KR100275221B1

KR100275221B1 - 제어 파워 서플라이

Info

Publication number: KR100275221B1
Application number: KR1019930702654A
Authority: KR
Inventors: 얀 요르빅; 쿠노 얀손
Original assignee: 한스 쾨니히; 만 구테호프눙쉬테 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1992-01-09
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 2000-12-15
Also published as: JPH06507351A; JP2961146B2; DE4200329C2; SK280764B6; WO1993014557A1; RU2111632C1; DE69321769D1; SK96493A3; ES2124300T3; MX9300037A; EP0575589A1; CZ185393A3; EP0575589B1; DE4200329A1; DE69321769T2; CZ283921B6; ATE172823T1; US5375053A; TR27375A

Abstract

전기 아아크가 사용되는 기술적 요구를 위한 제어 파워 서플라이는 정합 변압기(13) 및 정합 변압기(13)에 접속된 브리지 회로의 형태로 다이오드(18-20)를 중심으로 만들어진 정류기(l7)를 갖는 교류대 직류 인버터 (2)를 포함한다.

정류기(18)의 출력부인 상기 브리지의 d-c 대각선에 접속된 것은 전기 아아크가 그 사이에서 발생되는 전극(4,5) ; 실제 정류 전압을 기준값과 비교하기 위한 비교기(6) 및, 서로에 관하여 전극(4,5)의 위치를 변화시키는 비교기(6)에 그 입력부가 접속되는 전극(4)의 위치를 제어하기 위한 장치(10)를 갖는 전극(4,5) 양단 전압 제어용 회로(3)이다. 파워 서플라이는 정합 변압기(13)에 접속된 2개의 이상회로(22,23)를 갖는 단상 교류대 직류 인버터(2)를 갖는데, 한 회로(23)는 초우크(28)를 포함하고 다른 회로는 커패시터(29)를 포함한다. 각 이상회로는 정류기(17)의 입력부에 접속되고; 이상회로(22,23)의 접합부(27)에 접속된 접합부(26)를 갖는 부가 정류기 (24,25)는 전극(4,5)에 접속된 정류기(17)의 다이오드(18-21)와 동일한 극성으로 정류기(l7)의 출력부에 접속된다.

Description

제어 파워 서플라이

본 발명은 방전 가열 시스템에 관한 것인바 특히 제어 파워 서플라이(controlled Power supplies)에 관한 것이다.

본 발명은 용접 장치에서 전기 아아크 로 뿐만 아니라 다른 유사한 장치에서도 사용될 수 있는데, 상기 다른 유사한 장치에서는 단락회로 작동 모드로 사용된다.

그 기술에서 주지된 것은 전기 아아크 로의 전기 회로를 조성하는 두가지 방법이다. 한 방법에 따르면 서플라이 소스는 제어 변압기의 일차 권선과 직렬 접속된 제어 또는 비제어 반응 장치에 기초한다. 이 변압기의 이차 권선은 다이오드 정류기에 접속되는데, 이 다이오드 정류기는 차례로 로 전극에 접속되어 있다.

비제어 반응장치를 갖는 다이오드 정류기에 기초한 시스템은 저역률을 갖는 비제어 반응장치에 기초하고, 서플라이 네트워크에 유효 전압 변동을 일으킨다.

전극 위치 조절기는 동일한 길이의 전기 아아크를 유지하기 위하여 설계되어 있고, 많은 수의 변압기 단계가 처리 동안 전력을 제어하기 위해 사용된다.

저 전력 및 중간 전력 범위의 네트워크내에서 다른 소비자에 대한 부정적영향을 제거하기 위하여 무효전력의 동적 보정기가 사용된다. 이것은 전체로서 파워 서플라이의 무게 및 전체치수를 증가시킨다.

그 기술에 주지된 것은 정합 변압기를 포함하는 브리지 회로내에 접속된 비제어 정류기를 갖는 교류대 직류 인버터인데, 상기 정합 변압기의 이차 권선은 정류기 브리지의 한 입력부에 직접 접속되는 탭을 가지는 반면, 이차 권선의 단부 및 시작부는 커패시더 및 초우크를 통해 각각 정류기 브리지의 잔여 입력부에 접속된다. 이 인버터는 전기 아아크의 공급을 위해 계획되었고, 역률을 증가시키고 서플라이 네트워크 전압 변동을 감소시킬 수 있도록 한다. 그러나 제어 소지자 없는(예컨대 다이오드 정류기를 갖는 전기 아아크 로 또는 교류 전류로 작동하는 로를 위한) 아아크 소스를 위한 전극의 위치를 제어하기 위해 이 인버터를 주지의 장치와 같이 사용하는 것은 대수의 제어 단계를 갖는 스위치 및 변압기를 필요로 한다.

이것은 파워 서플라이의 동작 신뢰성을 감소시키고, 그것의 무게 및 크기를 저하시키는 반면, 공정의 효과적 실행을위해 매우 중요한 출력 파워의 연속 제어는 제공되지 않는다.

더구나 정류 동안 나타나는 고 전류 조파는 이 인버터가 저 출력 네트워크 에서 사용되도록 한다. 이 인버터는 고출력 로 및 저 아아크 전압을 갖는 것들과는 거의 사용될 수 없다.

제어 반응장치를 갖는 회로의 사용은 변압기의 제어 단계수를 감소시킬 수 있도록 하는데, 왜냐하면 반응장치의 유도성 리액턴스가 제어될 수 있기 때문이다.

그러나 이것은 반응장치 설계를 복잡하게 하고 반응장치를 제어하기 위하여 복합 시스템을 사용해야 달성된다. 이 시스템에서 반응장치 막대의 재자화는 비교적 긴 시간을 필요로 하여서 전기 아아크 로의 고속 전류 변이에 대한 보상이 불충분해서 네트워크 내에서의 전압 변동은 적당하게 감소될 수 없다. 게다가 그러한 파워 서플라이는 소모 전류 고조파의 높은 레벨 및 저역률을 갖는다.

그러므로, 상술한 기술적 해결색은 광범위한 실제적 응용성을 발견하지 못했다.

그 기술에 주지된 것은 다이리스터 정류기에 기초한 전기 아아크 로를 위한 제어 파워 서플라이이다.

파워 서플라이는 제어 교류대 직류 인버터 및 로 아아크 제어용 장치를 포함한다. 인버더는 단계적 제어 변압기를 갖는데, 상기 변압기의 이차 권선은 고출력 평활 초우크를 통해 직류를 로 전극에 공급하는 다이리스터 브리지에 접속되어 있다.

아아크 전류 제어용 장치는 전류 조절기로써 아아크 전류를 제어하기 위한 회로를 갖는데, 상기 전류 조절기의 입력부에는 사전 설정 기준값 및 직류 아아크 전류의 실제 측정값 사이의 차가 공급된다. 전류 조절기의 출력 신호는 아아크 전압의 실제 측정값으로써 합계가 되는데, 이것은 사전 설정 전류값으로서 사용되고 다이리스트 정류기에 인가된다. 아아크 제어 장치는 또한 전극 및 용광조 사이의 갭을 정하도록 전극 위치를 제어하기 위한 장치를 갖는 전압 제어 회로 및, 그 입력부에 아아크 전압의 사전 설정값 및 측정값의 차가 공급되는 전압조절기를 갖는다. 전압 조절기의 출력 신호는 전극 위치를 제어하는 장치의 입력부에 인가된다. 전류 및 전압을 제어하는 회로와 제어 펄스를 다이리스터에 송신하는 펄스 형성기는 파워 서플라이 내에 복합 제어 시스템을 형성한다.

전체로서 그러한 파워 서플라이는 다이리스터를 제어하는 특수 시스템이 있기때문에 복잡하고, 파워 서플라이 장치의 높은 설비 파워뿐만 아니라 중량 및 큰 치수의 특징을 이룬다.

다이리스터 정류기를 장착한 파워 서플라이는 한편으로는 기술적 요구를 충족시키도록 아아크 파워를 제어하고, 다른 한편으로는 동작 단락회로를 포함하는 아아크 전류 변동율 제한하기 위해 필요한 정류기 전류를 계속적으로 제어할 수 있도록 한다. 그러나 느린 응답 때문에 다이리스터 정류기는 아아크 전압의 고속 변이에 따르는 입력 전압을 변화시킬 수 없어서 대전력 평활 초우크가 필요하다.

잦은 아아크 파괴를 억제하기 위하여 정격 아아크 전압은 제어 정류기의 무부하 전압보다 적어도 20-25% 더 낮아야 한다. 이것은 변압기 설비 파워의 대응하는 증가 및 공칭 역률의 0.7-0.8 까지의 감소로 이끈다.

다이리스터 정류기는 파워 서플라이 네트워크로 부터 소모된 전류의 힝태를 왜곡시키고, 이것은 네트워크 전압 곡선의 승인할 수 없는 왜곡 및, 서플라이 네트워크의 불충분한 단락 회로 파워인 경우 이 네트워크의 다른 소비자의 동작에 교란을 초래한다.

전류 및 무효전력의 고조파를 보상하기 위하여 밀터 및 보상기 장치가 사용된다. 만약 제어 정류기가 소정 네트워크에서 전압 변동을 적당히 보상할 수 있도록 하지 않으면, 전류의 무효분에 대한 동적 보상을 수행하는 것이 필요하고 이것은 파워 서플라이 시스템을 복잡하게 한다.

이 기술에 주지된 것은 일차 권선이 파워 라인에 접속된 변압기, 변압기의 이차 권선에 접속되고 브리지 회로에 기초한 제어 다리스터 정류기 및, 다이리스터 정류기의 한 출력부에 접속된 직류 회로내에 반응장치를 포함하는 단일 전극 용광로를 위한 삼상 파워 서플라이이다. 용광로 전극은 다이리스터 정류기의 다른 출력부에 접속되어 있다.

그 값이 파워 네트워크 전압 변동을 따르는, 소모 전류내의 비교적 높은 무효분은 이 변동을 적당히 감소시킬 수 없게 한다.

본 발명의 기본 목적은 파워 서플라이 라인내 전압 변동 레벨을 감소시킬 수 있게하는 제어 파워 서플라이를 제공하고, 파워 서플라이 전기 회로의 변경에 기인하는 단일 수단을 사용하는 서플라이 전류내 고조파의 양을 감소시키는 것이다.

이 목적은 브리지 회로에 기초하고 정합 변압기에 접속된 정류기 및 정합 변압기를 갖는 교류 대 직류 전압 인버터를 포함하는 전기 아아크 공정에 공급하기 위한 제어 파워 서플라이 ; 그 사이에서 전기 아아크가 발생되는 전극을 갖고, 정류기 출력부인 직류 대각선 : 실제 정류 전압을 이 전압의 소정값과 비교하는 비교기를 갖는 전극 양단의 전압을 제어하기 위한 회로 : 그 입력부가 비교기에 접속되는 전극의 위치를 제어하고 상호 비례하여 전극의 위치를 변화시키는 장치를 시험함으로써 달성된다. 본 발명에 따르면 파워 서플라이는 직렬로 접속되고 정합 변압기에 결합된 2 개의 이상(移相)회로를 갖는 단상 교류대 직류 전압 인버터를 갖는데, 상기 이상회로 중 하나는 초우크를 갖고 다른 하나는 커패시터를 가지며, 각 이상회로는 다이오드의 대응 입력부에 접속되어 있고, 부가 다이오드는 이상회로의 접합부 및, 전극에 접속된 이 다이오드의 소자와 동일한 극성으로 주 정류기의 출력부에 접속된 접합부를 갖는다.

제 1 이상 회로에 접속된 브리지 회로 정류기는 제어 반도체 다이오드로서 만들어질 것이다.

