 gemäß Figur 1, angeschlossen. Die Ausgangsanschlüsse 200a und 200b der Rei- henschaltungen 200 sind zu diesem Zwecke parallel geschaltet.
Alternativ kann an jeder der Reihenschaltungen 200 jeweils eine individuelle Gleichstromlast 120 angeschlossen werden (vgl. Figur 14) . In einem solchen Falle bilden die Ausgangs- anschlüsse 200a und 200b jeder Reihenschaltung 200 jeweils zwei reihenschaltungsindividuelle Ausgangsgleichspannungsan¬ schlüsse A20a und A20b der Gleichrichtereinrichtung 20.
Der Aufbau der Reihenschaltungen 200 ist in den Figuren 10 und 14 aus Gründen der Übersicht nicht näher dargestellt. Die Reihenschaltungen 200 können beispielsweise den Reihenschal¬ tungen 200 der Gleichrichtereinrichtung 20 gemäß Figur 2 entsprechen bzw. so aufgebaut sein, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 9 oben im Detail beispielhaft erläutert worden ist. Bezüglich des Aufbaus der Reihenschaltungen 200 gemäß den Figuren 10 und 14 gelten die obigen Ausführungen somit entsprechend.
Die Figur 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Gleich- richtereinrichtung 20, bei der Reihenschaltungen 200, die jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete und aus Gründen der Übersicht in der Figur 11 nicht gezeigte Teilmodule auf¬ weisen, eine Brückenschaltung 400 bilden. Die Ausgänge 401 und 402 der Brückenschaltung 400 bilden Ausgangsgleichspannungsanschlüsse der Gleichrichtereinrichtung 20, an die elektrischen Lasten, wie beispielsweise die Gleichstromlast 120 bzw. der Lichtbogenofen gemäß Figur 1, angeschlossen wer- den können. Alternativ können die Ausgänge 401 und 402 der Brückenschaltung 400 auch parallelgeschaltet werden und ge¬ meinsam die Ausgangsgleichspannungsanschlüsse A20a und A20b (vgl. Figur 1) der Gleichrichtereinrichtung 20 bilden. Der Aufbau der Reihenschaltungen 200 der Gleichrichtereinrichtung 20 kann beispielsweise dem Aufbau der Reihenschal¬ tungen 200 entsprechen, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 9 oben im Detail erläutert worden sind. Die Figur 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine einphasi¬ ge Gleichrichtereinrichtung 20, die eine Reihenschaltung mit einer Vielzahl an in Reihe geschalteten und in der Figur 12 aus Gründen der Übersicht nicht weiter dargestellten Teilmodulen umfasst. Die Ausgangsanschlüsse der Teilmodule der Rei- henschaltung 200 sind parallel geschaltet und bilden Aus¬ gangsgleichspannungsanschlüsse A20a und A20b der Gleichrich¬ tereinrichtung 20, an die eine Gleichstromlast 120 ange¬ schlossen werden kann. Die Reihenschaltung 200 der Gleichrichteranordnung 20 gemäß Figur 12 kann von ihrem Aufbau den Reihenschaltungen 200 entsprechen, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 9 oben im Detail erläutert worden sind.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Bezugs zeichenliste
10 Gleichrichteranordnung
20 Gleichrichtereinrichtung
30 Ansteuerschaltung
40 Stromsensor
50 Spannungssensor
60 Stromsensor
70 Spannungssensor
80 elektrische Leitung
90 Anschlussschiene
100 Energieverteilnetz
110 elektrische Gleichstromleitung
120 Gleichstromlast
200 Reihenschaltung
200a Ausgangsanschluss
200b Ausgangsanschluss
210 Stromsensor
220 Teilmodule
221 Umrichtermodul
222 Wechselrichtermodul
223 Transformatormodul
224 Gleichrichtermodul
224L Induktivität
230 Induktivität
400 Brückenschaltung
401 Ausgang
402 Ausgang
A20a Ausgangsgleichspannungsanschluss
A20b Ausgangsgleichspannungsanschluss
A220a Ausgangsanschluss des Teilmoduls
A220b Ausgangsanschluss des Teilmoduls
A221a Ausgangsanschluss des Umrichtermoduls A221b Ausgangsanschluss des Umrichtermoduls
A222a Ausgangsanschluss des Wechselrichtermoduls
