ES2270359T3 - CURRENT SUPPLY DEVICE FOR THE SUPPLY OF A SINGLE-PHASE LOAD, IN PARTICULAR A SINGLE-PHASE INDUCTION OVEN, FROM THE THREE-PHASE CURRENT NETWORK. - Google Patents

Abstract

R E I V I N D I C A C I O N E S 1. Dispositivo de suministro de corriente para la alimentación de una carga monofásica, en particular un horno de inducción (O) monofásico, desde la red de corriente trifásica, caracterizado porque está previsto un convertidor de corriente (S) que además de los dos potenciales de salida para la conexión de una carga (O) compensada en paralelo presenta al menos otro potencial de salida, porque entre el otro potencial de salida y uno de los potenciales de salida para la conexión de la carga (O), o entre los otros potenciales de salida, están conectadas una o varias reactancias de equilibrado de circuitos para la acumulación de energía con frecuencia de salida doble, y porque el control del convertidor y/o de las reactancias de equilibrado de circuitos pueden adaptarse a la impedancia de la carga (O) en diferentes puntos de funcionamiento.CLAIMS 1. Power supply device for feeding a single-phase load, in particular a single-phase induction furnace (O), from the three-phase current network, characterized in that a current converter (S) is provided that in addition to the two Output potentials for the connection of a parallel compensated load (O) have at least one other output potential, because between the other output potential and one of the output potentials for the connection of the load (O), or between Other output potentials are connected one or more circuit balancing reactances for energy accumulation with double output frequency, and because the control of the converter and / or the circuit balancing reactances can be adapted to the load impedance (O) at different operating points.

Description

Dispositivo de suministro de corriente para la alimentación de una carga monofásica, en particular un horno de inducción monofásico, desde la red de corriente trifásica.Power supply device for feeding a single-phase load, in particular an oven of single-phase induction, from the three-phase current network.

La invención se refiere a un dispositivo de suministro de corriente para la alimentación de una carga monofásica, en particular de un horno de inducción monofásico, desde la red de corriente trifásica.The invention relates to a device of power supply for feeding a load single-phase, in particular of a single-phase induction furnace, from the three-phase power network.

En particular, en el caso del horno de inducción alimentado a través de un dispositivo de suministro de corriente de este tipo se puede tratar de un horno de crisol o de un horno de canal para la fundición, mantenimiento del calor y recalentado de metales, o de un horno de inducción para el calentamiento de piezas de trabajo metálicas para el tratamiento térmico, para la conformación en caliente o para otras finalidades. En estas aplicaciones se requieren energías tan elevadas que en cualquier caso ha de tener lugar una conexión a la red de corriente trifásica.In particular, in the case of the induction furnace powered through a power supply device this type can be a crucible oven or a furnace channel for smelting, heat maintenance and reheating of metals, or an induction furnace for heating parts metal work for heat treatment, for hot shaping or for other purposes. In these applications so high energies are required that in any in case a connection to the mains network must take place three phase.

Los hornos de inducción son, por regla general, cargas monofásicas fuertemente inductivas. La selección de la frecuencia de la corriente de suministro se determina por medio del modo de construcción del horno, el tamaño del horno, y los requerimientos del proceso.Induction furnaces are, as a rule, strongly inductive single-phase loads. The selection of the Supply current frequency is determined by means of the oven construction mode, oven size, and process requirements

Una visión general de diferentes posibilidades para conectar un horno de inducción a la red se encuentra en Mather, H.G.: Frequenzumrichter für die induktive Erwärmung - Rückblick und Entwicklungstendenzen en Elektrowärme international 59 (2001), pág. 21-25. Allí se presentan topologías convencionales de convertidores de corriente para la alimentación de hornos de inducción, es decir, para la alimentación de cargas monofásicas.An overview of different possibilities for connecting an induction furnace to the network is found in Mather, HG: Frequenzumrichter für die induktive Erwärmung - Rückblick und Entwicklungstendenzen in Elektrowärme international 59 (2001), p. 21-25 . There are conventional topologies of current converters for the feeding of induction furnaces, that is, for the feeding of single-phase loads.

Si la frecuencia de red de la red de corriente trifásica es apropiada para la aplicación pretendida, entonces el horno de inducción se compensa y se conecta por medio de un dispositivo de equilibrado de circuitos, por ejemplo, en una conexión de cantero, a la red de corriente trifásica. Tanto la compensación como el equilibrado de circuitos de una disposición de suministro de corriente de este tipo se han de realizar, en este caso, de modo conmutable, ya que la impedancia del horno se modifica con el grado de llenado, el tipo del material empleado, la temperatura y el desgaste del revestimiento interior con mampostería, y la compensación y el equilibrado de circuitos han de ser adaptados. Además se han de prever otros dispositivos de conmutación para el control de la potencia.If the network frequency of the current network Three phase is appropriate for the intended application, then the induction furnace is compensated and connected by means of a circuit balancing device, for example, in a quarry connection, to the three-phase power network. Both the compensation such as circuit balancing of an arrangement of power supply of this type must be carried out, in this case, switchable, since the impedance of the oven is modify with the degree of filling, the type of material used, the temperature and wear of the inner lining with masonry, and the compensation and balancing of circuits must be adapted In addition, other devices of switching for power control.