정합 변압기는 2 개의 이차 권선 및 커패시터를 갖고, 제 1 이상회로는 정합 변압기의 제 1 이차 권선 및 초우크에 의해 형성되는 반면 제 2 이상회로는 제 1 이차 권선에 따라서 접속된 정합 변압기의 제 2 이차 권선에 의해 형성되며; 이 경우 이상회로 접속의 접합부는 부가다이오드의 접합부에 직접 접속되는 것이 적당하다.

교류대 직류 전압 인버터가 제 2 정합 변압기를 갖고, 상기 제 2 정합 변압기의 이차 권선은 제 1 이상회로와 직렬로 접속되고 제 1 정합 변압기의 이차 권선에 동일한 극성으로 접속되고; 제 1 이상 회로는 제 1 정합 변압기의 제 1 이차 권선 및 초우크를 포함하고; 제 2 이상회로는 제 2 정합 변압기의 이차 권선과 직렬로 접속된 커패시터 및 제 2 정합 변압기를 포함하는 것도 유리하다.

더우기 교류대 직류 전압 인버터는 제 2 정합 변압기를 갖는데, 상기 제 2 정합 변압기의 이차 권선은 직렬로 접속되고 제 1 정합 변압기의 권선과 동일한 극성이고 ; 제 2 이상 회로는 제 1 정합 변압기의 제 l 이차 권선 및 초우크를 포함하고 ; 제 2 이상회로는 제 1 정합 변압기의 제 2 이차 권선을 포함하며, 제 2 정합 변압기 및 커패시터는 제 2 정합 변압기의 일차 권선과 직렬로 접속되는 것이 적당하다.

교류대 직류 전압 인버터는 제 2 정합 변압기를 갖는데, 상기 제 2 정합 변압기의 이차 권선은 동일한 극성으로 접속되고 제 1 정합 변압기의 이차 권선과 직렬로 접속되어 있고 : 제 1 이상 회로는 제 1 정합 변압기의 일차 권선과 직렬로 접속된 초우크 및 제 1 정합 변압기를 포함하는 반면. 제 2 이상회로는 제 2 정합 변압기의 일차 권선과 직렬로 접속된 커패시터 및 제 2 정합 변압기를 포함하는 것도 또한 유리하다는 것이 알려졌다.

적어도 1 개의 부가적 이차 권선을 갖는 정합 변압기가 사용되면 교류대 직류 전압 인버터는 정합 변압기의 부가 이차 권선수에 대응하는 양으로 부가 이상 회로 및 부가 다이오드를 또한 가질 것이고, 그 각각은 정합 변압기의 대응 이차 권선 및 초우크 또는 커패시터를 포함하며 : 이 경우 각 부가 이상회로는 모든 부가 다이오드에 동일한 극성으로 접속된 1 쌍의 부가 다이오드에 대응한다.

부가 다이오드의 접합부는 초우크를 포함하는 전류 상승률 억제 회로를 통해 접속될 것이다.

제 2 이상회로는 적어도 1 개의 부가 커패시터를 갖는데, 그 일단자는 접합부를 갖는 2 개의 그 자체 다이오드를 통해 다이오드에 접속되고 브리지 회로 정류기와 동일한 극성으로 정류기 출력부에 접속되는 반면, 모든 커패시터의 다른 단부는 상호 접속되는 것이 적당하다는 것도 알려졌다.

교류 대 직류 전압 인버터는 적어도 1 개의 부가 브리지 회로를 가질 수 있고, 제 1 이상회로는 그 수가 부가 브리지 회로의 수에 대응하는 부가 커패시터를 가질수 있는데 ; 각 부가 브리지 회로의 한 단자는 주 커패시터의 출력부에 접속되는 반면, 각 부가 커패시터의 다른 단자는 대응 부가 브리지 회로의 a-c 대각선에 접속되고 : 제 1 이상회로는 그 수가 부가 브리지 회로의 수에 대응하는 부가 초우크를 포함할 수 있고 : 각 초우크는 대응 부가 브리지 회로의 a-c 대각선내에 삽입되는데, 이 경우 부가 브리지 회로는 주 브리지 회로의 다이오드와 동일한 극성으로 접속된 반도체 다이오드 주변에 구성될 수 있으며, 상기 부가 브리지 회로는 전극에 접속된다.

만약 제어 파워 서플라이가 삼상이면, 모든 단상 인버터가 d-c 측에서 병렬로 접속되고 전극에 접속되는 반면 상기 파워 서플라이는 각 상내에 적어도 1 개의 단상 교류 대 직류 전압 인버터를 포함하는 것이 바람직하다.

부가 초우크는 각 위상 단상 인버터의 부가 다이오드 대응 출력부 및 전극 사이에 삽입될 수 있다.

각 위상의 교류대 직류 전압 인버터에서 커패시터를 갖는 이상회로는 정합 변압기의 상이한 위상내에서 상호 접속되고 대응 이상회로의 커패시터에 접속된 2개 권선을 포함하는 것이 적당하다.

모든 위상의 직렬 접속 이상회로는 텔타회로 내에서 접속될 수 있는 반면 정류기 시스템에서 병렬로 접속되고 한 다이오드로 모두 결합되는 상이한 위상의 다이오드를 구성하는 모든 쌍의 다이오드나 모든 위상의 직렬 접속 이상회로는 성형 회로내에서 접속되는 반면, 정류기 시스템에서 병렬로 접속되고 상이한 위상의 다이오드를 포함하는 반도체 다이오드를 구성하는 모든 그룹이나 모든 위상의 직렬 접속 이상 회로는 "슬립델타" 회로내에서 접속되는 반면, 병렬로 접속되고 주 정류기 회로의 다이오드를 포함하는 모든 쌍의 다이오드 및 인접 위상의 부가 다이오드는 1 개 부가 정류기 내에 결합되어 있다.

인버터의 각 위상에서 커패시터를 포함하는 이상회로 또는 초우크를 포함 하는 이상회로는 인접 위상에서 전류 비율을 감소시키는 전류 상승율 억제 회로 및 부가 초우크의 접합부에 접속되고, 병렬로 접속되고 정류기 및 인접 위상의 부가 다이오드를 포함하는 여러쌍의 다이오드는 결합되어 하나의 부가 정류기가 된다.

제안된 기술적 해답은 예컨대 전기 아아크 로 용의 단순 제어 파워 서플라이를 발생시킬 수 있도록 하는데, 상기 파워 서플라이는 저 무게 및 치수, 단순 디자인, 고역률, 서플라이 전류내 고조파의 저 함유량 및, 파워 서플라이 라인내에서 생성된 전압 변동의 저 레벨의 특징을 이룬다.

본 발명은 후술된 첨부도면을 참조한 본 발명의 몇몇 실시예에 대한 상세 기술에서 보다 잘 이해될 것이다.

제 1 도는 본 발명에 따른 제어 파워 서플라이의 전기 도형이다.

제 2a,2b,2c 도는 본 발명에 따른 파워 서플라이에 사용되는 교류대 직류 전압 인버터에서 접속부의 변형을 도시한다.

제 3 도는 일차 권선 회로내에서 커패시터를 갖는 본 발명에 따른 동일한 인버터를 도시한다.

제 4 도는 일차 권선 회로내에 커패시터 및 초우크를 갖는 본 발명에 따른 동일한 인버터를 도시한다.

제 5 도는 본 발명에 따른 독립 변압기상에 권선을 갖는 용량성 이상회로가 있는 동일한 인버터를 도시한다.

제 6 도는 본 발명에 따른 2 개 이상회로 이상을 갖는 교류대 직류 전압 인버터에 대한 또다른 실시예이다.

제 7 도는 본 발명에 따른 전류 상승률 억제를 갓는 동일한 인버터이다.

제 8 도는 본 발명에 따른 몇몇 전류 상승률 억제 회로를 갖는 교류대 직류 인버터에 대한 또다른 실시예이다.

제 9 도는 본 발명에 따라 부가 커패시터를 갖는 이상회로가 있는 인버터 이다.

제 10 도는 본 발명에 따라 병렬로 접속된 소자를 갖는 인버더의 실시예 이다.

제 11 도는 본 발명에 따른 삼상 제어 파워 서플라이의 도식도이다.

제 12 도는 본 발명에 따라 전류 상승률 억제 회로를 갖고 파워 서플라이내에서 사용되는 삼상 교류대 직류 전압 인버터의 일실시예이다.

제 13 도는 본 발명에 따라 d-c 회로내에 부가 초우크를 갖는 삼상 제어 파워 서플라이의 배선도이다.

제 14 도는 본 발명에 따라 파워 서플라이내에서 사용되는 삼상 교류대 직류 전압 인버터의 배선도이고, 여기서 용량성 이상회로는 변압기의 2 개 독립 위상을 위해 2 개의 권선을 갖는다.

제 15 도는 본 발명에 따른 동일한 인버터이고, 여기서 용량성 이상회로는 변압기의 2 개 독립 위상을 위한 2 개 권선을 갖는다.

제 16 도는 본 발명에 따른 델타 접속 이상회로를 갖는 동일한 인버터의 배선도이다.

제 17 도는 본 발명에 따라 델타 접속 이상회로 및 전류 상승률 억제 회로를 갖는 동일한 인버터의 배선도이다.

제 18 도는 본 발명에 따라 성형 접속 이상회로 및 전류 상승률 억제 회로를 갖는 동일한 인버터의 배선도이다.

제 19 도는 본 발명에 따라 "슬립 델타" 로 접속된 이상회로 및 전류 상승률 억제 회로를 갖는 동일한 인버터의 배선도이다.

제 20 도는 본 발명에 따른 동일한 인버터의 배선도이고, 여기서 한 위상의 이상회로는 다른 위상의 부가 정류기에 접속된다.

제 21 도는 본 발명에 따라 성형내에서 이상회로의 접속을 위한 스위치를 갖는 동일한 인버터의 배선도이다.

제 22 도는 전극 양단의 전압에 따른 인버터의 동작 모드에 대한 분포도 이다.

제 23 도는 단상 파워 서플라이의 동작에 대한 벡터 도형이다.

제 24 도는 전류 상승률 억제 회로를 갖는 단상 파워 서플라이의 동작에 대한 벡터 도형이다.

전기 아아크를 사용하는 공정을 위한 제어 파워 서플라이는 전기 아아크 로 (1)(제 1 도)용의 파워 서플라이에 대한 일예에서 논의된다.

파워 서플라이는 교류대 직류 전압 인버터(2) 및 회로(3)를 포함하여 전극(4,5)양단 전압을 제어하고, 상기 전극 사이에서 전기 아아크가 발생된다. 회로(3)는 비교기(6)를 갖고 음의 입력부(7)에 인가되는 실전압과 양의 입력부 (8)에 인가되는 전압의 소정값을 비교한다. 비교기(6)의 출력부에 접속되는 것은 전극(4)의 위치를 제어하는 장치로서 조절기(9) 자체 및 종속 장치(10)를 포함하고, 그 위에 전극(4)이 장착된 브래킷(11)을 통해 전극(4)의 위치를 변화시킨다.

비교기(6)의 입력부(7)는 측정 변환기(12)를 통해 인버터(2)의 출력부에 접속된다.

인버터(2)는 단상 장치로서 구성되고 일차 권선(14) 및 2 개의 이차 누적 권선(15,16)을 갖는 정합 변압기(13) 및, 상기 변압기(13)에 접속되고 브리지 회로로 접속된 반도체 다이오드(18,19,20.21)에 기초한 정류기(17)를 포함한다.

정류기(l7)의 d-c 대각선은 인버터(2)의 출력부이고. 전기 아아크 로(1)의 전극(4,5) 및 측정 변환기(12)에 접속된다.