A222b Ausgangsanschluss des Wechselrichtermoduls
A223a Ausgangsanschluss des Transformatormoduls A223b Ausgangsanschluss des Transformatormoduls
A224a Ausgangsanschluss des Gleichrichtermoduls
A224b Ausgangsanschluss des Gleichrichtermoduls
C Kondensator
Cl Kondensator
C2 Kondensator
Dl Diode
D2 Diode
D3 Diode
D4 Diode
D5 Diode
E20a Eingangswechselspannungsanschluss
E20b Eingangswechselspannungsanschluss
E20c Eingangswechselspannungsanschluss
E220a Einganganschluss des Teilmoduls
E220b Einganganschluss des Teilmoduls
E221a Einganganschluss des Umrichtermoduls
E221b Einganganschluss des Umrichtermoduls
E222a Einganganschluss des Wechselrichtermoduls
E222b Einganganschluss des Wechselrichtermoduls
E223a Einganganschluss des Transformatormoduls
E223b Einganganschluss des Transformatormoduls
E224a Eingangsanschluss des Gleichrichtermoduls
E224b Eingangsanschluss des Gleichrichtermoduls
H224 H-BrückenSchaltung
Ia Ausgangsgleichstrom
Ie Eingangswechselstrom
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
Ml Mittenanschluss
M2 Mittenanschluss
N Rückleiter
ST Sternpunkt
Sl Schaltelernent
S2 Schaltelernent
S3 Schaltelernent
S4 Schaltelernent -
Schaltelement
Schaltelement
Schaltelement
Schaltelement

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung mit zumindest einem Eingangswechselspannungsan- schluss (E20a, E20b, E20c) , an dem ein Wechselstrom einge- speist werden kann, und zumindest zwei Ausgangsanschlüssen,
- wobei die Anordnung (10) zumindest eine Reihenschaltung
(200) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (220) umfasst und
- wobei die Teilmodule (220) der Reihenschaltung (200) je- weils mindestens ein Umrichtermodul (221), ein Wechselrich¬ termodul (222) und ein Transformatormodul (223) umfassen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Anordnung eine Gleichrichteranordnung (10) ist und die Ausgangsanschlüsse Ausgangsgleichspannungsanschlüsse (A20a, A20b) der Gleichrichteranordnung (10) bilden, an denen
Gleichstrom entnommen werden kann,
- die Teilmodule (220) der Reihenschaltung (200) jeweils zu¬ sätzlich ein Gleichrichtermodul (224) umfassen, und
- die Ausgänge der Gleichrichtermodule (224) parallel ge- schaltet sind und die Ausgangsgleichspannungsanschlüsse
(A20a, A20b) der Gleichrichteranordnung (10) bilden.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Gleichrichteranordnung (10) mehrphasig ist und eine
Mehrzahl, zumindest zwei, an Eingangswechselspannungsan- schlüssen aufweist, an denen jeweils ein Phasenstrom eines mehrphasigen Eingangswechselstromes eingespeist werden kann,
- wobei die Gleichrichteranordnung (10) pro Phase jeweils zu¬ mindest eine Reihenschaltung (200) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (220) umfasst,
- wobei die Teilmodule (220) der Reihenschaltungen jeweils mindestens ein Umrichtermodul (221), ein Wechselrichtermo- dul (222), ein Transformatormodul (223) und ein Gleichrich¬ termodul (224) umfassen und
- wobei die Ausgänge der Gleichrichtermodule (224) jeder der Reihenschaltungen (200) jeweils parallel geschaltet sind und die Ausgangsgleichspannungsanschlüsse der Gleichrich¬ teranordnung (10) bilden.
3. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Gleichrichteranordnung (10) dreiphasig ist und
- die drei Eingangswechselspannungsanschlüsse der Gleichrich¬ teranordnung (10) elektrisch eine Dreieckschaltung oder eine Sternschaltung bilden.
4. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Gleichrichteranordnung (10) dreiphasig ist und
- sechs Reihenschaltungen mit jeweils mindestens zwei in Rei- he geschalteten Teilmodulen (220) eine dreiphasige Brückenschaltung bilden.