Se pueden extraer detalles referidos a variantes de conexión de dispositivos de equilibrado de circuitos, así como bases teóricas para su cálculo, por ejemplo, del siguiente documento: Reichert, K.: Die Symmetrierung und Schaltung von Netzfrequenz-Induktionsofenanlagen en Elektrowärme 21 (1963), pág. 309-319. Allí se presenta, por ejemplo, la posibilidad del equilibrado de circuitos de una carga monofásica, de manera que el convertidor de corriente correspondiente se puede operar en la red trifásica.Details referring to connection variants of circuit balancing devices can be extracted, as well as theoretical bases for their calculation, for example, from the following document: Reichert, K .: Die Symmetrierung und Schaltung von Netzfrequenz-Induktionsofenanlagen in Elektrowärme 21 (1963) , p. 309-319 . There, for example, the possibility of balancing circuits of a single-phase load is presented, so that the corresponding current converter can be operated in the three-phase network.

Habitualmente, son más adecuadas las frecuencias de funcionamiento mayores que la frecuencia de la red para la aplicación, en particular, ya que en este caso se puede conseguir una mayor potencia específica. Este tipo de instalaciones se realizan hoy en día con convertidores indirectos. Como convertidores indirectos se usan en este caso tanto convertidores de frecuencia con circuitos intermedios de corriente, como convertidores de frecuencia con circuitos intermedios de tensión.Usually the frequencies are more suitable operating greater than the network frequency for the application, in particular, since in this case you can get Higher specific power. This type of facility is They perform today with indirect converters. As converters indirect both frequency converters are used in this case with intermediate current circuits, such as converters frequency with intermediate voltage circuits.

Además de convertidores indirectos, en el documento mencionado anteriormente también se describe un convertidor directo en el que el circuito oscilante de carga compensado en paralelo conduce el convertidor directo formado por 3 parejas de tiristores antiparalelas.In addition to indirect converters, in the document mentioned above also describes a direct converter in which the oscillating load circuit offset in parallel drives the direct converter formed by 3 couples of antiparallel thyristors.

Ernst, D.: Umrichter für Induktionsanwendungen - Stand der Technik. En: Elektrowärme international B57 (1999), pág. 162-166 informa sobre otros desarrollos más modernos. Allí se describe el empleo de transistores en lugar de los tiristores en los convertidores indirectos. Además, se presenta un convertidor con circuito intermedio de tensión que dispone de un rectificador que toma corriente de entrada sinusoidal de la red. Ernst, D .: Umrichter für Induktionsanwendungen - Stand der Technik. In: Elektrowärme international B57 (1999), p. 162-166 reports on other more modern developments. There, the use of transistors instead of thyristors in indirect converters is described. In addition, there is a converter with intermediate voltage circuit that has a rectifier that takes sinusoidal input current from the network.

Como consecuencia del gran número de dispositivos de conmutación, las instalaciones de conmutación de frecuencia de red requieren un volumen de construcción elevado, y son intensivas en su mantenimiento. Debido a ello, hoy en día, incluso las instalaciones en las que la frecuencia de red es muy apropiada bajo aspectos de la técnica de procesos, están realizadas con convertidores de frecuencia para frecuencias que van de 60 a 80 Hz.As a result of the large number of switching devices, switching facilities network frequency require a high build volume, and They are intensive in their maintenance. Because of that, today, even installations in which the network frequency is very appropriate under aspects of the process technique, are performed with frequency converters for frequencies ranging from 60 to 80 Hz.

Los convertidores indirectos, tal y como se emplean hoy en día en instalaciones para el suministro de hornos de inducción, generan, por medio del rectificador conmutado por la red, corrientes armónicas que pueden perjudicar el funcionamiento de otros consumidores. Al menos en el caso de potencias elevadas, el uso de rectificadores de 12 ó 24 pulsos es la única medida que permite una reducción económica de las corrientes armónicas. En caso de que los convertidores indirectos se realicen con rectificadores de entrada de conmutación automática, para conseguir una corriente de entrada sinusoidal, entonces esto incrementa los costes de un modo considerable, y puede llevar a una mengua significativa del rendimiento. Como otra desventaja del convertidor indirecto se ha de mencionar el elevado coste para los componentes del circuito intermedio, en particular en el caso de frecuencias de salida reducidas.Indirect converters, as is they use today in facilities for the supply of furnaces of induction, generate, by means of the rectifier switched by the network, harmonic currents that can impair the functioning of other consumers At least in the case of high powers, the use of 12 or 24 pulse rectifiers is the only measure that It allows an economic reduction of harmonic currents. In case  that indirect converters are made with rectifiers Automatic switching input, to get a current of sinusoidal input, then this increases the costs of a considerable mode, and can lead to a significant decrease in performance. As another disadvantage of the indirect converter has been to mention the high cost for the circuit components intermediate, particularly in the case of output frequencies reduced

Los convertidores directos de conmutación por la carga investigados en el pasado no se han podido imponer, ya que se han de apartar las reacciones de la corriente de salida por medio de un costoso filtro de entrada. El filtro de entrada es especialmente costoso cuando se requieren frecuencias de salida relativamente reducidas. Sin embargo, precisamente este caso se da para los grandes hornos de inducción, ya que este tipo de hornos trabajan con frecuencias entre 80 Hz y 500 Hz.Direct converters switching by load investigated in the past could not be imposed, since it the reactions of the output current must be separated by An expensive inlet filter. The input filter is especially expensive when relatively frequent output frequencies are required reduced However, precisely this case is for large induction furnaces, since this type of furnaces work with frequencies between 80 Hz and 500 Hz.