인버터(2)는 또한 직렬로 접속된 2 개 이상회로(22,23) 및, 이상회로의 접합부(27)에 접속된 접합부(26)를 갖는 2 개의 부가 정류기(24,25)를 갖는다. 정류기(24,25)는 또한 전극(4,5)에 접속된 반도체 다이오드(20,21)와 동일한 극성으로 정류기(17)의 출력부에 접속된다.

제 1 도에서 도시되는 대로 제 1 이상회로(22)는 초우크(28)에 접속된 1 개의 이차권선(15)을 포함하는 반면, 제 2 이상회로(23)는 커패시터(29)에 접속된 또다른 이차권선(16)을 가지고, 이상회로의 접합부는 부가정류기(24, 25)의 접합부(26)에 직접 접속된다. 초우크(28) 및 커패시터(29)는 정류기(17)의 a-c 대각선에 접속된 다른 출력부를 갖는다.

제 2 도에서 도시된 것은 이상회로(22,23) 및 그들의 접합부(27)에 대한 바람직한 실시예인데, 상기 접합부(27)는 초우크(28) 및 커패시터(29)의 단자 접합부(27' ) (제 2a 도) 이거나, 회로(22) 및 커패시터(29)의 이차권선(15) 단자의 접합부(27' ) (제 2b 도)이거나, 회로(23)의 초우크(28) 및 이차권선(16)의 단자 접압부(27'") (제 2c 도)일 수 있다.

이상회로(22)에 접속된 브리지회로의 정류기(l8,19)는 제어가능하게 (제 2a 도) 만들어질 수 있다. 이것은 파워 서플라이 소스의 역률을 제어할 수 있도록하고 단상 또는 삼상 소스의 모든 실시예에서 사용될 수 있다.

이상회로(22, 23)의 다음 실시예를 고려하자.

저전압의 경우 커패시터(29) (제 1 도)는 변압기(13)의 이차권선(16) 회로내에 삽입되어서는 안된다. 이 커패시터(29)의 커패시턴스는 전압제곱에 역종속의 특징을 이룬다. 그러므로 저전압은 커패시터(29)의 커패시턴스, 크기 및 비용을 증가시킨다. 이것은 만약 커패시터(29)가 정합변압기(l3)의 일차회로에 접속되면 억제될 것이다.

제 3 도에서 인버터(2)는 커패시터(29)와 함께 이상회로(23)를 형성하는 제 2 정합 변압기(30)를 갖는데, 이 경우 커패시터(29)는 변압기(30)의 일차권선(31)과 직렬로 접속되고 이 직렬 회로는 변압기(13)의 일차권선(14)과 병렬로 접속되는 반면, 변압기(13)의 이차권선(32)은 회로(22,23)의 접합부(27)에 접속된 일 단자 및 정류기(17)의 a-c 대각선내에 삽입된 다른 단자를 갖는다.

초우크(28)는 제 4 도에서 도시된대로 변압기(13)의 일차권선(14)에도 접속될 수 있는 반면, 동일 변압기(13)의 이차권선(15)은 그 일 단자가 회로(22,23)의 접합부(27)에 접속되고 그 타 단자가 정류기(17)에 접속되어 있다.

인버터(2)의 그러한 설계는 초우크(28)를 통안 전류를 감소시킬 수 있도록 하므로 높은 전기 아아크 전류 및 저 전압으로써 그 구성을 단순화한다.

변압기(13)의 제 2 이차권선(16)은 병렬로 접속될 수 있고 따라서 다른 변압기(30)의 이차권선(32) (제 5 도)과 접속될 수 있다. 그렇게 하는데 있어서 이상회로(22, 23)의 접합부(27)는 변압기(13) 권선(15, 16)의 접속점이다. 커패시터(29)는 변압기(30)의 일차권선(31)에 직렬로 접속되고 이 직렬회로는 변압기(13)의 일차권선(14) 및 네트워크 전압에 병렬로 접속된다. 이 경우 이상회로(23')는 변압기(13)의 이차권선(16) 및 변압기(30)의 일차권선(31)과 접속된 커패시터(29)를 갖는 제 2 변압기(30)에 의해 형성된다.

인버터(2)의 그러찬 설계는 서플라이 전압의 약 2 배 전압을 커패시터(29)에서 가질 수 있도록 한다.

병렬라인(제 3, 4, 5 도)에서 커패시터(29)를 갖는 회로에서 강자성 공명이 나타나는 위험을 없애기 위하여, 변압기(30)의 커패시터(29)나 이차권선(32)은 아아크 전류의 급강하의 경우 커패시터(29)의 방전을 제공하면셔 회로에 병렬로 접속되어야 한다.

인버터(2)에는 몇몇 이차권선(l5,16,33)을 갖는 정합 변압기(13' ) (제 6 도)가 주어질 수 있다. 그러한 인버터(2)에서 이상회로(22, 23, 24)의 수는 이차권선(15, 16, 33)의 수와 같다. 도면을 간단하게 하기 위하여 제 6 도는 3개의 이상회로(22, 23, 34)를 도시하는데, 여기에서 한 회로는 적어도 하나의 커패시터(29)를 갖고, 다른 회로(22)는 초우크를 가지며, 나머지(34)는 커패시터나 초우크(도면에 도시된 것은 회로(34)내에 초우크(35)를 갖는 일 실시예이다)를 갖는다.

상술한 두 각 이상회로(34)는 정류기(24, 25)에 동일한 극성으로 접속된 2개의 부가 정류기(36, 37)를 포함하고, 이들 정류기의 접합부(38)는 이상회로(23, 34)의 접합부(39)에 접속된다.

이상화로의 접합부(27)는 제 1-6 도에서 도시되는 대로 부가 정류기(24, 25)의 접합부(26)에도 직접 접속된다. 파워 서플라이 네트워크의 불충분한 단락회로 용량을 가진 상태에서, 이 접속부는 되도록이면 전류중가율을 감소시키기 위해 보동 초우크(41)를 포함하는 회로(40) (제 7 도)률 통해 실행된다. 그렇게 하면서 그러한 회로(40)는 전술한 모든 이상회로(22,23)에서 사용될 수 있다. 예컨대 제 1-6 도에 따르면 인버터는 적어도 하나의 전류 상승률 억제회로(42) (제 8 도)를 가질 수 있는데, 상기 회로는 인버터(2)가 변압기(13)의 이차권선(45)에 접속된 커패시터(44)를 포함하는 1 개 이상의 이상회로 (23,43)를 가질때 필요하다.

각 부가회로(42)는 그 자신의 초우크(46)를 포함하는 반면 인버터(2)는 모든 부가 이상회로(43)를 의한 부가 정류기(36,37)를 갖는다.

만약 파워 서플라이 소스가 적당한 파워용량을 가지면, 커패시터(29) (제 1 도)는 병렬로 접속된 몇몇 커패시터의 배터리 형태로 만들어질 수 있다. 그러나 병렬로 직접 접속된 커패시터의 양은 안전을 이유로 제한된다. 이러한 조건하에서 이상회로(23)는 몇개의 커패시터(29, 47) (제 9 도)를 포함하는 것이 유리하다는 것이 알려졌다. 이 경우 각 부가 커패시터(47)는 부가 정류기(49, 50)의 접합부(48)에 접속된 한 단자를 갖는데, 이것은 정류기(24,25)와 동일한 극성으로 정류기(17)의 출력부에 접속된다. 커패시터(47)의 다른 출력부는 주 커패시터(29)의 대응 단자에 결합된다.

제 10 도에 도시되는 것은 인버터(2)의 또다른 실시예인데, 여기서 제 1 이상회로(22)는 부가 초우크(51)를 포함하고 제 2 이상회로(23)는 부가 커패시터(47)를 포함하는데, 이 경우 부가 초우크(51) 및 커패시터(47)의 양은 제 9 도에 도시된 것과 같이 결정된다.

소정 실시예에서 인버터(2)는 사실상 병렬로 작동하는 저 전력 소자(초우크(28, 51), 커패시터(29,47), 정류기(17,53))로 구성되고, 이것은 고전력 서플라이 네트워크에 적당하다.

이 실시예에서 인버터(2)는 또한 그 a-c 대각선에 부가 초우크(51) 및 커패시터(47)를 갖는 제 2 브리지 회로(53)도 포함한다. 브리지 회로(53)는 정류기(54, 55, 56, 57)에 기초하는데, 상기 정류기는 주 브리지 회로의 정류기(18-21)와 동일한 극성으로 접속되어 있다. 브리지 회로(53)는 인버터(2)의 출력부에 접속된다.

만약 제어 파워 서플라이가 삼상장치이면 그것은 각 상내에 적어도 1 개의 교류대 직류단상 인버터(58, 59, 60) (제 11 도)를 갖고, 모든 인버터(58-60)는 d-c 측 상에 병렬로 접속되고 전극(4,5)에 접속된다.

정합 변압기(13)는 각 상내에 일자권선(61,62,63)을 각각 갖는 삼상장치이다. 각 상내에 독립 변압기를 사용하는 것도 가능한데, 이들 변압기의 권선은 삼상변압기 권선과 동일한 방법으로 접속되어 있다.

모든 단상 변압기(58-60)(제 11 도)의 정류기(17) (제 1 도)는 단일 정류기(17')로 결합되는데, 상기 단일 정류기는 단일 브리지회로의 형태로 각 상을 위해 각각 반도체 다이오드(18-21) 둘레에 형성된다.

상술된 대로 형성된 삼상 인버터(2')는 또한 각 상내에 2 개의 이상회로(22, 23) 및 상기 이상회로에 대응하는 2개의 부가정류기(24,25)를 갖는다. 그렇게하면서 모든 상의 정류기(24, 25)는 공통 브리지 회로의 정류기(18-21)와 동일한 극성으로 접속되고 정류기(17')의 출력부에 접속된다. 정류기(24, 25)쌍의 접합부(26)는 대응하는 상의 이상회로(22, 23) 접합부(27)에 접속된다.

제 12 도는 삼상 인버터(2')를 형성하는 단상 인버터를 도시하는데; 이들 인버터 각각은 이상회로(23) 및 커패시터(29)를 포함하는 회로를 통해 전류의 상승률을 감소시키기 위한 회로(40)를 갖는다.

본 발명의 일 실시예도 가능한데, 여기서 각 전극(4,5) (제 13 도) 및 부가정류기(24, 25)의 같은 출력부 사이에는 부가 초우크(64.65)가 각각 삽입되어 있고, 상기 부가 초우크는 커패시터(29)를 갖는 이상회로(23)를 포함하는 모든 삼상회로내에서 전류의 상승률을 감소시킬수 있도록 한다. 이 경우 단지 2 개의 초우크(64, 65)만이 필요하다.

제 11-13 도에 도시된 각 삼상 인버터는 상술된 대로 제 1-10 도에서 도시된 모든 단상 인버터로 만들어질 수 있다. 이들 삼상 인버터의 각 상은 d-c 측상에 몇개의 병렬접속 단상 인버터로도 만들어질 수 있다. 이 경우 제 1-10 도에서 도시된 모든 단상 인버터를 한 상내에 병렬로 접속하는 것이 가능하다.

삼상 파워 서플라이에서 커패시터(29)를 포함하는 이상회로(23)에는 이 변압기(13)의 상이한 상에 배치된 변압기(13)의 2개 권선(66, 67) (제 14 도)이 제공될 수 있다. 권선(55, 67) 및 커패시터(29)는 직렬로 접속되고 이상회로(23')를 형성한다. 상이한 상에서 권선(66, 67)의 위치는 변압기(13)의 2 상 사이의 이상회로(23')를 통한 스위칭 전류 파동의 분산을 제공하고 이것은 일차권선(61-63)내 및 파워라인으로 부터 소모된 전류내의 고조파 진폭을 감소시킨다.

동일한 삼상 파워 서플라이에서 부가 초우크(64, 65)는 전류상승률을 억제하도록 제 l3 도에 도시된 대로 접속된다.

