KR20100049654A - Power control device of a power network of an electrochemical coating facility - Google Patents
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- C25D21/00—Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
- C25D21/12—Process control or regulation
Abstract
Description
본 발명은 전기 화학 코팅 설비의 전력 공급 시스템의 전력 제어를 위한 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a device for power control of a power supply system of an electrochemical coating installation.
전기 화학 코팅 설비에서, 워크피스(workpiece)들은 코팅될 워크피스와 코팅 물질이 용해되는 매질(medium) 사이, 및/또는 매질과 외부 전기 전도체들 사이에 발생되는 전위차에 의해 물질층들로 그들의 영역에 대해 국부적으로 또는 전역적으로 코팅되며, 전위차는 간접적으로 워크피스 상에의 코팅 물질의 응결로 이어진다. 코팅 물질은 재료(matter)의 상태 변화 이외에, 워크피스 상에의 응결 공정 중에 화학적으로 변화할 수 있다. 매질은 재료의 액체, 기체 또는 플라스마 상태로 있을 수 있고, 코팅 물질 그 자체일 수 있거나, 또는 코팅 물질을 포함하는 용제 또는 수송(transport) 매질일 수 있다.In an electrochemical coating installation, the workpieces are their areas of material layers by the potential difference generated between the workpiece to be coated and the medium in which the coating material is dissolved and / or between the medium and the external electrical conductors. Coated locally or globally with respect to the potential difference indirectly leading to condensation of the coating material on the workpiece. The coating material may change chemically during the condensation process on the workpiece, in addition to the change of state of the material. The medium can be in the liquid, gas or plasma state of the material, can be the coating material itself, or can be a solvent or transport medium comprising the coating material.
공지된 전기 화학 코팅 방법들은 예를 들어 일반적으로 높게 희석된 기체들이 높은 필드 여기들(high-field excitations)에 의해 이온화되어 플라스마 상태의 재료로 되게 하는 플라스마 코팅 방법을 포함한다. 플라스마에서의 화학 반응들의 결과로서, 반응 결과물들은 기판 상에 - 특히, 코팅될 워크피스 상에 - 퇴적(스퍼터링)할 수 있다. 전기 화학 코팅 방법들의 더 중요한 서브그룹은 전해 코팅 방법들(electrolytic coating methods)이며, 여기서 외부 인가 전기 전위에 의해 전기적으로 분리가능한 매질에 이온 확산들이 유발되며, 이것은 간접적으로 매질 내로 유입되는 워크피스 상에의 물질 퇴적으로 이어질 수 있다. 이런 식으로, 전기 도금(electroplating) 기술에서, 예를 들어, 워크피스들은 전해적으로(electrolytically) 분리되는 금속염들의 용해물들(melts) 또는 용액들(solutions)에 의해 금속들로 코팅된다. 이 경우, 워크피스 - 일반적으로 금속 워크피스 - 는 전극, 특히, 캐소드에 전도성으로 접속되며, 외부 전기 전위가 전극과 대응하는 다른 전극, 특히, 애노드 사이에 인가된다. 금속염 용해물 또는 용액에서의 플러스 충전된 금속 이온들(양이온들)은 캐소드로 이동하고, 워크피스와 접촉하여 워크피스 상에 금속 원자들로서 퇴적시에 전기적으로 중화된다. 코팅의 목적으로 보통 액체 매질 내로 워크피스가 유입되는 코팅 방법들이 또한 디핑 바스 코팅 방법들(dipping bath coating methods)로서 알려져 있다.Known electrochemical coating methods include, for example, plasma coating methods which generally cause highly diluted gases to be ionized by high-field excitations into a plasma state material. As a result of chemical reactions in the plasma, the reaction products can be deposited (sputtered) on the substrate-in particular on the workpiece to be coated. A more important subgroup of electrochemical coating methods are electrolytic coating methods, in which ion diffusions are induced in the electrically separable medium by an externally applied electrical potential, which indirectly onto the workpiece entering the medium. May lead to material deposition. In this way, in an electroplating technique, for example, the workpieces are coated with metals by melts or solutions of electrolytically separated metal salts. In this case, the workpiece-generally a metal workpiece-is electrically connected to an electrode, in particular a cathode, and an external electrical potential is applied between the electrode and the corresponding other electrode, in particular the anode. Positively charged metal ions (cations) in the metal salt melt or solution migrate to the cathode and are electrically neutralized upon deposition as metal atoms on the workpiece in contact with the workpiece. Coating methods, in which the workpiece is introduced into a liquid medium for the purpose of coating, are also known as dipping bath coating methods.
