NO315774B1

NO315774B1 - Vekselströms/likeströms-kraftforsyning

Info

Publication number: NO315774B1
Application number: NO19981819A
Authority: NO
Inventors: Andrew William Green
Original assignee: Aquagas New Zealand Ltd
Priority date: 1995-10-24
Filing date: 1998-04-23
Publication date: 2003-10-20
Also published as: NO981819D0; DE69628657D1; EA001816B1; CN1062692C; ES2207684T3; CA2235776A1; EA199800403A1; AU721174B2; WO1997017753A2; KR19990067046A; CN1203704A; CA2235776C; ATE242933T1; HK1017171A1; US6031737A; EP0860048B1; DE69628657T2; NO981819L; EP0860048A4; EP0860048A2

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Foreliggende oppfinnelse gjelder en vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning og spesielt, skjønt ikke nødvendigvis utelukkende, en kraftforsyning som er egnet for å frembringe den nødvendige likestrømsforsyning til en elektrolysecelleenhet for elektrolyse av vann for å frigjøre hydrogen- og oksygen-gass. Oppfinnelsen er imidlertid generelt egnet for en hvilken som helst bestemt anvendelse hvor et vek-selstrømsnett er tilgjengelig, men en likestrømsforsyning er nødvendig.

Helbølge-likeretting av en flerfaset vekselstrømforsyning for å frembringe en pseudo-likestrømsutgang er vanlig kjent. For en 240 V, 50 Hz helfaset effekt-forsyning, er den midlere likespenning som frembringes av en helbølge-likeretter (H-bro likeretter) 216 V. De fleste belastninger som krever en likestrømsforsyning trenger imidlertid vanligvis meget lavere spenninger.

For elektrolysecelleenheter, slik som søkernes AQUAGAS 3 gassgenerator, kreves en likespenning av størrelsesorden 33V. For å imøtekomme dette behov, har det vært vanlig å transformere vekselstrømsnettets spenning til et pas-sende lavere nivå før likeretningen, slik at den ønskede likestrøms-utgangsspenning kan oppnås. Ulempen ved en slik teknikk er at nettfrekvens-transformatorer med en nominell effekt over 10 kV blir fysisk omgangsrike og tunge på grunn av fordringer til magnetkrets og lekkasje-reaktans.

En annen kjent teknikk for å frembringe en ønsket likestrømsforsyning fra et fast vekselstrømsnett er å utnytte styrte omkoplerinnretninger i likeretterbroen: Dette kan være slik innretninger som effekttransistorer, SCR eller GTO. Den midlere likestrømsutgang kan da innstilles ved å styre påslagstiden (og eventuelt også avslagstiden) for omkoplerinnretningene. Ulempen ved denne teknikk er at bølgeformen på utgangssiden ville være «humpete» selv om utglattende lagrings-kondensatorer anvendes over likest rø ms utga ngen. Visse belastninger er følsom-me for tidsvarierende forandringer i likespenningsnivået. Dette omfatter slike like-strømsmaskiner som elektrolysecelleenheter. Noen av disse kan være så følsom-me at de kommer til en tilstand hvor de ikke arbeider tilfredsstillende ved en slik utgangsbølgeform.

Det er også andre problemer i forbindelse med en kjent kraftforsyning av den type som har en enfaset vekselstrømsinngang, en spenningsreduksjons-transformataor og en styrt likeretter-brokrets. Disse problemer omfatter høy inn-rusende transformatorstrøm ved oppstart og en følsomhet for faseubalanse idet tilfellet to faser i en nominell trefasetilførsel anvendes istedenfor en fase og nøy-tralnivået, eller samtlige tre faser.

OPPFINNELSENS FORMAL

Det er derfor et formål for foreliggende oppfinnelse å frembringe en veksel-strøm/likestrøms-kraftforsyning som overvinner noen av de ulemper som foreligger ved kjent teknikk eller i det minste gir brukere et anvendbart alternativ.

SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

I henhold til et første aspekt utgjør oppfinnelsen således en trefaset transformator som omfatter: - tre sekundærviklinger som hver er dannet av et ledende rør, idet disse ledende rør er hovedsakelig parallelle og elektrisk sammenkoplet ved en første rørende; - tre transformatorkjerner som hver tilsvarer en fase, og hver i form av et sylinderformet legeme gjenget på et tilsvarende, ledende rør; og - tre primærviklinger som hver tilsvarer en fase, viklet for å passere gjennom det indre av tilstøtende par av de nevnte ledende rør.