상기에 따라 상이한 상내에 2 개 권선(66, 67) 및 커패시터(20)를 갖는 이상회로(23')를 구비한 제어 파워 서플라이를 위한 삼상 인버터(2')는 이상회로(22, 23)의 접합부(27)를 모든 상내에서 부가 정류기(24, 25)의 접합부(26)에 접속하는 회로(40) (제 15 도)를 가져서 전류 상승률을 억제할 수 있다. 각 회로(40)는 초우크(41)를 포함한다.

모든 상의 직렬접속 이상회로(22, 23)는 제 16 도에서 도시되는 대로 델타회로를 구성한다. 그렇게 하여서 커패시터(29)를 포함하는 제 1 상의 이상회로(23)의 출력부분은 초우크(28)를 포함하는 제 2 상의 이상회로(22')의 출력부나, 초우크(28)를 포함하는 제 3 상의 이상회로(22')의 출력부에 접속되는 반면, 제 2 및 제 3 상의 이상회로 (23', 23" )의 출력부는 제 1 상에서 회로(23)의 접속부에 유사하게 접속된다. 이런식으로 상이한 상의 이상회로의 형성 접합부(68, 69, 70)는 델타의 "정점"이고, 이들 접속부는 인버터의 한 상으로부터 다른 상으로의 전류 경로를 생성하며, 이것은 외부 특성의 변화를 일으킨다.

모든 단상 인버터의 정류기(l7)는 제 11 도에 도시괸 형태로 되거나, 반도체 다이오드(72, 73)에 기초한 단일 브리지 회로(71)의 형태로 만들어진 공통 정류기내에 결합될 수 있고, 상이한 상의 이상회로(22, 23)의 접합부 (68, 69, 70)는 이 회로의 a-c 대각선인 공통 브리지 회로(7l)의 대응 입력부에 접속된다.

그렇게 하여서 제 1 상 (제 l1 도)의 정류기(18, 19) 및 제 2 상의 병렬 접속 정류기(20, 2l) (또는 제 3 상의 정류기(20, 21))는 정류기(72, 73) (제 16 도)의 단일 쌍내로 결합되고, 잔여 상의 정류기(18, 19, 20, 21)는 유사한 방법으로 결합된다. 정류기(20, 21)와 정류기(18, 19)의 병렬접속은 인버터(2')(제 l1 도)내의 이상회로를 델타로 접속할 때 발생한다.

상기에 따라 직렬 이상회로(22, 23)가 델타로 접속된 삼상 인버터(2') (제 17 도)에는 전류 상승률 억제 회로(40)가 제공될 것이다.

제 18 도는 모든 상의 직렬접속 이상회로(22, 23)가 "시동" 네트의크에 접속된것을 도시하는데, 이 경우 인버터의 무부하 전압은 3 의 제곱근 계수만큼 증가하는 반면 그것의 단락회로 전류는 사소하게 변화한다. 모든 삼상의 초우크(28)를 포함하는 이상회로(22)단자 (또는 모든 삼상의 커패시터(29)를 포함하는 이상회로(23) 단자)는 상호접속되고 "성형"의 접합부(74)를 형성한다. 이 접속은 파워 서플라이 무부하 전류의 증가를 일으킨다. 이 경우 모든 단상 인버터의 정류기는 제 1l 도에 따라서 d-c 측 상에 병렬로 접속될 수 있거나, 그들은 반도체 다이오드(20, 21)(또는 18, 19) 및 (76, 77)에 기초한 브리지 회로(75)의 형태로 만들어진 공통 정류기(제 18 도)로 구조적으로 결합되는데, 이 경우 모든 삼상의 이상회로(23)(또는 22)의 자유단부는 대응 정류기(20, 21) (또는 18, 19)에 접속되고, 모든 상의 이상회로(22)(또는 23)의 접합부(74)는 정류기(76, 77)에 접속된다.

제 14 도는 점(74)에서 성형으로 상호접속되는 각 상내에서의 3개 직렬접속 이상회로(22, 23, 23')를 갖는 인버터(2)를 도시한다.

모든 상의 직렬접속 이상회로(22, 23)는 또한 "슬립 델타"회로 (제 19 도)내에 접속될 수 있고, 여기서 한 상의 모든 상내에서의 이상회로(21)의 단부(78) (또는 회로(22)의 단부(79))는 다른 상의 이상회로의 접합부(27)에 접속된다. 이 경우 무부하 전압은 상승하고 병렬 접속의 외부특성은 변화한다.

이 시스템에서 커패시터(29)를 포함하는 제 1 상 이상회로(23)의 출력부(78)(또는 초우크(28)를 포함하는 이상회로(22)의 출력부(79))는 제 2 상 이상회로(22, 23)의 접합부(27)(또는 제 3 상 이상회로(22, 23)의 접합부(27))에 접속되는 반면, 제 2 및 제 3 상에서 이상회로(23)의 출력부(78) (또는 회로(22)의 출력부(79))는 제 1 상에서의 접속과 유사하게 이상회로의 접속부(27)에 접속된다.

모든 삼상의 정류기(71)는 제 11 도에 따라서 d-c 측 상에 병렬로 접속되거나, 모든 삼상에서 단상 정류기(17)의 정류기(20, 21) (제 19 도) (또는 18, 19)는 한 쌍의 부가 정류기(80, 81)내 제 2 또는 제 3 상의 부가 정류기(24, 25)와 구조적으로 결합되고, 모든 삼상의 정류기(18, 19)(또는 20, 2l)는 하나의 공통 브리지 회로(82)를 형성하고, 모든 삼상의 이상회로(22) 출력부(79) (또는 이상회로(23) 출력부(78))는 이 브리지 회로의 d-c 대각선인 공통 브리지 회로(82)의 대응 입력부에 접속된다.

삼상의 단상 이상회로(22, 23)가 "성형" 이나 "슬립 델타형" 으로 접속된 삼상 인버더(2')는 각 상내에 전류 상승률 억제회로(40)를 갖는데, 이 억제 회로는 단상의 이상회로(22, 23)의 접합부(27)를 부가 정류기(24, 25)(제 18 도)의 대응 접합부(26)와 접속하거나 부가 정류기(80, 81)(제 l9 도)의 대응 접합부(88)와 접속한다. 각 회로(40)는 초우크(41)를 포함한다.

삼상 인버터(2)(제 20 도)는 각 상내에 전류 상승률 억제 회로(40)를 갖고, 이 인버터 각 상에서 커패시터(29)를 포함하는 이상회로(23)의 단부(78) 또는 초우크(22)를 포함하는 이상회로(22)의 단부(79)는 부가 정류기(80, 81)의 접합부(83)에 접속되고 다른 상에서는 전류 상승률 억제 회로(40)에 접속된다. 그러한 접속은 전류 상승률 억제회로(40)상의 부하를 감소(제 19 도의 접속에 비하여) 시킨다.

델타 "성형" 및 "슬립델타" 에서 상이한 상의 이상회로 접속부는 모든 삼상인버터에서 수행될 수 있고, 이것은 상술된 대로 d-c 측 상에서 그들을 병렬로 접속함으로써 제 1-8 도 및 제 10 도에 따라 단상 인버터로 구성된 것이다.

상이한 상의 이상 회로들간 접속부는 고정적(제16-20도)이거나 스위치(84)(제 21 도)를 통하도록 만들어졌다. 스위치(84)는 인버터(2")의 출력특성 및 무부하 전류 전압을 단계적으로 변화시키도록 한다.

전기 아아크 로를 위한 제어 파워 서플라이는 다음과 같이 동작한다.

동작에 앞서 비교기(6)에는 인버터 무전류 전압(U_do)보다 다소 높은 소정 값의 정류전압(U₈)이 공급된다. 이 경우 양의 신호가 비교기(6)의 출력부에서 발생되고 로(1)의 전극(4)은 그것의 최대 정상 위치로 들어올려진다. 동시에 a-c 병렬 라인으로 부터의 전압은 인버터(2)의 변압기(l3)에 인가된다. 로(1)의 전극(4)이 상승되면 인버터(2)상에는 아무 부하도 없고 반웅소자(초우크(28 ) 및 커패시터(29))상에서는 아무 전압 강하도 관잘되지 않는다. 무 부하 전압(U_do)이 정류기(17)의 출력부에서 나타난다. 무부하 전압은 변압기(13)의 두 이차 권선(15,16) 전압의 합이다.

병렬부를 동작하도록 하기 위하여 정류전압(U₈)의 소정값은 비교기(6)에 인가되고, 전압(U₈)은 인버터(2)의 무부하 전압보다 낮다. 비교기(6)의 출력부에서 음의 신호가 발생되고, 이것은 전극(4)이 아래로 움직이도록 하며 이것은 회로(1)에 단락회로가 나타날 때까지 계속된다. 이 경우 인버터(2)의 출력전압은 거의 제로로 하강하여 비교기(6)의 출력부에서 양의 신호가 나타나도록 하고, 전극(4)이 움직이기 시작한다. 그렇게 하면서 전기 아아크가 로(1)내에서 전극(4)과 전하사이에서 생성되고, 이 아아크의 길이는 증가되기 시작한다. 로(고전류 범위내에서)내의 고전력 전기 아아크가 있는 상태에서 전압은 아아크 길이에 거의 정비례하여 의존하고 파워 서플라이의 전류(I_d)에는 거의 의존하지 않는다.

전극(4)의 상향 운동동안 아아크 길이 및 아아크 양단의 전압(U₁)은 증가한다. 인버터(2)는 아아크 전압의 매개변수 방식으로의 변화 즉 제어활동없이 전류 및 전압의 새값을 정함으로써 표시되는 부하 변이와 서로 작용한다. 소정 아아크 길이를 위해 필요한 전압(U₁)은 아아크와 직렬로 접속된 초우크(28) 및 커패시터(29)상의 전류 위상 및 전압 강하의 변화로 인하여 자동적으로 달성된다.

전극(4)은 상승되고 아아크 길이는 정류 전압(U_d)이 정류 전압(U₈)의 소정값과 동일하게 될 때까지 증가한다. 이 경우에 전압 조절기(9)의 출력부에서의 신호는 제로일 것이고 전극(4)은 정지한다. 그러면 위치(4)는 전하가 용해됨에 따라 자동적으로 보정된다· 소정 전압(U₈)의 변화는 새 전압이 얻어질 때까지 아아크 길이의 변화를 초래한다.

상술한 제어는 전극 위치 제어 회로 및 파워 회로내에 반응소자를 갖는 인버터의 플라스마 특성의 결합으로 인하여 가능하다. 이 계획에서 전기량 즉 아아크 전압 및 동시에 인버터 출력부에서의 전압은 전극(4)을 움직임으로써 기계적으로 제어된다. 인버터(2)는 제어 정류기를 필요로 하지 않는다.

아아크 전압(U₁)은 단락회로 동작 모드에서의 제로로 부터 인버터(2)의 무부하 전압(U_do)까지 변화할 수 있으므로, 우리는 인버터(2)의 3 개 독립 동작 모드를 구별할 수 있다. 제 1 모드는 고부하 전류하에서 단락회로를 갖는 동작에 대응하고, 제 2 모드는 정격 조건하 및 그 부근에서의 동작에 대응하며, 제 3 모드는 저부하 전류 또는 무부하 전류에 가까운 동작에 대응한다. 제 l 도에 도시된 회로에 따른 단상 파워 서플라이에 대하여 분포도 I_d= f(U_d)가 제 22 도에 주어졌다. 이들 3 개의 동작 모드는 인버터(2)에서 총 6루프(제 l 도)인 전류 루프의 합성 순서 및 지속기간에 따라 다르다.