전해 디핑 바스 코팅(electrolytic dipping bath coating)의 경우에, 코팅될 워크피스 상에의 단위 시간당 층 인가(layer application per unit time)는 특히 인가되는 전기 전위, 시간 및 워크피스에 이미 인가된 물질층의 두께를 포함하는 다수의 파라미터의 함수이다. 먼저, 시간에 따른 코팅 중의 정전위를 고려할 때, 및 이에 따라서 일정하게 유지되는 화학적 속성들, 특히 바스의 이온 농도를 고려할 때, 매질 내 이온 농도의 감소가 있고, 또한 캐소드로 이동하는 이온 전류의 전류 세기, 및 이에 따라서 단위 시간당 층 인가의 감소가 있다. 이러한 효과는 이미 인가된 물질 층이 절연 효과를 가지는 경우에 강화될 수 있으며, 이것은 또한 캐소드 물질의 전도성, 이온들을 갖는 매질의 시간 의존적 전도성(time-dependent conductivity), 및 층 물질의 전도성, 그리고 또한 이들 전도성들의 비율에 의존한다. 영향을 미치는 파라미터들 전부가 고려될 때, 단위 시간당 층 인가는 일반적으로 전체에 걸쳐 주어진 일정한 전기 전위를 감소시켜, 그 결과로, 워크피스 상에의 시간적 선형 층 두께 증가(temporally linear layer thickness increase)를 형성하기 위해서, 전기 전위는 체류 시간에 대해 계속해서 증가해야 한다.In the case of electrolytic dipping bath coating, the layer application per unit time on the workpiece to be coated is particularly dependent upon the electrical potential, time applied and the layer of material already applied to the workpiece. It is a function of a number of parameters, including thickness. First, when taking into account the electrostatic potential in the coating over time, and accordingly the chemical properties that remain constant, in particular the ion concentration of the bath, there is a decrease in the ion concentration in the medium, and also of the ion current traveling to the cathode There is a decrease in current strength, and thus layer application per unit time. This effect can be enhanced if the already applied layer of material has an insulating effect, which is also the conductivity of the cathode material, the time-dependent conductivity of the medium with the ions, and the conductivity of the layer material, and also It depends on the ratio of these conductivity. When all of the influencing parameters are taken into account, layer application per unit time generally reduces a given constant electrical potential throughout, resulting in a temporally linear layer thickness increase on the workpiece. In order to form, the electrical potential must continue to increase with respect to the residence time.
큰 워크피스들의 코팅을 위해, 예를 들어, 비클 바디들(vehicle bodies)의 코팅을 위해 설계된 상업적 디핑 바스 코팅 설비들의 경우에, 몇 가지 기술적 이유로 실질적으로 일정한 전위 값들이 설정될 수 있게 하는 전력 유닛들이, 디핑 바스에 급전하는(feeding) DC 전압에 일반적으로 이용가능하다. 이들 전위값들을 전압 레벨들이라고도 한다. 또한, 코팅 공정 중에 디핑 바스에서의 전압 레벨들 사이의 변화는 불리하게도 층 인가에서의 불연속성을 야기시키며, 특히, 한 전압 레벨로부터 다음으로 높은 전압 레벨로 전환하는 경우에, 전류 스파이크들(current spikes)이 순간적으로 일어나고, 이것은 코팅 품질에 악영향을 끼친다. 각각의 전압 레벨은 공급 시스템 및 회로 컴포넌트들에 의해 정류되어 평활화된(smoothed) AC 전압에 의해 외부에서 공급되는 AC 전압으로부터 발생된다. 이 경우, 낮은 펄스 회로들이 이용되는데, 그 중에서도, 비용의 이유로, 낮은 펄스 회로들은 높은 펄스 회로들과 비교하여 훨씬 더 비용면에서 효율적이고 비교적 낮은 제어 경비를 요구하지만, 외부 공급 시스템에서 더 높은 비율의 무효 전력(reactive power)을 생성함으로써, 공급 시스템에 부담을 주며, 코팅 설비의 동작 비용이 증가한다. 또한, 전력 유닛의 고장에 의해 유발되는 생산 정전(production outage)을 방지할 수 있도록 하기 위해서, 추가의 공급 시스템 및 회로 컴포넌트들을 통해 외부 공급 시스템에 연결되는 일반적으로 적어도 하나의 예비 유닛이 설치된다. 그러나, 보통 이용되지 않는 그러한 여분의 컴포넌트들에 의해, 코팅 설비를 위한 비용이 더 증가된다.Power unit that allows substantially constant potential values to be set for several technical reasons, for example for commercial dipping bath coating installations designed for coating large workpieces, for example for the coating of vehicle bodies. Is generally available for the DC voltage feeding the dipping bath. These potential values are also called voltage levels. In addition, the change between voltage levels in the dipping bath during the coating process adversely causes discontinuities in layer application, especially when switching from one voltage level to the next higher voltage level. ) Occurs instantaneously, which adversely affects the coating quality. Each voltage level is generated from an externally supplied AC voltage by an AC voltage rectified and smoothed by the supply system and circuit components. In this case, low pulse circuits are used, inter alia for cost reasons, low pulse circuits are much more cost effective and require a relatively low control cost compared to high pulse circuits, but with higher rates in external supply systems. By generating a reactive power of, it burdens the supply system and increases the operating cost of the coating equipment. In addition, in order to be able to prevent production outage caused by failure of the power unit, at least one spare unit is generally installed which is connected to the external supply system via additional supply systems and circuit components. However, with such extra components not usually used, the cost for the coating installation is further increased.