Tanto los convertidores indirectos como los convertidores directos de conmutación por la carga tienen, en caso de un diseño para frecuencias de salida reducidas, un coste especialmente elevado por lo que se refiere a reactancias (condensadores o bobinas de impedancia).Both indirect converters and Direct load switching converters have, in case of a design for reduced output frequencies, a cost especially high in terms of reactances (capacitors or impedance coils).

Frente a estas soluciones, se pueden producir disposiciones ventajosas si se es capaz de aplicar técnicas de conmutación para la aplicación de semiconductores de potencia desconectables en circuitos sin circuitos intermedios como, por ejemplo, convertidores directos de conmutación automática (también designados como convertidores de matriz), para la alimentación de una carga monofásica. Los circuitos de convertidores directos de conmutación automática se describen en el documento DE 19832225 A1.Faced with these solutions, they can be produced advantageous provisions if you are able to apply techniques of switching for the application of power semiconductors disconnectable in circuits without intermediate circuits such as example, direct automatic switching converters (also designated as matrix converters), for feeding a single phase load. The direct converter circuits of Automatic switching are described in DE 19832225 A1.

El objetivo ahora es reducir el elevado coste en reactancias, es decir, inductividades y/o capacidades, que se opera en las soluciones conocidas hasta el momento, y crear las condiciones para el uso de circuitos sin circuitos intermedios. Se indican dispositivos de suministro de corriente en los que la alimentación de energía se puede realizar con un coste reducido de componentes pasivos. Para ello es válido, en primer lugar, identificar la causa para el elevado coste de las reactancias. Esto se explica a continuación:The goal now is to reduce the high cost in reactances, that is, inductivities and / or capabilities, which are operated in the solutions known so far, and create the conditions for the use of circuits without intermediate circuits. Be indicate power supply devices in which the Power supply can be done with a reduced cost of passive components For this it is valid, first of all, Identify the cause for the high cost of reactances. This It is explained below:

El dispositivo de suministro de corriente sirve simultáneamente a varios objetivos:The power supply device serves simultaneously to several objectives:

\circ\ circ

Conversión de frecuencia Frequency conversion

\circ\ circ

Control de potencia Power control

\circ\ circ

Conexión de una carga monofásica a la red trifásica Connection of a single-phase load to the three-phase network

Cuando una carga monofásica compensada se pone a una tensión sinusoidal u(t) = û\cdotsen(2\cdot\pi\cdotf\cdott), entonces fluye una corriente, igualmente sinusoidal, i(t) = î\cdotsen(2\cdot\pi\cdotf\cdott). A partir del producto de las dos resulta la evolución temporal de la potencia convertida: P(t) = 1/2 \cdotû\cdotî\cdot(1-(cos(2\cdot2\cdot\pi\cdotf\cdott)). Esta evolución temporal de la potencia se ajusta en la parte de salida del dispositivo de suministro de tensión. A partir del requerimiento de una carga simétrica de la red resulta que para la parte de red se ha de dar que P(t) = constante. La parte alterna de la evolución temporal de la potencia en la parte de la salida, así pues, ha de ser entregada desde el dispositivo de suministro de corriente, es decir, en el dispositivo de suministro de corriente ha de realizarse la alimentación de energía con una frecuencia de salida doble. En el convertidor indirecto, el circuito intermedio se hace cargo de esta labor, mientras que en el caso de convertidores directos de conmutación por la carga, esta alimentación de energía se realiza en el filtro de entrada. En ambos casos, esta alimentación de energía se realiza en reactancias que al mismo tiempo son cargadas por medio de una componente continua o una componente a la frecuencia de la red.When a compensated single-phase load is set to a sinusoidal voltage u (t) = û \ cdotsen (2 \ cdot \ pi \ cdotf \ cdott), then it flows a current, equally sinusoidal, i (t) = î \ cdotsen (2 \ cdot \ pi \ cdotf \ cdott). From product of the two results the temporal evolution of the power converted: P (t) = 1/2 \ cdotû \ cdotî \ cdot (1- (cos (2 \ cdot2 \ cdot \ pi \ cdotf \ cdott)). This temporal evolution of the power is adjusted in the part of output of the voltage supply device. From requirement of a symmetrical network load turns out that for the network part must be given that P (t) = constant. The part alternates the temporal evolution of power in the part of the output, therefore, has to be delivered from the device power supply, that is, in the supply device the power supply must be carried out with a double output frequency. In the indirect converter, the circuit Intermediate takes over this work, while in the case of Direct load switching converters, this Power supply is done in the input filter. In both cases, this power supply is carried out in reactances that at same time they are loaded by means of a continuous component or a component to the frequency of the network.