제 1 루프: "권선(15)-초우크(28)-정류기(l8)-로(1)-정류기(25)-권선(15)" ; 제 2 루프: "권선(16)-커패시터(29)-정류기(20)-로(1)-정류기(25)-권선(16)" ; 제 3 루프 : "권선(16)-커패시터(29)-정류기(20)-로(1)-정류기(19)-초우크(28)-권선(16)" ; 제 4 루프 : " 초우크(28)-권선(15)-정류기(24)-로(1)-정류기(19)-초우크(28)" : 제 5 루프 : "커패시터(29)-귄선(16)-정류기(24)-로(1)-정류기(21)-커패시터(29)";제 6 루프:"권선(15)-초우크(28)-정류기(18)-로(1)-정류기(21)-커패시터(29)-권선 (16)-권선(15)".

제 1 및 4 루프에서 로는 유도성 이상회로(22)로 부터 공급되고, 제 2 및 5 루프에서 로는 이상회로(23)로 부터 공급된다. 그렇게 하면서 이 회로내의 파워서플라이 전압은 하나의 이차권선(15 또는 16)과 동일하다. 제 3 및 6 회로에서 로는 직렬로 접속된 이상회로(22,23)로 부터 공급되고, 이들 루프내의 파워 서플라이 전압은 두 이차권선(15,16) 전압의 합과 동일하다. 이들 3 쌍의 루프중에서 그들중 하나 예컨대 제 1 의 것은 제 1 반파장내에 존재하는 반면 제 2 의 것 예컨대 제 4 의 것은 제 2 반파장내에 존재한다.

모드(1)에서 (제 22 도) 인버터(2)의 동작은 다음과 같이 실행된다:

모드(1)에서의 동작 동안 제 1 및 제 2 전류 루프는 제 1 반파장내에서 형성되는 반면 제 4 및 제 5 전류 루프는 제 2 반파장내에서 형성된다. 제 3 및 제 6 루프는 사실상 없다. 제 1 모드에서 정류기(17) 앞의 회로에서 전류 및 전압은 거의 사인 형태를 갖는다. 이 사실로 인하여 우리는 저 아아크 전압(제 23 도)을 위해 주어진 벡터 도형을 사용할 수 있다. 제 23 도에서 전류, 전압 및 기전력 벡터의 첨자는 제 1 도에서 소자의 참조숫자에 대응한다. 정류기 입력부에서의 전압은 U_rl,U_rZ및 U_r3로서 주어진다. 권선(15)의 표유 전자계의 등가 유도성 리액턴스 양단의 전압 강하는 U_s15로서 언급되고, 권선(16)의 표유 전자계의 등가 유도성 리액턴스는 U_s16으로서 주어진다. 벡터 도형(제 23 도)은 이상회로(22,23)의 접속부의 점(27)과 관계하여 구성된다. 이 경우 변압기(13)의 이차 회로로 부터 일차 회로로의 전송 공정에서 한 권선(16)의 전류 및 전압 벡터는 그들의 방향을 반전시키는 반면 다른 권선(15)의 전류 및 전압 벡터는 그들의 방향을 변화시키지 않는다. 일차 권선에 관련된 이차 권선 전류(I₁₅, I₁₆)는 I'₁₅및 I'₁₆으로서 주어진다. 이들 전류는 크기에서 같고, 이차 권선(15,16)의 기전력 벡터(E₁₅, E₁₆)에 관계된 상이한 방향으로 동일한 각도를 회전한다. 이것은 예컨대 이차권선(15,16)의 전압이 동일하게 취해진다는 사실로 인해 달성된 것인 반면 이상회로(22,23)내 반응소자 (초우크(28) 및 커패시더 (29))의 리액턴스는 다음 조건으로 부터 선택된다.

X_Z= X_C÷ X_S'(1)

여기서

Xz는 초우크(23)의 유도성 리액턴스이다.

Xc는 커패시터(29)의 용량성 리액턴스이다.

Xs는 변압기(13)의 표유 전자계의 유도성 리액턴스이다.

전류(I'₁₅, I'₁₆)의 기하학적 합은 서플라이 전압과 위상이 같은 소모전류(I₁₄)이다. 이렇게 하여 소모전류(I₁₄)의 무효분은 제 1 동작모드에서 보상된다. 두 이상회로(22,23)의 접합부로 부터 전류(I₂₂, I₂₃)의 기하학적 합인 전류(I_r)가 흐르고, 제 1 동작모드에서 이 전류는 브렌치(I₂₂또는 I₂₃) 전류보다 훨씬 더 높다.

동작모드(1)의 특수한 경우는 단락회로 모드이다. 이 경우에 정류기(17)의 출력부에서의 전압은 그 입력부에서와 마찬가지로 제로와 같다. 이것은 초우크(28)의 두 단자가 권선(25)에 접속되었을 때 및 커패시터(29)의 두 단자가 권선(16)(상호간에 단락된 각 이상회로(22,23)의 시작 및 단부)에 접속되었을 때와 동일하다. 변압기(13)의 권선(15,16)전압은 전류를 제한하는 반응소자(28,29) 양단의 전압강하에 의해 균형이 맞추어진다. 이 경우 전류(22,23)는 사실상 이들 브렌치의 접합부에 관계한 위상이다. 이들 전류의 합 또는 합성전류(I_r)는 회로(22,23)의 이 접합부로부터 부가 정류기(24,25)로 흐르고, 여기서 정류된 다음 로(1)의 단락된 전극(4.5)으로 흐른다. 그러므로 로(1)의 단락전류는 두 이상회로(22,23)의 전류합 레벨에 제한된다. 회로(22,23)의 동일 전류는 거의 반대위상으로 일차권선(l4)내에서 합계되고, a-c 본선으로 부터는 에너지 손실을 메우기 위한 단지 작은 전류만이 소모된다. 단락회로 조건하에서 초우크(28) 및 커패시터(29)는 병렬LC 회로를 형성하는데, 여기서 반응소자(28,29)들간의 에너지 교환은 변압기(13)의 이차권선(15,16)을 통해 실행된다.

모드 Ⅲ 에서의 인버터(2)(제 22 도)는 다음과 같이 동작한다.

모드 Ⅲ 에서의 동작동안 제 3 전류모드는 제 1 반파장내에 있고 제 6 전류루프는 제 2 반파장내에 있다. 이상회로(22,23)의 접합부(27)로 부터 부가 정류기(24,25)까지는 전류가 없다. 초우크(28) 및 커패시터(29)는 직렬로 접속되고 그들의 리액턴스는 상술된 조건(1)에서 유래되어 선택된다. 그러므로 직렬 LC 회로가 형성되고, 제 1 고조파용 반응소자(28,29)상의 전압강하는 상호 보상된다. 로(1)는 권선(15,16) 전압의 거의 산술합으로써 정류기(17)를 통해 공급된다. 이 동작모드에서 전류는 차단되고 직렬접속 권선(15,l6)에서의 순간전압이 아아크 전압보다 높을 때 각 중간에서 나타난다. 이 경우 고전류 조파 및 일정 유도성분이 발생한다. 고조파의 비율은 비교적 낮은데 왜냐하면 LC-회로가 일부 고조파를 억제하기 때문이다.

공칭 동작모드(85)(제 22 도)에서 아아크 파워 안정화의 효과는 그자체를 다음과 같이 증명한다:

변압기(13)의 이차권선(15,16)과 연합하여 전류제한 회로(22,23)의 병렬로 부터 직렬접속으로 및 그 반대의 경우로의 스위칭과 동시에 변압기(13)의 변압비가 변화한다. 권선(15,16)이 직렬로 접속된 모드 Ⅲ로 부터 상기 권선(15,16)이 병렬로 접속된 단락회로 모드로 전환하는 경우 변압비는 거의 두배로 높다.

서플라이 전압의 각 반파장내 모드 Ⅱ에서 이상회로(22,23)는 병렬접속으로 부터 및 역으로 전환되고, 직렬접속 존재 지속기간에 대한 병렬접속 존재의 비는 아아크 전압에 따라 계속적으로 변화한다. 이것은 변압기(13) 변압비의 계속적 변이와 동일하다.

최대 소모 교류 전류(I₁₄)(제 22 도)에 의해 정의되는 공칭 동작 조건하에서, 로(1)의 전류(I₁)는 하나의 이차귄선(15 (16)) 전류보다 다소 높고, 로(1)의 전압은 두 이차귄선(15,l6)의 전압합보다 다소 낮은 반면, 로(l)의 입력 파워(유효손실을 고려하면)는 이 동작모드에서 변압기(13) 파워의 95-96% 와 같다. 상대 전압으로 부터 정격전압(U_dn)으로의 아아크 전압의 작은 편차로 인해 로(1)의 파워 뿐만 아니라 소모전류(I₁₄)(제 22 도)도 사소하게 변화한다. 이것은 전압비의 변화를 희생한 아아크 전압 강하가 아아크 전류의 그러한 상승을 초래하여 전류 및 전압곱이 아주 적게 변화한다는 사실에 기인한다. 동작 과정중에 나타나는 아아크 전압 변동은 파워에 아무런 중요한 변화를 일으키지 않고, 로(1)는 사실상 안정 최대 입력 파워를 갖는다.

파워 서플라이는 아아크 파워를 제어할 수 있도록 한다.

만약 아아크 전압이 공칭 전압에 비례하여 크게 강하면 소모 교류 전류(I₁)(제 22 도) 및 로(1)의 입력파워는 감소하기 시작한다. 이것은 전극(4)의 위치를 변화시킴에 의해 로(1)의 아아크 파워를 제어하도록 한다. 예컨대 전극(4)이 낮아지면 아아크의 길이 및 전압은 줄어들고 인버터(2)는 전류 및 전압의 새값을 정함으로써 이 작용에 응답한다. 전류 및 전압의 새값의 곱은 구값의 곱보다 낮으므로 파워는 새 고정점에서 보다 낮다. 공칭 파워(86)의 100 내지 60% 범위에서의 그러안 제어로써 유효도는 사실상 동일하게 유지된다. 제어범위의 그 이상의 증가와 함께 유효도는 감소하기 시작하고 후속적 제어는 비합리적이 된다. 파워계수는 제어의 전체 범위에서 높게 유지되는 반면, 소모 교류 전류의 고조파는 먼저 약 30% 만큼 증가하고 그 다음에 감소하기 시작한다.

제어 과정중에 아아크는 짧아진다.

제어 과정의 끝에서 전압은 공칭값을 2 내지 3 계수 만큼 초과하는 반면 전류는 공칭값을 30-50% 만큼 초과하는데 즉, 파워에서의 감소는 아아크 전류에서의 증가를 수반한다. 그러므로 아아크 길이는 파워의 강하에 비례하지않고 보다 높은 속도로 강하한다. 그래서 파워 강하는 보다 짧은 아아크 로의 전환을 수반한다. 짧은 아아크를 갖는 동작은 응용 과정의 어떤 단계에서 로(1)의 라이닝에 대한 아아크의 파괴적 효과를 줄이는데 적당할 수 있다.