따라서, 본 발명의 목적은, 높은 코팅 품질을 보장함과 동시에 가능한 한 효율적이고 신뢰성 있게 코팅 설비가 동작하는 것을 보장하고, 가능한 한 비용 효율적인 전기 화학 코팅 설비를 위한 전력 제어 디바이스를 특정하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to ensure that the coating installation is operated as efficiently and reliably as possible while ensuring high coating quality and to specify a power control device for the electrochemical coating installation as cost-effective as possible.
본 발명의 목적은 청구항 1의 특징에 의해 실현된다. 따라서, 복수의 제어 모듈을 갖는, 전기 화학 코팅 설비의, 다수의 애노드 및 다수의 캐소드를 포함하는, 전력 공급 시스템의 전력 제어 디바이스가 특정되며, 여기서, 각각의 제어 모듈은 전력 공급 시스템의 애노드와 캐소드 사이에 시간의 함수로서 그리고 위치의 함수로서 미리 결정된 크기를 갖는 로컬 전류 흐름을 형성하고 제어하도록 설계된다.The object of the invention is realized by the features of claim 1. Thus, a power control device of a power supply system, comprising a plurality of anodes and a plurality of cathodes, of an electrochemical coating installation, having a plurality of control modules, is specified, wherein each control module is associated with an anode of the power supply system. It is designed to form and control a local current flow having a predetermined magnitude between the cathodes as a function of time and as a function of position.
비클 바디들을 위한 종래의 디핑 바스 코팅 설비는 보통 2 내지 4개의 전력 유닛을 포함한다. 제1 유닛은 미리 결정된 DC 전압으로 디핑 바스에 급전한다. 코팅 공정 중에 디핑 바스에서의 전류 세기 및 이에 따라서 단위 시간당 층 인가는 감소한다. 특정 시점으로부터 시작해서, 증가된 전압으로 바스에 전력을 급전하는 제2 전력 유닛이 접속되어, 그 결과로, 단위 시간당 층 인가는 다시 증가하고 이로써 시간에 대해 평균하면 미리 결정된 (일정한) 값에 대응한다. 바스에 존재하는 전류들 및 전압들은, 디핑 바스에 존재하는 전기 전위의 연속적인 제어가능성(continuous controllability)을 제한하고 그에 따라서 (위에서 언급한) 전압 레벨들을 정의하는 전역 경계 조건들(global boundary conditions)을 겪는다. 따라서, 예를 들어, 효율적인 층 인가를 보장하기 위해 실현되어야 하는 임계값들이 존재하며, 코팅될 대상에 부분 방전이 발생하지 않도록 하기 위해 초과되어서는 안되는 한계값들이 또한 존재한다. 그러나, 높은 코팅 품질을 보장하는 데 의의가 있는 것은, 모든 시점에 대해 가능한 한 일정한 단위 시간당 층 인가이다. 그러나, 코팅된 대상의 표면 위의 층 두께의 공간적 분포(spatial distribution)는 한계 범위로만 제어가능하며, 이것은 특히 공간적 가변 층 인가가 타겟(targeted) 방식으로 달성되도록 의도될 때에 불리하다.Conventional dipping bath coating installations for vehicle bodies usually include two to four power units. The first unit feeds the dipping bath at a predetermined DC voltage. The current intensity in the dipping bath and thus layer application per unit time during the coating process is reduced. Starting from a specific point in time, a second power unit is connected to power the bath with an increased voltage, so that the layer application per unit time increases again and thus averages over time to correspond to a predetermined (constant) value. do. Currents and voltages present in the bath limit global controllability of the electrical potential present in the dipping bath and thus global boundary conditions that define the voltage levels (mentioned above). Suffers. Thus, for example, there are thresholds that must be realized to ensure efficient layer application, and there are also limits that must not be exceeded in order to prevent partial discharge from occurring in the object to be coated. However, it is important to ensure high coating quality, which is layer application per unit time as constant as possible for all time points. However, the spatial distribution of the layer thickness on the surface of the coated object is only controllable to a limited range, which is particularly disadvantageous when spatially variable layer application is intended to be achieved in a targeted manner.