El objetivo se alcanza, según la invención, gracias al hecho de que esté previsto un convertidor de corriente que presente, además de los dos potenciales de salida para la conexión de una carga compensada en paralelo, al menos otro potencial de salida, y que entre el potencial de salida adicional y uno de los potenciales de salida para la conexión de la carga, o entre los potenciales de salida adicionales estén conectadas una o varias reactancias de equilibrado para el almacenamiento de energía con una frecuencia de salida doble, y que el control del convertidor y/o de las reactancias de equilibrado se pueda adaptar a la impedancia de la carga (O) en diferentes puntos de operación.The objective is achieved, according to the invention, thanks to the fact that a current converter is planned to present, in addition to the two output potentials for the connection of a compensated load in parallel, at least another output potential, and that between the additional output potential and one of the output potentials for the load connection, or between the additional output potentials are connected one or various balancing reactances for energy storage with a double output frequency, and that the control of converter and / or balancing reactances can be adapted to the impedance of the load (O) at different points of operation.

Como reactancias de equilibrado, en la forma de realización conforme a la invención están previstos, al menos, un condensador de equilibrado y/o una bobina de impedancia de equilibrado. En la realización conforme a la invención, con ella, se reduce el coste para las reactancias, ya que la alimentación de energía se realiza con toda la amplitud de la tensión de salida del convertidor de corriente usado en las reactancias de equilibrado, y no, como es habitual en los convertidores indirectos, por medio de una componente alterna de la corriente reducida en comparación con la componente continua (en el convertidor indirecto de corriente) o de la tensión (en el convertidor indirecto de tensión) en las reactancias del convertidor indirecto. En tanto que se use un convertidor indirecto como convertidor, con ello, las reactancias se pueden dimensionar de menor tamaño en éste. Puesto que la alimentación de energía necesaria para el equilibrado de circuitos tiene lugar en las reactancias de equilibrado, también se pueden emplear convertidores directos que no contengan reactancias y que hagan posible un control exacto de la potencia de salida.As balancing reactances, in the form of In accordance with the invention, at least one balancing capacitor and / or an impedance coil of balanced. In the embodiment according to the invention, with it, the cost for the reactances is reduced, since the feeding of energy is done with the full amplitude of the output voltage of the current converter used in balancing reactances, and no, as usual in indirect converters, through an alternating component of the reduced current compared to the continuous component (in the indirect current converter) or of the voltage (in the indirect voltage converter) in the indirect converter reactances. As long as a Indirect converter as a converter, thereby reactances are They can be smaller in this one. Since the power supply necessary for balancing circuits takes place in balancing reactances, you can also use direct converters that do not contain reactances and that make possible an exact control of the output power.

En el caso del convertidor de corriente usado, se puede tratar de un convertidor de corriente con circuito intermedio de tensión, un convertidor de corriente con circuito intermedio de corriente, o de un convertidor directo. Para poder ajustar cualquier posición de fase de las corrientes y las tensiones en los bornes de salida del dispositivo de suministro de corriente, los componentes se han de poder desconectar en el ondulador del convertidor indirecto. Lo mismo sucede también para el convertidor directo. Como reactancias para el almacenamiento de energía se pueden usar inductividades o capacidades o combinaciones arbitrarias de estos elementos.In the case of the current converter used, it can be a current converter with circuit intermediate voltage, a current converter with circuit intermediate current, or a direct converter. To adjust any phase position of currents and voltages at the output terminals of the power supply device, the components must be able to be disconnected in the inverter of the indirect converter. The same also happens for the converter direct. As reactances for energy storage are they can use inductivities or capacities or arbitrary combinations of these elements.

De un modo ventajoso, la invención también puede estar conformada de tal manera que como convertidor de corriente esté previsto un convertidor indirecto. En este caso, el almacenamiento de energía necesario para el equilibrado de circuitos es desplazado desde las reactancias del circuito intermedio a las reactancias de equilibrado de circuitos, de manera que las reactancias del circuito intermedio se pueden dimensionar con un menor tamaño. Las reactancias de equilibrado de circuitos requieren, ciertamente, un cierto coste, si bien el coste total, en su conjunto, es más reducido en comparación con las disposiciones conocidas.Advantageously, the invention can also be shaped in such a way that as a current converter an indirect converter is planned. In this case, the energy storage necessary for balancing circuits is displaced from the reactances of the circuit intermediate to the balancing reactances of circuits, so that the intermediate circuit reactances can be sized With a smaller size. The balancing reactances of circuits they certainly require a certain cost, although the total cost, in as a whole, it is smaller compared to the provisions known.

Adicionalmente, el dispositivo también puede estar configurado de modo ventajoso de tal manera que esté previsto como convertidor de corriente un convertidor directo de conmutación automática. El empleo de un convertidor directo de conmutación automática de este tipo presupone que la carga toma una carga constante a lo largo de un periodo de red. Esto se consigue por medio de las reactancias de equilibrado de circuitos.Additionally, the device can also be advantageously configured in such a way that it is intended as a current converter a direct switching converter automatic The use of a direct switching converter Automatic of this type presupposes that the load takes a load constant over a network period. This is achieved by medium of the balancing reactances of circuits.