만약 필요하다면 아아크를 짧게 하는 정도가 증가할 수 있다. 이것은 제 6 도에서 도시되는 대로 인버터(2)의 전류 제한 회로(22,23,24)를 증가시킴으로써 달성된다. 일반적인 경우에 유도성 회로(34) 및 용량성 회로 둘다가 부가될 수 있다. 회로(22,23,34)의 매개변수가 선택되어서 첫째로, 단락회로 모드에서 커패시터(29)의 무효전력(Q_C) 의 합은 초우크(28,35) 의 무효전력(Q_L) 및 변압기(13)의 표유 전자계의 인덕턴스(Q_SL)의 합과 동일한데, 즉

∑Q_C= ∑Q_L+ Q_SL(2)

둘째로, 모든 직렬접속 이상회로(22,23,34)의 총 리액턴스는 제로에 가까와야 한다. 회로양의 증가는 파워 서플라이의 동작에서 변화를 일으키지 않는다. 그러나 이들 회로의 증가는 무전류 전압 및/또는 인버터(2)의 단락호로 전류의 증가를 초래한다. 예컨대 소자(28,29,35)의 동일 전압 및 리액턴스를 갖는 브렌치에 대하여 파워 서플라이의 무전류전압(U_do)은

U_do= nU_br(3)

파워 서플라이의 단락회로 전류는

I_ds nI_sbr(4)

이상회로의 합성파워(S_br)는

∑ S_br= nI_sbrU_br(5)

그리고 비율은

U_doI_dS/∑S_br n (6)

여기서 n 은 이상회로(22,23.24)의 수,

U_do는 파워 서플라이의 무전류 전압,

I_ds는 파워 서플라이의 단락회로 전류,

U_br은 단일 이상회로(22)(또는 23, 또는 24)의 공칭전압,

l_sbr은 단일 이상회로(22)(또는 23, 또는 34)의 단락회로 전류,

S_br은 단일 이상회로(22)(또는 23, 또는 34)의 총파워이다.

식(6)에서 무전류 전압의 곱은 회로(22,23,34)의 수에 거의 정비례하여 증가한다. 변압기(13)의 이차권선(l5,16,33)의 증가는 변압계수의 변화범위를 증가시키고, 권선은 병렬접속으로 부터 직렬접속으로 전환된다.

단상에서 3 개 이상회로를 가진 교류대 직류 인버터를 갖는 삼상 파워 서플라이는 유사한 방식으로 동작한다(제 14 도).

인버터의 주요동작은 전류회로가 반파장마다 4 번 전환될 때 제 2 동작 모드에서 발생한다. 전류회로의 스위칭은 파워 서플라이 소자 양단의 단계적 전압변화를 일으키고 이것은 차례로 이 소자를 통해 흐르는 전류의 사인 형상을 왜곡시킨다. 이러한 이유로 회로에서 소모된 전류는 또한 비사인곡선형인 반면 정격 동작 조건하에서 이 전류의 조파는 약 15∼20% 에 달진다.

전압 점프가 전류를 더 많이 왜곡할수록 이 전류회로내의 인덕턴스는 더 낮다. 최소 인덕턴스는 커패시터(29)를 통해 연장되는 제 2 및 제 5 전류 회로를 갖는다.

그러므로 제 7 도에서 도시된 인버터(2)에는 초우크(41)의 형태로 만들어진 전류 상승률 억제회로가 주어지는데, 이것은 그들의 총 인덕턴스를 증가시키는 성형 제 2 및 제 5 회로 소자들중 하나로서 2의 계수만큼 파워 네트워크로 부터 소모되는 전류내의 고조파 레벨을 줄일 수 있도륵 한다. 제 1 및 제 2 동작모드에서 제 1 조파 전류로 부터의 전압강하는 부가 초우크(41)에서 발생한다. 이 전압(U₄₁)의 벡터(제 24 도)는 변압기(13)의 권선(15)전압과 거의 유사한 상을 갖는다. 전압(U₄₁)은 정류기(17)의 입력부에서 거의 동일한 작용과 16 양단에서 동일한 전압 증가를 수행한다. 그러므로 부가 초우크의 사용은 반응 소자 : 초우크(28,41) 및 커패시터(29)에서 무효전력의 비율을 변화시킨다. 소모전류의 무효분에 대한 보상을 유지하기 위하여 변압기(13), 초우크(28,41) 및 커패시더(29)의 매개변수가 단락회로 조건하에서 무효전력의 균형을 관찰하도록 선택되는데 즉, 커패시터(29)의 무효전력은 초우크(28,41) 및 변압기(13) 표유전자계의 무효전력의 합과 동일하다. 이것은 무효 전력보상을 제공한다. 공칭 동작모드에서 부가 초우크를 통한 전류는 커패시터(29) 및 초우크(28)(제 22 도)를 통한 전류의 약 2 배 만큼 낮다. 그러므로 커패시터(29)를 포함하는 회로(23) 및 초우크(28)를 갖는 회로(22)의 접합부(27), 부가 정류기(24,25)를 통한 로의 전극(4,5)에의 부가 초우크(41)의 접속은 이상회로(23)내에서 부가 초우크의 커패시터(29)와의 직렬접속보다 바람직하다.

부가 초우크(41)는 인버터(2)(제 7 및 8 도)의 a-c 회로에 있고, 또는 초우크(64(65))는 d-c 회로(2')(제 14 도)에 있다. 인버터(2')의 d-c 회로내에서 부가 초우크(64(65))의 사용은 삼상 파워 서플라이에 구조적 이점을 제공하는데, 여기서 모든 삼상 초우크를 결합하여 단일 초우크(64 또는 65)가 되도록 할 수 있다. 그러나 부가 초우크(64, 65)가 a-c 회로내에 있는 회로에서 부가 초우크(64,65)를 갖고 회로내 고조파를 억제하는 것은 부가 초우크(4l)가 인버터(2)(제 7,8 도)의 a-c 회로내에 있는 유사 실시예에서 보다 다소 더 나쁘다.

위상 수를 증가시키는 주지의 방법에 더하여 삼상 파워 서플라이내의 고조파 레벨은 변압기(13)(제 14,15 도)의 상이한 위상내에 배치된 이상회로(23)내의 2개 권선(66,67)을 사용함으로써 줄어들 수 있다.

이 작용은 커때시터(29)를 포함하는 이상회로(23)내 서플라이 전압의 위상을 다른 이상회로(22)내 서플라이 전압에 관하여 약 30% 만큼 변화시킨다. 이 경우 이상회로(23)를 공급하는 변압기(13)의 각 위상은 하나의 권선(l6)대신에 2개 권선(66,67)을 갖는다. 그러면 1 개 이상회로(23)를 통한 스위징 회로 점프는 변압기(13)의 2개 위상사이에 분산되고 이것은 파워 서플라이 네트워크로 부터 소모된 전류내의 고조파 진폭을 줄인다.

로(1)의 동작 조건하에서 파워 서플라이의 총 파워가 필요하지 않을때 파월 서플라이는 파워 서플라이 네트워크에 무효전력을 생성하도록 사용될 수 있다. 이것 때문에 초우크(28)를 포함하는 이상회로(23)에서 정류기(18(제 2a 도) 및 19)는 제어 정류기 즉 예컨대 18 및 l9 다이리스터로서 만들어진다. 다이리스터에 제어펄스가 없는 상태에서는 이상되로(22)를 통해 흐르는 전류가 없고, 로는 이상회로(23)를 통해 공급된다. 이 회로(23)내의 커패시터(29)는 이 권선(16)의 전압 위상에 관하여 변압기(l3)의 권선(16) 전류의 전진 이상을 일으킨다. 그렇게 하면서 무효전력은 변압기(13)의 권선(14)을 퉁해 네트워크에 공급되고, 이 파워의 최대값은 소스 정격 파워의 약 30% 와 같다. 정류기(18,19)의 열림 각도를 조절함으로써 제어 무효 전력은 계속적으로 사실상 제로로 줄어든다. 그러한 모드에서 무효 전력 발생은 또한 로(1)내의 아아크 길이에 의존하고 아아크 길이의 증가는 무효 전력 발생을 감소시킨다.

반면 이상회로(22)를 통한 전류의 감소는 로(1)에 공급되는 유효 전력을 감소시킨다. 그러므로 최대 유효 전력을 갖는 즉, 공칭 동작 모드에서 무효 전력의 발생이 가능하다.

무효 전력 제어에 더하여 제어 정류기(18,19)는 유효전력의 연속 제어 범위를 넓힌다. 정류기(18,l9)가 비전도성이고, 전극 의치를 제어함에 의한 제어 유효도의 사소한 감소를 갖게 되면 유효 전력은 공칭값의 대략 15-20 % 로 줄어든다. 이 경우 무효 전력은 항상 네트워크에 발생된다.

각 상내에 1 개의 단상 인버터(58-60)를 갖는 삼상 파워 서플라이에서 이들 단상 인버터(58-60)는 d-c 측에서 병렬로 접속된다. 병렬 접속 단상 인버터(58-60)의 출력 전압은 이들 만상 인버터(58-60)의 동작 동안 개별적으로 동일한 반면, 출력 전류는 어떤 인버터(58)(59,60)의 전류의 약 3 배이다. 이 파워 서플라이의 합성에서 단상 인버터(58-60)의 동작 과정은 개별적으로 취해진 이들 인버터(58-60)의 동작과 약간 다르다.

만약 삼상 파워 서플라이가 d-c 회로내에서 부가 초우크(64,65)를 갖는 1개 단상 인버터(58-60)를 각 위상내에 가지면, 초우크(64,65)에 나타나는 전압은 모든 삼상의 부가 정류기(24,25)에 전송된다. 그러므로 한 위상에서 부가 정류기(24)(또는 25)를 통해 흐르는 전류에서의 변화는 잔여 위상에서 부가 정류기(24)(또는 25)의 스위칭 조건을 변화시킨다. 이것은 단독으로 취해진 이들 단상 인버터(2)(제 1 도)의 동작에 비하여 삼상 파워 서플라이의 합성에 있어서 단상 인버터(58-60)의 동작에 어떤 특질을 초래한다. 특히 부가 초우크(64,65)는 사실상 단락 회로 동작 모드에서 무효 전력의 균형에 아무런 영향도 갖지 않는다.

각 상내에 1 개의 단상 인버터(58-60)를 정식으로 갖는, 인버더(2')(제 1l 도)를 갖는 삼상 파워 서플라이에서, 만약 상이한 위상의 인버더(58-60)의 이상회로(22,23)의 직렬 회로가 델타(제 16, 17 도)나 성형(제 18 도)이나 "슬립 델타" 회로(제 19 도)로 접속된다면, 예컨대 무전류 동작 모드에서와 같이 회로(22,23)의 반응소자에는 전압이 없다. 인버터(2')의 무부하 전압은 회로에 반응 소자가 없는 경우와 동일할 것이고 즉, 그것은 변압기(13) 권선(15,16)의 델타 접속이나 성형 또는 "슬립 델타" 접속에 대응한다. 단락회로 모드에서 모든 위상의 각 이상회로(22,23)의 시작 및 단부는 로(l)의 단락 회로 전극(4,5) 및 정류기를 통해 브리지된다. 그러므로 단락회로 모드에서 무효 전력의 보상조건은 사실상 상이한 위상의 이상회로(22,23)들 사이 접속이 없을 경우와 동일하다. 그러나 로(l)의 단락회로 전극(4,5)을 통찬 전류는 이상회로(22,23)의 전류합보다 낮을 것이다. 이것은 상이한 위상의 이상회로(22,23)의 접속부인 점(68,69,70(제 16 도) 또는 74(제 18 도) 또는 27 (제 19 도))에서 회로(22(23))의 전류 일부분만이 로(1)의 정류기(l8-21) 및 전극(4,5)을 통과하는 반면, 이 전류의 다른 부분은 이상회로(22(23))를 통해 직접 흐른다. 이것은 델타 회로(제 16 도)에서 명백한데, 여기서 로의 단락회로 전류는 공칭 전류보다 단지 20-30 % 만큼 더 크다.