두 전력 유닛들은 AC 전압에 의해 외부 공급 시스템으로부터 급전되기 때문에, 정류기들을 갖는 전력 변환기 회로가 셋업되고, 전력 변환기 회로는 AC 전압/AC 전류를 펄스형 DC 전압/펄스형 DC 전류로 변환한다. 버퍼 커패시턴스 및 인덕턴스를 이용하여 변동 진폭들의 감소 및 보상에 의해 전압 및 전류를 평활화한다.Since both power units are fed from an external supply system by an AC voltage, a power converter circuit with rectifiers is set up, and the power converter circuit converts the AC voltage / AC current into a pulsed DC voltage / pulsed DC current. Buffer capacitance and inductance are used to smooth voltage and current by reduction and compensation of fluctuation amplitudes.
공급 시스템 측에서, 그의 진폭들 및 그의 상대 위상 천이들(relative phase shifts)과 관련하여 AC 전압 및 전류에 가해지는 경계 조건들은 디핑 바스에서의 전류 및 전압에 대한 경계 조건들에 대응한다. 특히, 전력 변환기 회로에서의 AC 전압과 AC 전류 사이의 위상 천이에 대한 특정 최저값들은 디핑 바스에서의 전압 레벨들에 의해 미리 결정된다. 그러나, 결과적으로, 소위 변위 무효 전력(displacement reactive power)이 공급 시스템에 생성되고, 이것은 위상 천이의 최소값들에 대응하여, 각각의 경우에 단지 특정값으로 감소가능하다.On the supply system side, the boundary conditions applied to the AC voltage and the current in terms of their amplitudes and their relative phase shifts correspond to the boundary conditions for the current and voltage at the dipping bath. In particular, the specific lowest values for the phase shift between the AC voltage and the AC current in the power converter circuit are predetermined by the voltage levels in the dipping bath. However, as a result, so-called displacement reactive power is produced in the supply system, which corresponds to the minimum values of the phase shift, and in each case can only be reduced to a certain value.
또한, 비용의 이유로, AC 전압 및 전류의 고주파수 고조파 성분들, 소위 고조파(harmonics)에서의 부하(load) 하에서, 전반적으로 높은 펄스 전력 변환기 회로들보다 큰 공급 시스템 내의 진폭 기여들(amplitude contributions)을 생성하는 낮은 펄스 전력 변환기 회로들이 보통 이용된다. 이들 고조파 기여는 공급 시스템 내에 부가적인 무효 전력을 생성한다.In addition, for cost reasons, under high load harmonic components of AC voltage and current, so-called harmonics, amplitude contributions in the supply system which are larger than the overall high pulse power converter circuits in general Low pulsed power converter circuits are usually used. These harmonic contributions create additional reactive power in the supply system.