El dispositivo también puede estar conformado, de modo ventajoso, de tal manera que como reactancias de equilibrado de circuitos esté/estén prevista/s al menos una bobina de impedancia de equilibrado de circuitos y/o un condensador de equilibrado de circuitos, de manera que la carga monofásica, es decir, el horno de inducción, esté equilibrado respecto a los tres bornes de conexión de la red y por lo que se refiere a la amplitud y a la posición de fase de tensiones y corrientes. Puesto que por medio del empleo de un convertidor de corriente se pueden ajustar de un modo arbitrario la amplitud y la posición de fase, se puede renunciar a una de las dos reactancias de equilibrado de
circuitos.The device can also be advantageously shaped such that at least one circuit balancing impedance coil and / or a circuit balancing capacitor is / are provided as circuit balancing reactances, so that the single-phase load, that is, the induction furnace, is balanced with respect to the three connection terminals of the network and with regard to the amplitude and phase position of voltages and currents. Since the amplitude and phase position can be adjusted arbitrarily through the use of a current converter, one of the two balancing reactances of
circuits

Adicionalmente se propone un procedimiento de control para el control de la alimentación de una carga monofásica, en particular un horno de inducción, desde la red de corriente trifásica con un dispositivo conforme a la invención que está caracterizado porque en caso de modificación de la resistencia y/o de la inducción de la carga para el ajuste de la potencia, se varía la amplitud y/o la posición de fase y/o la frecuencia de la tensión de salida, de manera que el dispositivo de suministro de corriente, puede ser adaptado con ello, a una carga que se ha vuelto asimétrica sólo por medio del control. Hasta el momento, para la adaptación a la impedancia variable de la carga se empleaban capacidades parciales o inductividades parciales desconectables.Additionally a procedure of control for the control of the feeding of a single-phase load, in particular an induction furnace, from the mains three-phase with a device according to the invention that is characterized in that in case of modification of the resistance and / or of the induction of the load for the adjustment of the power, it is varied amplitude and / or phase position and / or voltage frequency output, so that the power supply device, can be adapted with it, to a load that has become asymmetric only through control. So far, for the adaptation to the variable impedance of the load were used partial capacities or disconnectible partial inductivities.

Características importantes del dispositivo conforme a la invención también vienen residen en que, en ella, el convertidor de corriente suministra una carga monofásica, cuya frecuencia habitualmente es mayor que la de la red trifásica, y tiene un valor, por ejemplo, de 250 Hz; en que el convertidor de corriente alimenta una carga pasiva cuya frecuencia es variable dependiendo del llenado del horno y de la temperatura, habiendo de ajustar el convertidor de corriente su frecuencia de salida a la frecuencia de resonancia del horno y el condensador de compensación; en que el convertidor de corriente sólo presenta tres potenciales de salida, entre los cuales se conectan la carga y el equilibrado de circuitos; se usa un convertidor de corriente en cuyos bornes de salida se conecta una carga con equilibrado de circuitos en una conexión de cantero, en el que la tarea de la conexión de la carga a las tres fases de la red de alimentación es realizada ya a través del convertidor de corriente, es decir, la conexión de cantero sólo sirve para la comparación de oscilaciones periódicas de potencia a través de la carga monofásica.Important features of the device according to the invention they also come reside in that, in it, the Current converter supplies a single-phase load, whose frequency is usually higher than that of the three-phase network, and it has a value, for example, of 250 Hz; in which the converter current feeds a passive load whose frequency is variable depending on the filling of the oven and the temperature, having adjust the current converter its output frequency to the resonance frequency of the oven and the condenser of compensation; in which the current converter only has three output potentials, between which the load and the circuit balancing; a current converter is used in whose output terminals connect a load with balanced circuits in a quarry connection, in which the task of the connection of the load to the three phases of the power supply network is already carried out through the current converter, that is, the quarry connection only serves to compare oscillations periodic power through the single-phase load.

Los elementos de conexión básicos para el dispositivo de suministro de corriente conforme a la invención, así como otras formas de conformación ventajosas conformes a la invención se representan en las siguientes figuras:The basic connection elements for the power supply device according to the invention as well as other advantageous conformation forms conforming to the Invention are represented in the following figures:

Fig. 1 posibles variantes de conformación para conmutadores principales bidireccionalesFig. 1 possible conformation variants for bidirectional main switches

Fig. 2 dispositivo de suministro de corriente con conexión de cantero en la parte de salida del convertidor de corrienteFig. 2 power supply device with quarry connection at the output part of the converter stream

Fig. 3 dispositivo de suministro de corriente con inductividad como acumulador de energía en la parte de salida del convertidor de corrienteFig. 3 power supply device with inductivity as an energy accumulator in the output part of the power converter

Fig. 4 dispositivo de suministro de corriente con condensador como acumulador de energía en la parte de salida del convertidor de corrienteFig. 4 power supply device with condenser as energy accumulator in the output part of the power converter

Fig. 5 dispositivo de suministro de corriente con convertidor indirecto de tensión modulado por duración de impulsos con condensador como acumulador de energía en la parte de salidaFig. 5 power supply device with indirect voltage converter modulated by duration of impulses with capacitor as energy accumulator in the part of exit

Fig. 6 dispositivo de suministro de corriente con convertidor directo de conmutación automática con condensador como acumulador de energía en la parte de salida.Fig. 6 power supply device with direct automatic switching converter with condenser as an energy accumulator in the output part.