공칭 동작 조건하에서 및 파워 제어 범의내에서 전류는 또한 상이한 위상 회로(22,23)의 접합부(68,69,70(제 16 도) 또는 74(제 18 도) 또는 27(제 19 도))를 통해 인버터의 한 위상으로 부터 다른 위상으로 흐른다. 이들 위상간 전류의 크기는 특히 회로(22,23) 접합부에서 전류의 위상 이동에 의존한다. 위상 이동의 이 각은 회로의 일정 결선도에 의존하고, 제 l6,l7,l8 및 19 도에 도시된 접속된 따라 이들 각은 상이하다. 커때시터(29)를 포함하는 한 위상의 이상회로(22)가 다른 위상의 그것(제 16,17 및 19 도)에 접속되면, 이들 회로(22,23)의 전류 사이 위상 이동은 부하 즉 로(1)내의 아아크 길이에 따라 변화한다. 보통 삼상 변압기에서 변압기(13)의 상이한 의상의 권선(l5,16)내 전류 사이 위상 이동은 사실상 모든 부하에서 일정하다는 것이 주목될 것이다. 위상간 접속의 차이는 제 16,18 및 19 도에 따른 인버터를 갖는 파워 서플라이의 출력 특성이 상호간에 및, 모든 위상의 인버터(58-60)의 병렬 동작에 의해 특징지워지는 파워 서플라이의 그것들과 다르다는 것을 초래할 것이다. 제 16,l7 도에 도시된 파워 서플라이의 출력 특성은 또한 삼상 서플라이 전압의 연속 위상에도 의존한다. 위상 연속에서의 변화는 공칭 파워를 2 계수만큼 이상(以上)으로, 공칭 전압을 거의 2 계수 만큼 변화시킨다. 그러한 효과는 간단간 방법으로 1 개 제어 단계를 획득할 수 있도록 한다.

이 효과는 위상 연속의 변화가 삼상 파워 서플라이 시스템의 일정한 이상(120°) 및 반응 소자 전압으로 부터의 가변 이상을 합하는 조건을 변화시킨다는 사실에서 발생한다. 만약 커패시터(29)를 갖는 이상회로(23)가 제 1 위상에 있고 초우크(28)를 갖는 관련 이상회로(22)가 제 2 위상에 있으면 반응소자(28,29)의 가변 이상은 삼상 파워 서플라이의 일정 이상을 줄인다. 이것은 위상간 전류를 감소시키고 로(1)내의 정류기(72,73)를 통한 전류를 증가시킨다. 이에 반하여 만약 초우크(28)를 갖는 이상회로(22)가 제 1 위상에 있고 커패시터(29)를 갖는 관련 이상회로(23)가 제 2 위상에 있으면, 가변 이상은 일깅 이상을 증가시킨다. 이 작용은 위상간 전류를 증가시키는데 왜냐하면 l80°의 총이동 상태에서 이 전류 및 정류기(72,73)를 통한 전류가 최대이기 때문이다. 보다 강력한 소스에 대하여 고전류 및 파워를 위한 소자를 실현하는 것은 종종 어렵고, 예컨대 병렬로 직접 접속된 커패시터의 수는 안전을 이유로 제한되고, 매우 높은 전류를 위한 정류기는 이용할 수 없는 등이다.

그러한 경우에 파워 서플라이는 병렬로 동작하는 비교적 저전력 장치로 부터 조립된다. 이 장치는 제 8 및 9 도에 도시된 반응소자(커패시터 및 초우크)를 포함하고, 제 8 및 9 도는 정류기, 반응기 및 커패시터 배터리의 직접 접속된 커패시터 수의 감소를 도시한다.

병렬로 접속된 비교적 저전력 소자로 조립된 인버터(2)(제 9, 10도)는 파워 서플라이 동작내에 아무런 본질적 특질을 일으키지 않을 것이다. 독립 커패시터 배터리들(29,47) 사이의 전류는 이들 배터리의 커패시턴스에 비례하여 분산되는 반면, 개별 초우크들(28,51) 사이의 전류는 이들 초우크의 인덕턴스에 반비례하여 분산된다.

예컨대 전기 아아크 용접을 위한 것과 같은 몇몇 경우에 파워 서플라이 전압은 100V 보다 낮아야 한다. 이 파워 서플라이에서 정합 변압기(13)의 이차 회로에 있는 커패시터(29)는 저전압하에 있다. 이 커패시터(29)의 커패시턴스는 전압 제급에 반비례하여 의존한다. 그러므로 저전압은 커패시터(29)의 커패시턴스, 크기 및 비용의 증가를 초래한다. 이것은 만약 커패시터(29)가 제 3 또는 4 도에 도시된 회로에 따라 정합 변압기(13)의 일차 권선(14) 회로에 삽입되면 억제될 수 있다. 이 경우 커패시터(29)의 동작 전압은 서플라이 전압과 거의 같은 반면, 제 2 의 경우에 그것은 이 전압의 약 2 배이다.

커패시터(29)나 초우크(28)가 변압기(l3,30)의 일차권선에 있는 제 3,4,5도에서 도시된 인버터를 갖는 파워 서플라이의 실시예는 변압기(13)(제 1,2 도)의 이차 회로에 커패시터(29) 및 초우크(28)를 갖는 실시예에서와 거의 동일한 출력 특성을 갖는다. 이 사실로 인하여 전기 아아크 동작 모드에서 전극(4,5) 사이에는 사실상 전류가 흐르지 않는다. 이 실시예들간의 차이는 또한 사실상 정류기(17) 및 부가 정류기(24,25)의 동작 과정에서는 없다.

일차 권선(31)내에서 변압기(30)(제 3 도) 및 커패시터(29)와 이 사실은 전류가 커패시터(29)를 통해 흐를때 권선(31)에서 전압 변화를 일으킨다. 무부하 모드에서 변압기(30)를 자화하기 위한 저전류는 커패시터(29)를 통해 흐르고, 이것은 권선(31)에서의 전압을 네트워크 전압 이상으로 중가시키는 결과를 초래한다. 파워 서플라이의 단락회로 모드에서 변압기(30)의 두 권선 전압은 제로에 가깝다. 그러므로 변압기(30)에서의 전압 및 그 자기회로 내에서의 유도는 제로에서 정격값까지의 범위에서 아아크 전류에 따라 변화한다.

이상회로(23)가 직렬 및 동일한 극성으로 접속된 변압기(30)의 이차 권선(32) 및 변압기(10)의 일차권선(16)을 포함하는 제 5 도에 도시된 파워 서플라이의 실시예 동작은, 단락회로 모드에서 변압기(30)의 권선(32)이 정류기(17), 부가 정류기(24,25) 및 단락회로 전극(4,5)을 통해 변압기(13)의 권선(16)에 접속된다는 점에서 본질적으로 제 3 도에 따른 실시예와 다르다. 그렇게 하여서 변압기(30)내 권선(32)은 일차 권선의 역할을 하는 반면 권선(31)은 이차 권선의 역할을 할 것이다. 이 경우 권선(31)의 위상은 네트워크 전압상으로 부터 약 180°만큼 다르다. 커패시터(29)에 인가되는 것은 대략 권선(31) 전압 및 파워 서플라이 전압의 합이다. 아아크 전압의 변화는 비교적 작은 범의내에서 변압기(30)의 전압 진폭 변화로 이끄는 반면 이 전압 위상은 거의 180°변화한다.

제 3,4,5 도에 도시튄 인버터에서 전극들(4,5) 사이의 아아크 전류의 급강하로 인해 나타나는 커패시터(29)에서 전압의 d-c 성분은 변압기(30) 자기 회로의 포화 및, 커패시터(29) 및 변압기(30)사이 강자성 발진의 출현을 일으킨다. 이 바람직하지 못안 현상을 방지하기 위하여 변압기(30)의 커패시터 (29) 및/또는 권선(32)에는 아아크 전류가 급강하함에 따라 커패시더(29)의 방전 및 이 커패시터 전장에 누적된 전하 에너지의 소멸을 제공하는 회로가 병렬로 주어져야 한다. 예컨대 그러한 회로는 직렬 접속된 포화 반응기 및 저항으로 구성되거나 직렬 접속된 제어기 정류기 및 저항으로 구성될 수 있다.

변압기(13)(제 4 도)의 일차 회로에 초우크(28)를 삽입하는 것은 대략 제로로부터 네트워크 전압까지의 범위에서 변압기(l3)에서의 전압 변화를 초래하지만 철공진의 위험은 없다.

상술된 바와같이 논의중인 제어 파워 서플라이는 다소 단순한 방법에 의해 네트워크로 부터 소모되는 전류내 고조파 레벨을 즐일 수 있도록 한다. 이것은 파워 네트워크에 대한 파워 서플라이의 부정적 영향을 줄인다.

소모 전류내에서 고조파의 감소는 먼저 파워 서플라이가 예컨대 제어 반응기나 다이리스터와 같은 위상 제어를 갖는 소자를 갖지 않는 사실로 인해 달성된다. 위상 제어가 있는 상태에서 반파장의 시작부에서는 네트워크 전류가 없는 반면, 예컨대 반주기의 중간에서와 같은 어떤 순간에 반응기 코어 스틸은 제어 전류로 포화되거나 제어펄스가 다이리스터에 송신되고, 네트워크 전류는 부하 저항에 의해 결정되는 값까지 급격하게 증가한다. 그래서 전류 사인파가 왜곡된다. 제안된 파워 서플라이는 제어 소자의 부재로 인한 그러한 왜곡을 갖지 않는다. 반면에 사인파의 왜곡은 비제어 정류기 브리지 회로에서도 발생하는데, 상기 브리지 회로에서는 전류 루프의 스위칭과 관계하여 어떤 정류기는 전도성이 되게 하고 다른것은 비전도성이 되게하는 자연 공정이 있다. 스위칭 과징은 회로소자에서의 전압을 단계적으로 변파시키고, 이들 소자를 통해 흐르는 전류의 사인형태는 왜곡된다. 전압 점프가 전류를 더 크게 왜곡시킬수록 이 전류 회로의 인덕턴스는 더 낮다. 커패시터 배터리 및 변압기의 이차 권선 탭을 통해 연장되는 전류 루프는 최소 인덕턴스의 특징을 이룬다. 변압기 탭 회로내의 부가 초우크는 이들 루프의 인덕턴스를 증가시켜서 소모 전류내의 고조파 레벨을 줄일 수 있도록 한다. 모든 동작 조건하에서 소모전류내 고조파의 달성가능 레벨은 인버터 위상수의 증가없이는 공칭 전류의 6-8%, 인버터 위상수가 12 까지 증가된 상태로는 2-3% 를 초과하지 않는 반면, 다이리스더 정류기내 조파의 레벨은 각각 20-25% 및 10-l5% 이다.

네트워크 내에서 전압 편차의 감소 및 고조파의 저레벨은 제안된 파워 서플라이가 네트의크 내에 값비싼 동적 보상기 및 필터가 없이 동작하도록 하는데, 상기 네트워크에서 네트워크 단락회로 파워는 서플라이 소스 파의의 단지 12-15 배이다. 필요한 단락회로 파워를 3 내지 4 계수만큼 감소시키는 것은 그들 네트워크의 양을 크게 증가시키는데, 여기서 동적 보상은 필요치 않다. 동적 보상기를 갖는 종래 기술 파워 서플라이의 비용은 이 보상기가 없는 것보다 약 50-60% 더 높율 것이다. 제안된 파워 서플라이기 동적 보상기를 갖는 종래 기술 다이리스터 서플라이 대신 사용되면 장치 비용은 2.2 계수 만큼 감소한다.

네트워크에 대한 부정적 영향의 감소는 또한 커패시터 배터리 및 반응기 전류 무효분의 상호 보상으로 인한 전압 변동의 감소로 표시되고, 무부하 전류로 부터 단락회로 전류에 까지의 전체 동작 범위에서 제안된 파워 서플라이의 소모 전류의 무효분은 비교적 낮다. 무효분의 최대값은 공칭 모드 유효성분의 20-40% 와 같다. 단락회로 영역내의 중래 기술 정류기에서 무효분은 사실상 총전류와 같고 공칭 모드 유효 성분의 100-120% 에 달한다. 그러므로 제안된 파워 서플라이내 전압 변동은 3 내지 4 계수만큼 감소된다.