I et andre aspekt omfatter oppfinnelsen en vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning som innbefatter en trefaset transformator slik som angitt rett ovenfor, og som mottar et trefaset pseudo-vekselstrøms utgangssignal, og som videre innbefatter: - en trefaset likeretterkrets som genererer et første, likerettet utgangssignal som reaksjon på en inngangsspenning; og - en styrt, trefaset vekselsretterkrets som mottar det første, likerettede ut-gangssignalet og genererer et pseudo-vekselstrøms trefaset utgangssignal; og - en andre, trefaset likeretterkrets som mottar det transformerte, pseudo-vekselstrøms og trefasede utgangssignal fra transformatoren og generering av en forsynings-likestrøm på sin utgang.

I et tredje oppfinnelsesaspekt omfatter oppfinnelsen en vekselstrøms/like-strøms-kraftforsyning slik som nettopp nevnt, og hvor vekselretterkretsen innbefatter:

- minst to omkoplerinnretninger pr. fase, hvor

- hver av omkoplerinnretningene har et kapasitivt element koplet i parallell med seg, og hvor hver fase av vekselretterens utgang innbefatter et induktivt element; - hvor et tilsvarende kapasitivt element og induktivt element i hver fase danner en LC-resonanskrets; og - hvor avslag av hvert slikt omkoplerelement styres tif å ha en dødtid mellom omkoplingsfasene, og i løpet av denne tiden bringer LC-resonans-kretsen det neste omkoplerelementet som skal slås på i rekkefølgen, til å ha hovedsakelig null spenning over seg på omkoplingstidspunktet.

Et fjerde aspekt ved oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte for å generere en kraftforsynings-likespenning fra en trefaset kraftforsynings-vekselspenning, innbefattende tilveiebringelse av en trefaset transformator slik som beskrevet ovenfor, og hvor fremgangsmåten omfatter: - likeretting av forsynings-vekselspenningen for å generere en likerettet forsyningsspenning; - vekselretting av den likerettede forsyningsspenningen for å generere en trefaset pseudo-vekselforsyningsspenning; - forsyningen av den trefasede transformatoren med den trefasede pseudo-vekselsforsyningsspenningen; og - likeretting av en utgangsspenning fra den trefasede transformatoren.

Ytterligere aspekter ved foreliggende oppfinnelse vil fremgå klart for fagfolk på området ved lesning av beskrivelsen av de foretrukne utførelsesformer.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet under henvisning til de vedføyde tegninger, hvorpå: Fig. 1 er et skjematisk blokkskjema av en vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning,

Fig. 2 er et skjematisk koplingsskjema over kraftforsyningen i figur 1,

Fig. 3a og 3b viser henholdsvis en planskisse av og et snitt gjennom en koaksial

trefasetransformator,

Fig. 4a-4c er skjemaer over koplingstilstanden for regulatoren av

vekselrettertrinnet,

Fig. 5 viser de forskjellige faseforskyvninger mellom fasene for regulatoren

av vekselretterutgangen,

Fig. 6 viser skjematisk et blokkskjema over reguleringsutstyret,

Fig. 7 og 8 viser tidsforløpet av bølgeformer for portsignalene til

omkoplerinnretningene for vekselrettertrinnet, og

Fig. 9 viser spennings- og strømbølgeformer for en utførelse av

effektforsyningen.

DETALJERT BESKRIVELSE AV FORETRUKNE UTFØRELSER

Figur 1 viser et generalisert blokkskjema over en kraftforsyning 10 som omfatter flere kaskadekoplede trinn. Effektforsyningen 10 mottar en trefaset" vekselstrømstilførsel på inngangsklemmene 12, 14,16. Tilførselen er vanligvis et lett tilgjengelig kraftforsyningsnett, som i New Zealand er et forsyningsnett med 400 V (fase til fase) og 50 Hz. Andre trefase-nettspenninger og frekvenser kan åpenbart også utnyttes, innbefattet forsyningsnett med 200 V og 60 Hz, slik det er vanlig i de forenede stater. Det nøytrale referansepotensial for netteffekt-forsyningen mottas også på klemme 18.