La Fig. 1 muestra posibles variantes de conformación para conmutadores principales bidireccionales que son necesarios para la construcción de convertidores directos de conmutación automática. Un interruptor principal bidireccional de este tipo se puede conformar como combinación formada por IGBTs de bloqueo unidireccionales y diodos (a, b, c), o exclusivamente por IGBTs (d) de bloqueo simétricos. En lugar de IGBTs, también se pueden utilizar otros semiconductores de potencia desconectables, tales como Mosfets, IGCTs, u otros. En el caso de semiconductores de potencia de bloqueo simétricos es posible la variante sencilla correspondiente a la Fig. 1d.Fig. 1 shows possible variants of conformation for two-way main switches that are necessary for the construction of direct converters of automatic switching A bidirectional main switch of this type can be formed as a combination formed by IGBTs of unidirectional blocking and diodes (a, b, c), or exclusively by IGBTs (d) symmetric blocking. Instead of IGBTs, it also they can use other disconnectable power semiconductors, such as Mosfets, IGCTs, or others. In the case of semiconductors symmetrical blocking power the simple variant is possible corresponding to Fig. 1d.

Las Fig. 2 - Fig. 4 muestran diferentes formas de conformación del dispositivo de suministro de corriente conforme a la invención con la conexión de los acumuladores de energía, en los que se almacena la energía necesaria para el equilibrado de circuitos.Fig. 2 - Fig. 4 show different shapes of conformation of the conforming current supply device to the invention with the connection of the energy accumulators, in which stores the energy necessary for balancing circuits

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En la Fig. 2, la carga compensada en paralelo, formada por el horno O y por el condensador de compensación C_{K}, se conecta por medio de un circuito de cantero, formado por un condensador de equilibrado de circuitos C_{S} y una bobina de impedancia de equilibrado de circuitos L_{S}, se conecta a la salida de tres fases del convertidor de corriente S. Los componentes del circuito de cantero se dimensionan en este caso de tal manera que en la carga nominal se lleva a cabo una carga simétrica del convertidor de corriente S. El convertidor de corriente S se controla de tal manera que en su salida se ajusta un sistema de tensión trifásica.In Fig. 2, the load compensated in parallel, formed by the oven O and the compensation condenser C_ {K}, is connected by means of a quarry circuit, formed by a circuit balancing capacitor C_ {S} and a coil of circuit balancing impedance L_ {S}, connects to the three-phase output of the current converter S. Los components of the quarry circuit are sized in this case of such that a load is carried out on the nominal load symmetric of the current converter S. The converter current S is controlled in such a way that its output adjusts a three-phase voltage system.

En la Fig. 3, además del horno O y el condensador de compensación C_{K} hay únicamente una bobina de impedancia de equilibrado de circuitos L_{S}.In Fig. 3, in addition to the oven O and the compensation capacitor C_ {K} there is only one coil of balancing impedance of circuits L_ {S}.

La Fig. 4 muestra, finalmente, una disposición en la que se usa sólo un condensador de equilibrado de circuitos C_{S}.Fig. 4 shows, finally, an arrangement in which only one circuit balancing capacitor is used C_ {S}.

En un equilibrado de circuitos ideal, usando un condensador de equilibrado de circuitos C_{S} y una bobina de impedancia de equilibrado de circuitos L_{S} (conexión de cantero), a la salida del convertidor de corriente S, las corrientes y las tensiones de las 3 fases están en fase, respectivamente, de manera que el convertidor de corriente S ha de entregar potencia real pura. En caso de que no haya uno de estos elementos de equilibrado de circuitos, entonces se reduce, ciertamente, el coste para los componentes pasivos, si bien el convertidor de corriente S ha de entregar entonces adicionalmente potencia reactiva.In an ideal circuit balancing, using a C_ {S} circuit balancing capacitor and a coil of circuit balancing impedance L_ {S} (connection of quarryman), at the output of the current converter S, the currents and voltages of the 3 phases are in phase, respectively, so that the current converter S has to Deliver pure real power. In case there is not one of these circuit balancing elements, then it is reduced, certainly, the cost for passive components, although the current converter S must then additionally deliver reactive power.