따라서, 본 발명은 바스-급전 전력 공급 시스템(bath-feeding power supply system)을 위한 전력 제어를 모듈화하는(modularizing) 고려사항을 기초로 한다. 코팅될 대상 위로의 균일한 층 인가의 실현가능성 및 또한 외부 공급 시스템에서의 바스 전력 공급 중에 일어나는 무효 전력의 환원불가능성(irreducibility)과 관련한 약점들의 상당 비율은, 소수의 전력 유닛의 도움으로 높은 전역 바스 전류(high global bath current)가 생성된다는 사실에 따른 결과로 볼 수 있다. 가변 파라미터들의 수는 정의된 경계 조건들을 고려할 때 그에 대응하여 작다. 그와 대조적으로, 더 높은 수의 분리된 및 개별적으로 구동가능한 전력 및 제어 모듈들의 도움으로, 각각의 경우에 로컬 전류들은 바스에서 각각의 애노드와 각각의 캐소드 사이에 형성되고 제어될 수 있다. 그렇게 함으로써, 특히 바스의 정의된 공간 영역들에서의 타겟된 구동(targeted driving)에 의해 단위 시간당 상이한 높이의 층 인가들을 실현하는 것이 가능하며; 예를 들어, 그렇게 함으로써, 비클 바디의 경우에, B-필러가 코팅 공정 중에 비클 루프(vehicle roof)보다 큰 범위로 코팅되는 것이 가능하다. 바스에서의 흐름 필드(flow field)의 공간적 및 시간적으로 정의된 분포를 균질화하기 위해 노력하는 바스에서의 동등화 효과들(equalization effects)이 회로 측정에 의해 그리고 적절한 회로 네트워크 토폴로지에 의해 회피 또는 저감될 수 있다.Accordingly, the present invention is based on the considerations of modularizing power control for bath-feeding power supply systems. The substantial proportion of the weaknesses associated with the feasibility of applying a uniform layer over the object to be coated and also the irreducibility of reactive power occurring during bath power supply in an external supply system is high global with the help of a few power units. This can be seen as a result of the fact that a high global bath current is produced. The number of variable parameters is correspondingly small when considering defined boundary conditions. In contrast, with the help of a higher number of separate and individually driveable power and control modules, in each case local currents can be formed and controlled between each anode and each cathode in the bath. By doing so, it is possible to realize layer applications of different heights per unit time, in particular by targeted driving in the defined spatial regions of the bath; For example, by doing so, in the case of a vehicle body, it is possible for the B-pillar to be coated in a larger range than the vehicle roof during the coating process. Equalization effects in the bath that strive to homogenize the spatial and temporally defined distribution of the flow field in the bath may be avoided or reduced by circuit measurements and by an appropriate circuit network topology. Can be.
개별 제어 모듈들에 의해 제어되는 전류들은 전역 바스 전류와 동일한 경계 조건들을 겪지 않아, 그 결과로, 특히 공급 시스템 측의 제어 모듈들에 존재하는 AC 전압들 및 전류들 사이의 진폭들 및 상대 위상 천이들이 각각 더 작을 수 있다. 결과적으로, 공급 시스템의 변위 무효 전력은 전반적으로 감소된다. 또한, 서로 분리되는 개별 제어 모듈들에 의해 유발되는 AC 전압 및 전류의 고조파 성분들은 서로 통계적으로 독립적이어서, 웨이브들(waves)의 통계적 간섭의 결과로서, 고조파 효과들(harmonic effects)에 기여될 수 있는 공급 시스템의 총 무효 전력의 진폭이 상당히 감소된다.The currents controlled by the individual control modules do not undergo the same boundary conditions as the global bath current, as a result of which the amplitudes and relative phase shifts, especially between the AC voltages and the currents present in the control modules on the supply system side May each be smaller. As a result, the displacement reactive power of the supply system is reduced overall. In addition, the harmonic components of the AC voltage and current caused by the separate control modules that are separated from each other are statistically independent of each other, contributing to the harmonic effects as a result of the statistical interference of the waves. The amplitude of the total reactive power of the supply system is significantly reduced.
또한, 비교적 많은 수의 제어 모듈들에 의해, 예비 유닛들로서 임의의 부가적인 수의 모듈들이 필요하지 않다. 시스템은 이미 매우 리던던트(redundant)이며, 따라서 코팅 공정 중의 제어 모듈의 고장은 공정의 상당한 장애로 이어지지 않는다. 또한, 개별 제어 모듈들 또는 모듈 그룹들이 코팅 포뮬레이션(coating formulation) 중에 선택적으로 스위치 온 또는 오프되는 것이 가능하다.In addition, with a relatively large number of control modules, no additional number of modules are needed as spare units. The system is already very redundant, so failure of the control module during the coating process does not lead to significant disruption of the process. It is also possible for the individual control modules or module groups to be selectively switched on or off during the coating formulation.
본 발명이 기초로 하는 위에서 논의한 고려사항은, 디핑 바스가 일반적인 유형의 전기 화학 코팅 설비의 매질에 의해 대체되는 일반화된 경우에 적용될 수 있다.The considerations discussed above on which the present invention is based may be applied in the generalized case where the dipping bath is replaced by a medium of a general type of electrochemical coating installation.