Et trefase-likerettertrinn 30 mottar strømtilførselen fra nettet og likeretteren til et likespenningsnivå på likestrømsutgangsskinnene 32, 34 som understøttes av en lagringskondensator 35 som bidrar til å jevne ut spenningsbølgeformen. En forbindelsesinduktans kan også inngå for å forbedre effektfaktoren på inngangssiden. En regulert vekselretter 40 mottar og hakker opp den likerettede likestrømstilførsel for å frembringe en pseudo-trefaset vekselstrømsutgang ved den frekvens som er høyere (og vanligvis flere størrelsesordener høyere) enn nettfrekvensen. Omkoplerinnretningene for vekselretteren 40 styres av en styrekrets 42 som er koplet til vekselretteren 40 over flere portlinjer 44. Styrekretsen 42 mottar også en referansespenning mellom en av fasene i vekselstrøms-tilførselen og tilførselsnettet nøytral-klemme, slik som angitt ved forbindelsesledningene 52, 54.

Den trefasede pseudo-vekselstrømsutgang fra vekselretteren 40 føres av utgangsledninger 46, 48, 50 til en (vanligvis) spenningsnedsettende høy frekvenstransformator 60. Den transformerte pseudo-vekselspenning som opptrer på utgangsledningene 62, 64, 66 fra transformatoren passerer i sin tur et ytterligere likerettet trinn 70, hvorfra likespenningsutgangen for effekttilførselen 10 frembringes også er tilgjengelig på utgangsklemmene 72, 74.

Transformatoren 60 har i foretrukket form et fast vinningsforhold, og den ønskede maksimale utgangsspenning opptrer derfor bare tilnærmelsesvis på utgangsklemmene 72, 74. Styring av utgangsspenningen mellom full nominell utgangsverdi og en redusert eller regulert verdi utføres da av styrekretsen 42 ved regulert portstyring av de styrte omkoplerinnretninger for vekselretteren 40.

Som tidligere nevnt er en fordel ved å anvende en trefaset nettilførsel istedet for en krafttilførsel fra et enfasenett det forhold at virkningene av fase-ubalanse elimineres.

Det vil nå bli gitt en beskrivelse av en spesiell utførelse av en vekselstrøms/likestrøms-krafttilførsel som er egnet for bruk i forbindelse med* foreliggende søkeres AQUAGAS-generator. Dette er en gassgenerator som kan avgi 4,3 m<3> av blandet hydrogen- og oksygen-gass pr time, og tilsvarende forbruker 17 liter vann. En gassgenerator med denne kapasitet krever en likestrøms-krafttilførsel på omtrent 10 kV, ved 300 A og 33 V. Det bør imidlertid forstås at foreliggende oppfinnelsesgjenstand ikke er begrenset bare til bruk ved en elektrolyse-gassgenerator, men at den like godt kan utnyttes under alle forhold hvor en regulert likestrømstilførsel er påkrevet og en trefaseforsyning er tilgjengelig. Andre slike anvendelser kan omfatte elektrisk sveising, elektroplettering, regulering av likestrømsmaskiner, batteriladning, ubrytbare effekttilførsler og lignende.

Figur 2 viser skjematisk et detaljert koplingsskjema for en effekttilførsel 100 som utnytter foreliggende oppfinnelse. Komponentdeler som er av samme art som de som er vist i figur 1, er blitt henvist til ved samme henvisningstall.

Effekttilførselen 100 er normalt gradert til 10 kW (300 A ved likespenning), og som mottar vekselstrømstilførsel fra et trefasenett ved 400 V og 50 Hz. Vekselstrømstilførselen passerer en isolasjonsbryter 102 samt smeltesikringer 104 i linje, og tilføres derpå en vanlig RFI-filterkrets 106. Den filtrerte trefasede vekselstrømstilførsel passerer da videre til likerettertrinnet 30. De dioder som utgjør likerettertrinnet 30 må være dimensjonert for å kunne motstå en invers toppspenning på minst 540 V. Likestrømssamlerskinnene har da et spenningsnivå på 540 V likestrøm.

En myk-startkrets 110 utgjør en komponentdel av nullreferansen 34 for likestrømssamlerskinnene. Med påslag av isoleringsbryteren 102 tjener denne krets til å opprette en strømtilførsel hvorved forbiføringsmotstanden 112 begrenser strøminnrusningen på grunn av transformatorens oppladning, og kortsluttes etter en viss tidsperiode ved påslag av den regulerte kontaktor 114, frembrakt ved å lukke den normalt åpne bryterkontakt 116, som i sin tur styres fra reguleringspanelet 120.