La Fig. 5 representa una disposición correspondiente a la Fig. 4, en la que el convertidor de corriente S está realizado como convertidor indirecto. El convertidor indirecto está formado, en este caso, por el rectificador de la red, realizado con los diodos D_{1}-D_{6}, la bobina de impedancia del circuito intermedio L_{d}, el condensador del circuito intermedio C_{d} y el ondulador, que está formado por los IGBTs T_{1}-T_{6}, los excitadores Tr_{1}-Tr_{6}, así como por la bobina de impedancia de desacoplamiento L_{E}. La bobina de impedancia de desacoplamiento L_{E} hace posible la conexión de los condensadores para la compensación C_{K} y equilibrado de circuitos C_{S} a la salida del convertidor indirecto de corriente, sin que debido a ello se produzcan corrientes de compensación indeseadas. Por medio del control correspondiente de los excitadores Tr_{1}-Tr_{6} se garantiza que el circuito intermedio sólo se cargue con corrientes en el intervalo de la frecuencia de conmutación. Las componentes de corriente en el condensador del circuito intermedio C_{d} con frecuencia de salida doble se pueden evitar ajustando las magnitudes de salida de tal manera que la energía necesaria para la compensación del balance de potencia se acumule en el condensador de equilibrado de circuitos C_{S} conectado en la parte de salida.Fig. 5 represents an arrangement corresponding to Fig. 4, in which the current converter S  It is made as an indirect converter. The indirect converter it is formed, in this case, by the rectifier of the network, made with diodes D_ {1} -D_ {6}, the coil of impedance of the intermediate circuit L_ {d}, the capacitor of the intermediate circuit C_ {d} and the inverter, which is formed by the IGBTs T_ {1} -T_ {6}, the exciters Tr_ {1} -Tr_ {6}, as well as by the coil of decoupling impedance L_ {E}. The impedance coil of decoupling L_ {E} makes it possible to connect the capacitors for compensation C_ {K} and balancing of C_ {S} circuits at the output of the indirect converter of current, without causing currents of Unwanted compensation. Through the corresponding control of Tr_ {1} -Tr_ {6} drivers are guaranteed to the intermediate circuit is only loaded with currents in the interval of the switching frequency. The current components in the intermediate circuit capacitor C d with frequency of Double output can be avoided by adjusting the output quantities of such that the energy necessary for the compensation of power balance accumulates in the balancing capacitor of C_ {S} circuits connected to the output part.

La Fig. 6 muestra una forma de realización en la que el convertidor está realizado como convertidor directo de conmutación automática o como convertidor de matriz. Una disposición formada por 9 conmutadores principales bidireccionales, compuesta por los IGBTs T1-T18, conforma un convertidor directo con una entrada trifásica y una salida trifásica. En la parte de la entrada están dispuestos, para la supresión de reacciones de frecuencia de conmutación, condensadores de filtrado C_{F} en una conexión en triángulo. Estos conforman, conjuntamente con la inductividad L_{T} del transformador conectado previamente, o con una bobina de impedancia de entrada, un filtro de paso bajo. En la parte de salida está dispuesta, de nuevo, una bobina de impedancia de desacoplamiento L_{E}. El uso de un convertidor de este tipo hace posible un funcionamiento con pocas reacciones en la red del convertidor de corriente, ya que éste se puede controlar de tal manera que absorban corrientes de red sinusoidales.Fig. 6 shows an embodiment in the that the converter is made as a direct converter of automatic switching or as matrix converter. A provision formed by 9 bidirectional main switches, composed for the IGBTs T1-T18, it forms a converter Direct with a three-phase input and a three-phase output. In the part of the entrance are arranged, for the suppression of switching frequency reactions, filtering capacitors C_ {F} in a triangle connection. These make up  with the inductance L_ {T} of the connected transformer previously, or with an input impedance coil, a filter Low pass In the output part is arranged, again, a decoupling impedance coil L_ {E}. the use of a Converter of this type makes operation with few possible reactions in the network of the current converter, since it can control in such a way that they absorb network currents sinusoidal

Las ventajas de las disposiciones descritas frente a los convertidores indirectos empleados hasta ahora son los siguientes puntos:The advantages of the described provisions compared to the indirect converters used so far are the following points:

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Como consecuencia de la potencia constante en la salida del convertidor de corriente, se puede prescindir del circuito intermedio (convertidor directo) o bien se puede reducir en tamaño. Gracias a ello, el dispositivo de suministro de corriente se puede realizar más compacto y más económico. As a result of the constant power at the output of the current converter, it can dispense with the intermediate circuit (direct converter) or It may well be reduced in size. Thanks to that, the device power supply can be made more compact and more economic.

\circ\ circ

Por medio de la supresión o de la reducción en tamaño del acumulador de energía en el circuito intermedio, la energía acumulada en el convertidor de corriente es menor, de manera que en caso de fallo, por ejemplo en caso de que se averíe un semiconductor, se ha de reducir menos energía. Gracias a ello se reduce la carga de todos los componentes. By means of suppression or reduction in accumulator size of energy in the intermediate circuit, the energy accumulated in the Current converter is smaller, so that in case of failure, for example, in case a semiconductor is damaged, it must be reduce less energy Thanks to this, everyone's burden is reduced the components.

\circ\ circ

Cuando en un punto del circuito de refrigeración aparece tensión continua, se ha de introducir agua preparada de menor conductividad para evitar una electrolisis. En la realización del convertidor de corriente como convertidor directo, en ningún lugar del circuito se producen tensiones continuas. Los convertidores de corriente, con ello, se pueden construir usando semiconductores de potencia en una forma constructiva de celdas de disco refrigerados por agua, sin que para ello se requiera un aislamiento entre la conexión eléctrica y el cuerpo de refrigeración, o se haya de preparar para el convertidor agua de refrigeración de una conductividad especialmente reducida. La refrigeración del agua del convertidor, con ello, se puede realizar con el circuito de agua de la refrigeración del horno, sin que exista el peligro de la corrosión electrolítica. When voltage appears at a point in the cooling circuit continuous, prepared water of lower conductivity has to be introduced to avoid an electrolysis. In the realization of the converter current as a direct converter, nowhere in the circuit is They produce continuous tensions. The power converters, with this can be built using power semiconductors in a constructive form of water-cooled disk cells, without that an insulation between the electrical connection is required for this  and the cooling body, or be prepared for one conductivity cooling water converter especially reduced. Water cooling converter, with this, it can be done with the water circuit of the oven cooling, without the danger of corrosion electrolytic