제안된 파워 서플라이는 종래 기술 다이리스터 파워 서플라이보다 더 큰 유효도를 갖는다. 유효도는 변압기 및 반응기에서 파워 손실을 감소시키는 대신 증가되고, 또한 다이리스터를 다이오드로 교체하는 것으로 인해 증가된다.

종래 기술 파워 서플라이에서 변압기 유효도는 제안된 것의 그것과 거의 같다.

반면에 제안된 서플라이에서 변압기 파의 및 손실은 둘다 두배만큼 낮다.

제안된 파워 서플라이에서 반응기의 높은 설비 파워로 인해 이들 반응기에서 파워의 총 손실은 동일한 계수만큼 더 낮다.

종래 기술 파워 서플라이에서 부하 전류는 정류기 브리지의 2개 직렬 접속 다이리스터를 통과하는 반면, 제안된 중래 기술 파워 서플라이에서 이 전류는 2 개 직렬 접속 다이오드를 통해 흐른다. 다이리스터 양단 전압 강하가 다이오드 양단보다 약 2 배 만큼 높으므로, 다이리스터 정류기 브리지에서 파워 손실도 또한 다이오드 브리지에서 보다 약 2 배 만큼 높다.

결과적으로 제안된 종래 기술 파워 서플라이 내에서의 손실은 종래 기술 서플라이 내에서 손실의 약 60% 에 달한다. 70 MW 의 파워를 갖는 제안된 파워 서플라이의 유효도는 약 0.98 인데 이것은 종래 기술 다이리스터 파워 서플라이에서 보다 1.5-2% 만큼 더 높다.

제안된 종래 기술 파워 서플라이는 아아크의 높은 안정성에 의해 특징지워지는데 왜냐하면 무부하 전압이 공칭 전압을 30-40% 만큼 초과하기 때문이다. 이것은 종래 기술 다이리스터 파워 서플라이에서 보다 1.5-2 배 더 높다. 고 전압 예비는 아아크 차단 수를 줄인다.

더우기 제안된 파워 서플라이는 로의 입력 파워를 제어 정류기나 단계적 스위칭없이 공칭 파워의 65-100% 범위내에서 계속적으로 제어하도록 한다. 그렇게 하면서 제어는 사실상 파워 계수를 저하시키지 않고, 어떤 고조파 레벨도 상승시키지 않으며 유효도를 감소시키지 않는다.

제안된 파워 서플라이가 제어 정류기를 갖추면 무단계 파워 서플라이의 하한은 공칭의 15-20% 로 줄어든다. 이 경우에 제어는 네트워크로 부터의 무효 전력 소모와 관계가 없고 반대로 무효 전력이 네트워크에 발생된다. 파워 변동률 동안 고조파의 증가 및 유효도의 감소는 종래 기술 서플라이에서 보다 훨씬 작을 것이다.

델타 접속 이상회로를 갖는 삼상 파워 서플라이의 경우는 서플라이 전압 위상의 연속을 변화시킴으로써 파워 변동률의 한 단계를 달성할 수 있다.

제 2 동작모드에서 인버터는 다음과 같이 동작한다.

제 2 모드에서 각 반파장은 상이한 전류 루프를 갖는 4 구간으로 분할된다: 제 1 구간에서는 제 2 및 제 1 또는 제 5 및 제 6 루프가 형성되고: 제 2 구간에서는 제 2 및 제 3 또는 제 5 및 제 6 루프가 형성되고; 제 3 구간에서는 제 3 및 제 6 루프가 형성되고; 제 4 구간에서는 각각 제 1 또는 제 2 반파장을 위한 제 3 및 제 4 또는 제 6 및 제 l 루프가 형성된다. 제 1 구간은 파워·서플라이 전압이 제로를 통과할 때 달성된다. 파워 서플라이 전압의 한 반파장내에서 전류 루프 연속의 그러한 순서로써 이상회로(22,23)는 병렬 접속에서 직렬 접속으로 및 그 반대로 스위칭된다. 그렇게 하면서 병렬 접속은 제로를 통하는 서플라이 전압의 전이 영역내에 존재하는 반면 직렬 접속은 이 전압의 최대치 영역에 존재한다.

회로(22,23)내에 포함된 커패시터(29)및 초우크(28)는 또한 병렬 접속으로 부터 직렬 접속으로 및 그 반대로 스위칭된다. 접속의 두 변형에서 모두 커패시터(29) 및 초우크(28)에서의 무효 전력은 상호 보상된다. 그러므로 제 2 동작모드에서 또한 소모 교류 전류에서의 무효분도 비교적 낮다.

Claims

전기 아아크가 사용되는 기술적 요구를 위안 제어 파워 서플라이는 정합 변압기 및 정합 변압기에 접속되고 브리지 회로를 형성하면서 다이오드들을 중심으로 만들어진 정류기를 갖는 교류대 직류 인버터를 포함하고 ; 정류기 출력부인 상기 브리지의 d-c 대각선에 접속된 것은 전기 아아크가 그 사이에서 발생되는 전극이고, 실제 정류 전압을 기준값과 비교하기 의한 비교기 및, 서로에 관하여 상기 전극의 위치를 변화시키기 위한 상기 비교기에 그 입력부가 접속되는 상기 전극의 의치를 제어하기 위한 장치를 갖는, 전극 양단의 전압을 제어하기 위한 회로를 포함하는 상기 제어 파워 서플라이에 있어서,

상기 파워 서플라이는 직렬로 정합 변압기(l3)에 접속된 2 개의 이상회로 (22,23)를 갖는 단상 교류대 직류 인버터(2)를 갖는데, 한 회로(23)는 초우크를 포함하고 다른 회로는 커패시터(29)를 포함하며, 각 이상회로(22,23)는 정류기(17)의 대응 입력부에 접속되고 ; 이상회로(22,23)는 정류기(27)에 접속된 접합부(26)를 갖는 부가 정류기(24,25)는 전극(4,5)에 접속된 정류기(17)의 다이오드 (18-21)와 동일한 극성으로 정류기(17)의 출력부에 접속되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 1 항에 있어서,

초우크(28)를 포함하는 제 1 이상회로(22)에 접속된 상기 브리지 회로 정류기(18,19)는 제어 정류기로서 만들어지는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 정합 변압기(13)는 2 개 이차 권선(15,16)을 가지고 ; 상기 제 1 이상회로(22)는 상기 정합 변압기(13)의 제 1 이차 권선(15) 및 초우크 (28)에 의해 형성되는 반면 상기 제 2 이상회로(23)는 상기 제 l 이차권선 (l5)에 따라서 접속된 상기 정합 변압기(13)의 상기 제 2 이차 권선(16) 및 커패시터(29)에 의해 형성되며 ; 상기 이상회로(22,23)의 접합부(27)는 부가정류기(24,25)의 접합부(26)에 직접 접속되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 교류대 직류 인버터(2)는 그 이차권선(32)이 상기 제 1 이상회로 (22)에 직렬로 접속되고 상기 제 1 정합 변압기(13)의 이차 귄선(15)에 따라서 스위칭되는 제 2 정합 변압기(30)률 가지고; 상기 제 1 이상회로(22)는, 상기 제 l 정합 변압기(13)의 이차 권선(15) 및 초우크(28)를 포함하고: 상기 제 2 이상회로(23)는 상기 제 2 정합 변압기(30) 및 상기 제 2 정합 변압기(30)의 일차 권선(31)에 직렬로 접속된 커패시터(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 칸 항에 있어서,

상기 교류대 직류 인버터(2)는 그 이차 권선(32)이 직렬로 접속되고 따라서 상기 제 1 정합 변압기(13)의 제 2 이차 권선(l6)에 접속되는 제 2 정합 변압기(30)를 가지고; 상기 제 1 이상회로(22)는 상기 제 1 정합 변압기(13)의 제 1 이차 권선(15) 및 초우크(28)를 포함하고 : 상기 제 2 이상회로(23)는 상기 제 l 정합 변압기(13)의 제 2 이차권선(16), 제 2 정합 변압기(30) 및 상기 제 2 정합 변압기(30)의 일차 권선(31)과 직렬로 접속된 커패시터(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 l 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 교류대 직류 인버터는 그 이차 권선(32)이 직렬로 접속되고 따라서 상기 제 l 정합 변압기(13)의 제 2 이차귄선(15)에 접속되는 제 2 정합 변압기(30)률 가지고; 상기 제 1 이상회로(22)는 제 1 정합 변압기(13) 및 상기 제 1 정합 변압기(13)의 일차 권선(14)에 직렬로 접속되는 초우크 (28)를 포함하는 반면, 상기 제 2 이상회로(23)는 제 2 정합 변압기(30) 및 상기 제 2 정합 변압기(30)의 일차 권선(11)에 직렬로 접속된 커패시터 (29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 3 항에 있어서,

상기 제어 파워 서플라이는 적어도 하나의 부가 이차 권선(38)을 갖는 정합 변압기(13')를 가지고 ; 상기 교류대 직류 인버터(2)는 상기 정합 변압기(13)의 부가 이차 권선(38)수에 대응하는 양으로 부가 이상회로(34)를 포함하고, 각 회로는 정합 변압기(13' )의 대응 이차 권선(38) 및 초우크 (35) 또는 커패시터(29)를 포함하며; 또 상기 인버터(2)는 각 부가 이상 회로(34)가 모든 부가 정류기(24,25)에 동일한 극성으르 접속된 1 쌍의 부가 정류기(36,37)에 대응하는 부가 정류기(36,37)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 부가 정류기(24,25)의 접합부(26)와 상기 이상회로(22,23)의 접합부(27)의 접속은 전류 상승률 억제 회로(40)를 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 8 항에 있어서,

상기 전류 상승률 억제 회로(40)는 초우크(41)를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 l 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 2 이상회로(23)는 적어도 하나의 커패시터(47)를 갖는데, 상기 커패시터(47)의 일 단자는 접합부(48)를 갖는 그 자체의 두 정류기(49,50)를 통해 정류기(17)에 접속되고 브리지 회로 정류기(18-21)와 동일한 극성으로 정류기의 출력부에 접속되는 반면, 모든 커패시터(29,47)의 잔여 단자는 상호 접속되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서.

상기 제어 삼상 파워 서플라이는 각 상내에 적어도 하나의 단상 교류대 직류 인버터(58-60)를 포함하고 모든 단상 인버터(58-60)는 d=c 측에서 병렬로 스위칭되고 전극(4,5)에 접속되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 11 항에 있어서,

부가 초우크(64,65)가 각 전극(4,5) 및 각 상의 단상 인버터(58-60) 부가 정류기(24,25)의 대응 출력부 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서,

각 상의 상기 교류대 직류 인버터(2)에서 커패시터(29)를 갖는 이상회로 (22)는 정합 변압기(13)의 상이한 위상에서 배열되고 상호 직렬로 접속되며 대응 이상회로(23)의 커패시더(29)와 접속되는 2 개의 권선(66,67)을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,

모든 상의 상기 직렬 접속 이상회로(22,23)는 델타로 접속되는 반면, 상기 정류기(71)에서 병렬로 접속되고 상이한 위상의 정류기를 포함하는 모든 쌍의 정류기는 하나의 정류기(72,73)내에 결합되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 l1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

모든 상의 상기 직렬 접속 이상회로(22,23)는 성형으로 접속되는 반면, 상기 정류기(7l)에서 모든 상의 정류기를 포함하는 모든 그룹의 병렬 접속 정류기는 하나의 정류기(76,77)내에 결합되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.
제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

모든 상의 상기 직렬 접속 이상회로(22,23)는 슬립 델타 회로로 접속되고, 병렬로 접속되고 정류기(82)의 다이오드 및 인접 위상의 부가 정류기(24,25)를 포함하는 모든 쌍의 정류기는 하나의 부가 정류기(80,81) 내에서 결합되는 것을 특징으로 하는 제어 파워 서플라이.