Regulerings-vekselretteren 40 utgjøres av en trefase-brokrets for helbølge-vekselretting og ved seks vannkoplerinnretninger, som i en foretrukket utførelse utgjøres av bipolare transistorer med isolerte porter (IGBT). En særlig foretrukket IBGT er 6MB150F120, modulen fra FUJI, og som omfatter seks IGBT-omkoplerinnretninger for 50 A og 1200 V. I figur 2 er elektrodene for kollektar, port og emitter vist. Koplingen av IGBT-innretningene ligger under styring av IGBT-drivpanel 130, som i sin tur befinner seg under styring fra reguleringspanelet 120. IGBT-innretningene 140 får sine portelektroder koplet på en slik måte at det syntetiseres et pseudo-vekselstrøms (firkantbølge) trefasede utgangslinjer 44 - 48 for vekselretteren 40, som inneholder direktekoplede induktanser 1421, hvis forhold snart vil bli forklart.

I en særlig foretrukket form er transformatoren 60 en koaksialt viklet jernkjernetype i stjerne/stjerne-kopling. Vindingstallforholdet for transformatoren 60 er fortrinnsvis 13,5:1, hvilket vil si at den nominelle toppspenning på 540 volt på primærsiden fører til + 40V på sekundærsiden. Trefaseutgangen på 16 kHz,

31 V fra transformatorens sekundærside opptrer på utgangsledningene 62 - 66, tilføres den ytterligere likeretter 70 for å frembringe utgangs-likestrømsforsyningen på et nominelt spenningsnivå på 33 V mellom utgangsklemmene 72, 74. Likerettertrinnet 70 utgjøres av dioder med rask gjenvinning, slik som seks diodemoduler av type SGS Thomson BYV225-200. Hver modul inneholder 100 A, 200 V dioder med revers gjenvinningstid på 80 ns, og som drives i parallell. Utgangsklemmen 72 på V0+ er forkoplet med en direktekoplet induktans 144 som tjener det formål å glatte ut de små vekselstrøms-komponenter på likestrømsutgangens bølgeform.

For å vende tilbake til den koaksiale transformator 60, skal det henvises til figurene 3a og 3b, som henholdsvis viser en planskisse av og et snitt gjennom en utførelse av transformatoren 60. Transformatoren er bygget opp av tre kopperjør 150 som er loddet inn i tre hull som er skåret ut i en kopperplate 152, og som utgjør nøytralpunktet (stjernepunktet) for trefasekoplingen. Den frie ende av rørene 150 danner transformatorens utgangsklemmer (sekundærklemmer) 154, 156,158. Kopperrørene 150 danner således en sekundærvikling med en enkelt vinding. Ferritt-toroider er gjenget over de respektive kopperrør 150.

De tre primærviklinger 162,164,166 er viklet gjennom og mellom innbyrdes nærliggene par av kopperrør 150. For oversiktens skyld er det bare vist en forenklet fremvisning av primærviklingen 166 i figur 3b. Bare den indre omkrets av hvert av kopperrørene 160 er vist i figur 3 for oversiktens skyld. Den indre omkrets av hvert av kopperrørene 160 omfatter videre en isolerende (mylar) muffe 168 for å forhindre kortslutning av primærviklingen til den sekundærvikling som utgjøres av de respektive rør. Sekundærviklingens primærvikling utgjøres av 5 mm2 lissetråd (1024 deltråder x 40 AWG-tråddimensjon), som er omgitt av ef varmekrympet overtrekk i hensiktsmessig form.

Valget av en trefasekonfigurasjon innebærer at strømmen pr sekundærvikling blir nedsatt i forhold til det som er tilfellet ved en enfase-utføreise. Dette er en viktig fordel av flere grunner. Ved 300 A kreves et ledertverrsnitt av betraktelig omfang, og dette er vanskelig å oppnå ut i fra det forhold at strøminntrengningsdybden for kopper bare er 0,5 mm. ved 16 kHz. Hvis transformatorutgangen skal likerettes, opptrer videre en annen vanskelighet ved at dioder med rask gjenvinning er for tiden bare lett tilgjengelige i moduler med merkeverdier opptil 200 A. Ved bruk av den trefasede koaksialtransformator, blir en nominell utgangsstrøm på 300 A fordelt over de tre faser.