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En la realización del convertidor de corriente como convertidor directo se puede conseguir una corriente de entrada prácticamente sinusoidal. Frente a los convertidores indirectos usados ya para esta finalidad con rectificadores de conmutación automática, con ello, se puede conseguir una mayor eficiencia. In the realization of current converter as direct converter can be achieved a practically sinusoidal input current. Facing the indirect converters already used for this purpose with automatic switching rectifiers, with it, you can achieve greater efficiency

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En la realización del convertidor de corriente como convertidor indirecto, se puede hacer uso de grupos constructivos estandarizados o módulos de la técnica de propulsión con salida trifásica. Esto es especialmente interesante para pequeñas potencias, ya que este tipo de grupos constructivos y módulos se fabrican en un gran número, y con ello, de manera económica. In the realization of Current converter as indirect converter, can be done use of standardized construction groups or modules of the technique of propulsion with three-phase output. This is especially interesting for small powers, since this type of groups constructives and modules are manufactured in a large number, and with that, economically

Lista de símbolos de referenciaList of reference symbols

C_{d}CD}

Condensador del circuito intermedio Intermediate circuit capacitor

C_{F}C_ {F}

Condensador de filtrado Filtering condenser

C_{K}C_ {K}

Condensador de compensación Compensation capacitor

C_{S}C_ {S}

Condensador de equilibrado de circuitos Circuit Balancing Capacitor

D_{x}D_ {x}

Diodos Diodes

L_{d}L_ {d}

Bobina de impedancia de circuito intermedio  Intermediate circuit impedance coil

L_{E}YOU}

Bobina de impedancia de desacoplamiento Decoupling impedance coil

L_{F}L_ {F}

Bobina de impedancia de filtrado  Filter impedance coil

L_{S}L_ {S}

Bobina de equilibrado de circuitos Circuit balancing coil

L_{T}L_ {T}

Inductividad del transformador Transformer inductance

OOR

Horno de inducción  Induction oven

SS

Convertidor de corriente  Power converter

T_{x}T_ {x}

IGBTs  IGBTs

T_{rx}T_ {rx}

Excitador Exciter

U_{xy}U_ {xy}

Tensiones de salida del convertidor de corriente Output voltages current converter

Claims (5)

1. Dispositivo de suministro de corriente para la alimentación de una carga monofásica, en particular un horno de inducción (O) monofásico, desde la red de corriente trifásica, caracterizado porque está previsto un convertidor de corriente (S) que además de los dos potenciales de salida para la conexión de una carga (O) compensada en paralelo presenta al menos otro potencial de salida, porque entre el otro potencial de salida y uno de los potenciales de salida para la conexión de la carga (O), o entre los otros potenciales de salida, están conectadas una o varias reactancias de equilibrado de circuitos para la acumulación de energía con frecuencia de salida doble, y porque el control del convertidor y/o de las reactancias de equilibrado de circuitos pueden adaptarse a la impedancia de la carga (O) en diferentes puntos de funcionamiento.1. Power supply device for feeding a single-phase load, in particular a single-phase induction furnace (O), from the three-phase current network, characterized in that a current converter (S) is provided which in addition to the two potentials Output for the connection of a load (O) compensated in parallel has at least one other output potential, because between the other output potential and one of the output potentials for the connection of the load (O), or between the other Output potentials, one or more circuit balancing reactances are connected for the accumulation of energy with double output frequency, and because the control of the converter and / or the circuit balancing reactances can be adapted to the load impedance ( O) at different operating points. 2. Dispositivo de suministro de corriente según la reivindicación 1, caracterizado porque como convertidor de corriente (S) está previsto un convertidor intermedio.2. Power supply device according to claim 1, characterized in that an intermediate converter is provided as a current converter (S). 3. Dispositivo de suministro de corriente según la reivindicación 1, caracterizado porque como convertidor de corriente (S) está previsto un convertidor directo de conmutación automático.3. Power supply device according to claim 1, characterized in that a direct automatic switching converter is provided as a current converter (S). 4. Dispositivo de suministro de corriente según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque como reactancias está/n prevista/s al menos una bobina de impedancia de equilibrado de circuitos (L_{S}) y/o un condensador de equilibrado de circuitos (C_{S}).4. Current supply device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one circuit balancing impedance coil (L S) and / or a circuit balancing capacitor is provided as reactances. C_ {S}). 5. Procedimiento de control para el control de la alimentación de una carga monofásica, en particular de un horno de inducción monofásico, desde la red de corriente alterna trifásica, con un dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en caso de modificación de la resistencia y/o de la inductancia de la carga para el ajuste de la potencia, se pueden variar la amplitud y/o la posición de fase y/o la frecuencia de las tensiones de salida.5. Control procedure for controlling the feeding of a single-phase load, in particular of a single-phase induction furnace, from the three-phase alternating current network, with a device according to one of the preceding claims, characterized in that in case of modification of the resistance and / or the inductance of the load for the adjustment of the power, the amplitude and / or the phase position and / or the frequency of the output voltages can be varied.