5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest eines der Gleichrichtermodule (224), insbesondere alle Gleichrichtermodule (224), eine durch vier Dioden (Dl, D2, D3, D4) gebildete Brückenschaltung aufweist.
6. Anordnung nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest eines der Gleichrichtermodule (224), insbesondere alle Gleichrichtermodule (224), eine fünfte Diode (D5) auf¬ weist, die zu der Brückeschaltung parallel geschaltet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die fünfte Diode eine Schottky-Diode oder eine
Siliziumcarbid-Diode ist.
8. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zwischen mindestens einem der Ausgangsanschlüsse (224a, 224b) zumindest eines der Gleichrichtermodule (224), insbesondere aller Gleichrichtermodule (224), und den Dioden des Gleichrichtermoduls (224) eine Induktivität (224L) geschaltet ist.
9. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- zumindest eines der Wechselrichtermodule (222), vorzugs¬ weise alle Wechselrichtermodule (222), jeweils eine durch mindestens zwei Kondensatoren (Cl, C2) gebildete Reihen¬ schaltung sowie eine dazu parallel geschaltete und durch mindestens zwei in Reihe geschaltete Schaltelemente (S5,
S6) gebildete Reihenschaltung aufweist, und
- der elektrische Mittenanschluss (Ml) zwischen den zwei
Kondensatoren (Cl, C2) einen der Ausgangsanschlüsse
(A222a) des Wechselrichtermoduls (222) und der elektrische Mittenanschluss (M2) zwischen den zwei Schaltelementen
(S5, S6) einen anderen der Ausgangsanschlüsse (A222b) des Wechselrichtermoduls (222) bildet.
10. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
zumindest eines der Wechselrichtermodule (222), vorzugsweise alle Wechselrichtermodule (222), mit einer die Wechselrich¬ termodule (222) ansteuernden Ansteuerschaltung (30) in Verbindung steht, die derart ausgestaltet ist, dass die an Ein- gängen (E222a, E222b) des Wechselrichtermoduls (222) anlie¬ gende Eingangsspannung eine andere Frequenz als die an den Ausgängen (A222a, A222b) des Wechselrichtermoduls (222) ge¬ bildete Ausgangspannung aufweist.
11. Lichtbogenofen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
der Lichtbogenofen an die Ausgangsgleichspannungsanschlüsse (A20a, A20b) einer nach einem der voranstehenden Anschlüsse ausgestalteten Gleichrichteranordnung (10) angeschlossen ist.
12. Verfahren zum Erzeugen zumindest eines Ausgangsgleichstromes mit einer Gleichrichteranordnung (10), die mit zumindest einem Eingangswechselspannungsanschluss (E20a, E20b, E20c) , an dem ein Wechselstrom eingespeist werden kann, und zwei Ausgangsgleichspannungsanschlüssen (A20a, A20b) , an denen Gleichstrom entnommen werden kann, ausgestattet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Gleichrichteranordnung (10) zumindest eine Reihenschaltung (200) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (220) umfasst, die jeweils mindestens ein Umrichtermodul (221), ein Wechselrichtermodul (222), ein Transformatormodul (223) und ein Gleichrichtermodul (224) umfassen, und
- der Ausgangsgleichstrom durch Addition der an den Ausgängen der Gleichrichtermodule (224) der Reihenschaltung (200) ausgegebenen Gleichrichtermodulströme gebildet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Wechselrichtermodule (222) unidirektional betrieben wer¬ den .
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 12 bis 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
im Gleichrichtermodul (224) mit einer fünften Diode (D5) die Ausgangsspannung einer durch vier Dioden gebildeten Brücken- Schaltung (H224) des Gleichrichtermoduls (224) geglättet wird .
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 12 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
eine Glättung der Ausgangsspannung des Gleichrichtermoduls (224) zumindest auch mittels einer Induktivität (224L) er¬ folgt, die zwischen einen der Ausgangsanschlüsse (A224a, A224b) des Gleichrichtermoduls (224) und den Dioden des Gleichrichtermoduls (224) geschaltet ist.
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