Bruk av en høyfrekvens-transformator gjør det mulig å oppnå samme effektoverføring med en transformator som har en størrelsesorden mindre vekt enn en vanlig lavfrekvens-transformator, og kanskje samtidig med halvparten av prisen. Dette forholder seg slik fordi man for å oppnå minst mulig kjerneområde ved størst mulig spenning, enten må øke frekvensen eller antall bindinger. Øking av vindingstallet hører til øket lekkasjeinduktans og således til et stort spenningstap gjennom transformatoren.

En versjon av transformatoren 60 som ble utprøvet som en komponent av den effekttilførsel som er vist i figur 2, hadde tilnærmede dimensjoner på 200 x 150 x 150 mm. Målinger på en slik transformator viste at koplingsfaktoren fra. primærsiden til sekundærsiden var 99,95 %, hvilket innebærer en lekkasjeinduktans på bare 0,05 % av primærinduktansen. Med et høyere forhold mellom lengde og bredde, kan til og med en høyere koplingsfaktor på tilnærmet 99,99 % eventuelt oppnås.

Den viste trefase-vekselretter 40 i figur 2 er hard-omkoplet. Dette innebærer at ved i påslagsøyeblikket vil hver transistor 140 ha et stort spenningsfall over seg, og denne spenning vil fremdeles foreligge mens strømmen gjennom transistoren øker. Ved avslag vil spenningen over transistoren begynne å stige før strømmen har falt til null. Den effekt som går tapt i hver transistor på grunn av omkoplingstap er således proporsjonal med omkoplingsfrekvensen, og de totale tap vil således ha en tendens til å fastlegge en øvre grense for omkoplingsfrekvensen ved enhver hård-omkoplet omformer.

For å forbedre virkningsgraden og redusere RFI for effektforsyningen 100, samt for å gi mulighet for å øke omkoplerfrekvensen anvendes en myk-omkoplingsteknikk på den trefasede helbølgebroen. En liten kondensator 146 (for eksempel på 4,7 nF) ble koplet over/i parallell med hver av transistorene 140. Det oppnås da påslag ved null-spenning på grunn av at spenningen over hver transistor øker langsommere. Transformatorens serie-lekkasjeinduktans på primærsiden opprettholder en reststrøm etter at transistoren er blitt slått av. Det er denne reststrøm som lader opp kondensatoren tvers over en transistor som er blitt slått av, samtidig som også kondensatoren over den annen transistor for den samme fase utlades. Ved det tidspunkt dødtiden (hvilket vil si tiden mellom påslag av en transistor i en fase og avslag av den annen, hvilket er omkring 2 mikrosekunder for en 15 kHz-omformer) er utløpet, er da dioden 148 over vedkommende transistor 140 som nettopp skal slås på, forspent i foroverretningen, hvilket gir en null-spennings påslags-karakteristikk for transistoren.

Denne prosess vil bli ytterligere forklart under henvisning til figurene 4a - 4b, som viser eksempler på overgangstiden fra tilstand 100 (fase A høy, fasene B bg C lav) til tilstanden 110 (fasene A og B høye, fase C lav), innbefattet dødtidsperioden etter at lavside-transistoren 140 i fase B er blitt slått av, men før høyside-transistoren er blitt slått på. Pilene viser den strøm som flyter på grunn av den forenklede belastning som er representert ved en induktans 170. I figur 4b tjener strømmen inn i fase B fra belastningen 170 til å lade opp den lavere kondensator 146 som innledningsvis er utladet, samt til å lade ut den øvre kondensator 146 før fase C koples om til høy tilstand. For å oppnå nullspennings-påslag, og den energi som er lagret i induktansen 170 er større enn den som foreligger i vedkommende kondensator 146.

Den utførelse av den koaksiale transformator 60 som er beskrevet tidligere, har utilstrekkelig lekkasjeinduktans til å tilfredsstille denne betingelse, og en mettbar induktor 142 ble da innlagt i serie med hver primærvikling 162-166 i transformatoren. Dette arrangement gir den nødvendige induktans for utladning av vedkommende parallelle kondensator 146 før den tilsvarende transistor 140 blir slått på, hvorpå induktansen underfull strøm mettes og således ikke innfører noe ytterligere spenningsfall.

Det vil være åpenbart at dette myk-omkoplingsregimet ikke utgjør noen del av de styrefunksjoner som utføres av reguleringspanelet 120.

Slik det også er tidligere omtalt, kan regulering av likespenningen på - utgangssiden ved portstyring av de transistorer 140 som utgjør den regulerbare vekselretter 40. Denne funksjon utføres riktig av reguleringspanelet 120. Spesielt oppnås likespenningsregulering på utgangssiden ved en faseforskyvnings-reguleringsteknikk.

Som vist i figur 5, gjør en av fasene i vekselretteren 40 (fase A) tjeneste som fasereferanse. Ved full utgangsspenning fra vekselretteren 40, er den nominelle faseforskjell mellom fase A, fase B og fase C henholdsvis 120°. Dette utgangsspenningsnivå kan justeres ved innstilling av den relative faseforskjell mellom hver av fasene, slik at det frembringes en delvis spenning-utsletting, og derved en reduksjon av rms-utgangen fra vekselretteren 40. I samsvar med den foreliggende teknikk, utføres faseinnstillingen slik at fase B blir faseforsinket, hvilket vil si at den relative faseforskjell til fase A blir mindre, mens fase C fremmes slik at den relative faseforskjell til fase A øker, slik det er vist i figur 5.

Den følgende tabell angir typiske faseforskyvningsverdier for fasene B og C og for den styrte utgangs-likespenning (nominelt + 120° og + 140° faseforskjell) i forhold til fase A, for en belastning på 540 V og 200 A på likestrømssamler-skinnene.

Bortsett fra å gi grunnlag for valg av en ønsket utgangs-likespenning, anvendes den teknikk for å opprette utgangsstrøm-regulering ved hjelp av en tilbakekoplingsmekanisme som i figur 2 er angitt ved en strømfølger 172 som har forbindelse med reguleringspanelet 120 ved et signal 174. Reguleringspanelet 120 inneholder referanseverdier som de tilbakekoplede verdier sammenlignes med, med det formål å frembringe justering av portstyringen av transistorene 140 i vekselretteren 40. Hvis likespenningene på utgangssiden reduseres, vil det følge at også strømmen vil reduseres tilsvarende på grunn av den resistive belastningsart.

Ved figur 6 viser et forenklet koplingsskjema for reguleringskretsen 120 sammen med strømføleren 172.

Sagtanns- og hoved-bølgeformgeneratoren 180 frembringer to komplementære faser av en hoved-firkantbølgeform, som tjener som tidsreferansesignaler for IGBT i referansefasen A samt to komplementære faser av en sagtanns-bølgeform. De to sagtanns-bølgeformer sammenlignes med det varierende likestrømsnivå som frembringes av feilforsterkeren og begrenseren 182, i PWM-komparatorene 184 a, b, hvilket fører til frembringelse av to pulsbredde-modulerte bølgeformer. Disse pulsbredde-modulerte bølgeformer og de to hovedbølgeformer tilføres et par vipper 68a, b. Utgangssignalene fra disse vipper utgjør hvert sitt styrende tidsreferansesignal for de to IGBT i hver av fasene B og C.

Bølgeformene i vippeelementene 86 er vist mer detaljert i figurene 7 og 8, som gjelder henholdsvis fase B og fase C. Utgangs-bølgeformene for vippene 186a, b, har samme periode og driftssyklus som over-bølgeformen, men er henholdsvis holdt tilbake og fremskyndet med en relativ fasevinkel mellom 0 og 120° i henhold til verdien av feilsignalet (), som kan være fra null til 5 V. De angitte piler i figurene 7 og 8 viser virkningen av en økning av feilsignalet med hensyn til hvorledes bølgeformene vil variere. Etter hvert som graden av faseforskyvning øker, så vil også utgangsspenningen fra vekselretteren 40 øke opptil en maksimal faseforskyvning på 120°. Høydesignalet er begrenset til to tredjedeler av amplituden for sagtannsbølgeformen, hvilket vil si til 3,3 V.

Hver av disse seks IGBT-tidssignaler er OG-koplet med en felles «klarsignal»-linje 188, og danner således en mekanisme for sperring av vekselretteren 40. Denne åpning/sperring kan finne sted på to måter, for det første under mykstart-regimet, hvor omkoplingen av transistorene 140 hindres inntil mykstart-kretsen 192 fastlegger at styrekretsene er nådd stabil driftstilstand og innrusningsperioden er over, således at vekselretteren hindres fra å gå inn i skadelige omkoplingstilstander under denne periode. For den annet vil, i det tilfellet signalet fra strømføleren 172 overskrider en forut innstilt verdi av det belastningsnivå som er bestemt av komparatoren og sperren 196, portdriverne atter bli satt ut av funksjon. En enkelt ELLER-port 198 letter begge beskyttelsesregimer. De logiske utganger fra OG-portelementet 190 overføres til driverpanelet 130 for nivåomforming, og overføres så til portelektrodene for IGBT-innretningene 140.

Signalet fra strømføleren 172 blir også subtrahert fra en innstillingspunkt-verdi utledet fra vedkommende innstillingspunkt og vekselretterens mykstart-element 192, idet resultatet forsterkes og lavpass-filtreres i feilforsterkeren og begrenseren 192 for å frembringe det feilsignal {) som er begrenset til 3,3 V, slik som omtalt tidligere. Innstillingspunktet er en kombinasjon av et manuelt innstillbart innstillingspunkt og en tidskondensator, som sikrer at når som helst vekselretteren startes opp eller tilbakestilles etter en feil, så vil dette finne sted langsomt. Innstillingspunktsignalet til feilforsterkeren 182 stiger således fra null til det faktiske innstillingspunkt over en tidsperiode på omtrent 1 sekund.

Figur 9 viser to bølgeformer målt id rift av den viste effekttilførsel 100 i figur 2. Denne figur viser den måte sluk/kilde-spenning for en av IGBT-innretningene 140 (firkantbølgeformen) og den tilhørende primære fasestrøm i transformatoren, i det tilfellet effektforsyningen drives ved 250 A og 40 V.

Spesielle fordeler ved oppfinnelsens utførelse omfatter det forhold at uheldige virkninger av fase-ubalanse unngås på grunn av at det anvendes et trefaset tilførselsnett. Et mykstartregime eliminerer praktisk talt all inn innrusningstrøm etter stans. Transformator-arrangementet har lett vekt og er kompakt sammenlignet med tilsvarende vanlige transformator-arrangementer med samme nominelle effekt. Videre vil den trefasede faseforskyvnings-utgangsstyringen ved den regulerte vekselretter muliggjøre et bredt område av utgangs-likespenninger. Omkoplingsinnretningene for den regulerte vekselretter er også «myk-omkoplet», hvilket reduserer påkjenningene på halvlederkomponen-tene samt forbedrer den totale virkningsgrad for effektoverføringen og muliggjør syntetiseringen av høyfrekvente pseudo-vekselstrømsutganger, hvilket i sin stur har en tendens til å muliggjøre en reduksjon i den fysiske størrelse av den tilordnede transformator.

Der hvor det i den foregående beskrivelse er henvist til spesielle komponenter eller deler i oppfinnelsesgjenstanden og som har kjente ekvivalenter, så tas slike tilsvarende komponenter herved inn som om de faktisk var angitt hver for seg.

Skjønt oppfinnelsen er blitt beskrevet ved hjelp av eksempler og henvisning til mulige utførelsesformer, er det underforstått at modifikasjoner eller forbedringer kan gjøres uten avvik fra omfanget av de etterfølgende patentkrav.

Claims

1. Trefaset transformator, karakterisert ved at den omfatter: - tre sekundærviklinger som hver er dannet av et ledende rør, idet disse ledende rør er hovedsakelig parallelle og elektrisk sammenkoplet ved en første rørende; - tre transformatorkjerner som hver tilsvarer en fase, og hver i form av et sylinderformet legeme gjenget på et tilsvarende, ledende rør; og - tre primærviklinger som hver tilsvarer en fase, viklet for å passere gjennom det indre av tilstøtende par av de nevnte ledende rør.

2. Transformator ifølge krav 1, karakterisert ved at de sylinderformede legemene er dannet av flere ferritskiver, hvor hver skive har en åpning som er tilpasset for å oppta en åpning som er tilpasset for å oppta en tilsvarende sylinder.

3. Transformator ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved a t de tre ledende rørene danner en sekundærvikling med en eneste vinding.

4. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning som innbefatter en trefaset transformator slik som angitt i krav 1, 2 eller 3 og mottar et pseudo-vekselstrøms trefaset utgangssignal, karakterisert ved at det videre omfatter: - en trefaset likeretterkrets som genererer et første, likerettet utgangssignal som reaksjon på en inngangsspenning; og - en styrt, trefaset vekselsretterkrets som mottar det første, likerettede ut-gangssignalet og genererer et pseudo-vekselstrøms trefaset utgangssignal; og - en andre, trefaset likeretterkrets som mottar det transformerte, pseudo-vekselstrøms og trefasede utgangssignal fra transformatoren og generering av en forsynings-likestrøm på sin utgang.

5. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge krav 4, karakterisert ved at det trefasede pseudo-vekselstrøms utgangssig-nalet har en frekvens som er høyere enn frekvensen til det trefasede veksel-strøms-forsyningssignal som leveres til likeretterkretsen.

6. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at den styrte, trefasede vekselretterkretsen videre innbefatter flere omkoplerinnretninger.

7. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge krav 6, karakterisert ved at omkoplerinnretningeneereffekttransistorer.

8. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge et av kravene 4 til 7, karakterisert ved at det trefasede pseudo-vekselstrøms utgangssig-nalets frekvens er vesentlig høyere enn inngangsspenningens frekvens.

9. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge et av kravene 4 til 8, karakterisert ved at det trefases pseudo-vekselstrøms utgangssigna-lets frekvens er mer enn eller lik en størrelsesorden høyere enn inngangsspenningens frekvens.

10. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge krav 9, karakterisert ved at det trefasede pseudo-vekselstrøms utgangssig-nalet er mer enn eller lik to størrelsesordner høyere enn nettfrekvensen.

11. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge et av kravene 4 til 10, karakterisert ved at den styrte, trefasede vekselretterkretsen innbefatter: - en trebenet brostruktur, hvor - hvert ben i brostrukturen omfatter minst en styrbar omkoplerinnretning; - minst en omkopleranordning i et av bena danner en fasereferanse; og - hvor vekselretterkretsens spenning styres ved hjelp av fasemodulasjon.

12. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge krav 11, karakterisert ved at fasemodulasjonen bevirkes ved den minst ene omkoplerinnretning i et av de andre to bena, med relativ faseforskyvning styrt i forhold til fasereferanse; og den minst ene omkoplerinnretningen i det tredje benet har sin relative faseforskyvning styrt i forhold fasereferansen på slik måte at fase-forskyvningen i forhold til fasereferansen øker, for derved å styre utgangsspenn-ingsnivået fra vekselretterkretsen.

13. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge krav 11, karakterisert ved at vekselretterkretsen innbefatter: - minst to omkoplerinnretninger pr. fase, hvor - hver av omkoplerinnretningene har et kapasitivt element koplet i parallell med seg, og hvor hver fase av vekselretterens utgang innbefatter et induktivt element; - hvor et tilsvarende kapasitivt element og induktivt element i hver fase danner en LC-resonanskrets; og - hvor avslag av hvert slikt omkoplerelement styres til å ha en dødtid mellom omkoplingsfasene, og i løpet av denne tiden bringer LC-reson-anskretsen det neste omkoplerelementet som skal slås på i rekkefølgen, til å ha hovedsakelig null spenning over seg på omkoplingstidspunktet.

14. Vekselstrøms/likestrøms-kraftforsyning ifølge et av kravene 4 til 13, karakterisert ved at vekselstrøms/likestørms-kraftforsyningen er koplet til en celleenhet, idet kraftforsyningens likestrømsutgang er forbundet med minst ett katode/anode-elektrodepar i celleenheten, for å få elektrolysen av vann til å frigjøre hydrogen- og oksygengas.

15. Fremgangsmåte for generering av en kraftforsynings-likespenning fra en trefaset kraftforsynings-vekselspenning, innbefattende tilveiebringelse av en trefaset transformator slik som angitt i et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter: - likeretting av forsynings-vekselspenningen for å generere en likerettet forsyningsspenning; - vekselretting av den likerettede forsyningsspenningen for å generere en trefaset pseudo-vekselforsyningsspenning; - forsyningen av den trefasede transformatoren med den trefasede pseudo-vekselsforsyningsspenningen; og - likeretting av en utgangsspenning fra den trefasede transformatoren.

16. Fremgangsmåte for generering av en forsynings-likespenning ifølge krav 15, karakterisert ved at den trefasede pseudo-vekselforsyningsspenn-ingen har en frekvens som er høyere enn den trefasede veksel-forsyningsspenningen.

17. Fremgangsmåte for generering av en forsyn ings-likespenning ifølge krav 15 eller 16, karakterisert ved at den trefasede vekselforsyningsspenningens stør-relse styres ved å tilveiebringe en trefaset vekselretter, og videre at: - en første fase utpekes som en referansefase; - den relative faseforskyvning for en av de to andre fasene styres slik at faseforskjellen mellom den første fasen og den ene av de andre to blir redusert; og - den tredje fasens relative faseforskyvning styres slik at faseforskjellen mellom den tredje fasen og den første fasen økes.