전력 제어 디바이스의 하나의 유리한 실시예에서, 하나의 또는 각각의(a or each) 제어 모듈은 다수의 전력 변환기를 갖는, 특히 다수의 정류기를 갖는 회로 구성을 포함한다. 정류기에 의해, 외부 공급 시스템으로부터의 AC 전류는 디핑 바스에 급전되는 DC 전류로 변환된다. 특히 병렬 회로에서 복수의 정류기를 포함하는 통합된 및 반복적으로 확장가능한 회로 구성에 의해, 높은 펄스 수가 실현될 수 있으며, 이로써 이러한 회로의 고조파의 비율은 대응하는 방식으로 반복적으로 감소된다. 펄스 수는 웨이브 기간(wave period) 내에 트리거되는 코피리어딕 전압 또는 전류 웨이브들(coperiodic voltage or current waves)의 수를 기술하며, 2개의 연속적인 부분 웨이브들 사이의 상대 위상 천이는 여기서 펄스 수로 나눈 지속 기간(period duration)에 의해 주어진다.In one advantageous embodiment of the power control device, one or each control module comprises a circuit arrangement with a plurality of power converters, in particular with a plurality of rectifiers. By the rectifier, the AC current from the external supply system is converted into a DC current which feeds the dipping bath. In particular by means of integrated and repeatably expandable circuit configurations comprising a plurality of rectifiers in parallel circuits, a high number of pulses can be realized, whereby the proportion of harmonics in such circuits is repeatedly reduced in a corresponding manner. Number of pulses describes the number of coperiodic voltage or current waves that are triggered within a wave period, where the relative phase shift between two consecutive partial waves is divided by the number of pulses here. It is given by the duration.
바람직하게는, 하나의 또는 각각의 전력 변환기, 특히 하나의 또는 각각의 정류기가 전력 공급 시스템의 다수의 애노드들 또는 캐소드들에 접속된다. 금속으로 코팅하기 위한 전해 코팅 설비의 경우에, 각각 코팅될 대상은 캐소드에 전도성으로 접속되며, 각각의 전력 변환기의 커플링이 바람직하게는 애노드로(anodally) 실현된다.Preferably, one or each power converter, in particular one or each rectifier, is connected to a plurality of anodes or cathodes of the power supply system. In the case of an electrolytic coating facility for coating with metal, each object to be coated is conductively connected to a cathode, and the coupling of each power converter is preferably realized anodically.
유리한 방식으로, 전력 변환기들의 하나의 또는 각각의 회로 구성은 제어형 정류기(controlled rectifier) 및 비제어형 정류기(uncontrolled rectifier)에 의해 형성된 직렬 회로로서 실현된다.In an advantageous manner, one or each circuit configuration of the power converters is realized as a series circuit formed by a controlled rectifier and an uncontrolled rectifier.
이러한 로컬 회로 토폴로지는 소위 부스트 및 벅 접속(boost and buck connection)의 원리에 기초하며, 이것에 의해 AC 전압 및 전류 사이의 위상 천이는 로드(load) 동작 중에 공급 시스템 측에서 최적화되며, 대응하여 낮은 변위 무효 전력이 그에 따라 실현된다.This local circuit topology is based on the principle of so-called boost and buck connections, whereby the phase shift between AC voltage and current is optimized on the supply system side during load operation, and correspondingly low Displacement reactive power is thus realized.
전력 변환기의 회로 구성의 하나의 편리한 개발에서, 하나의 또는 각각의 제어형 정류기는 사이리스터 브리지로서 실현되며 및/또는 하나의 또는 각각의 비제어형 정류기는 다이오드 브리지로서 실현된다. 이러한 조합은 비제어형 다이오드 브리지가 제어형 전력 변환기보다 훨씬 더 비용면에서 효율적이라는 이점이 있다.In one convenient development of the circuit arrangement of the power converter, one or each controlled rectifier is realized as a thyristor bridge and / or one or each uncontrolled rectifier is realized as a diode bridge. This combination has the advantage that an uncontrolled diode bridge is much more cost effective than a controlled power converter.
바람직하게는, 전력 제어 디바이스는 하나의 또는 각각의 제어 모듈이 다수의 분리 변압기(isolation transformer)에 접속된다는 취지로 설계된다.Preferably, the power control device is designed with the intention that one or each control module is connected to a plurality of isolation transformers.
전력 제어 디바이스의 특히 유리한 실시예에서, 하나의 또는 각각의 제어형 정류기는 각각의 분리 변압기에 접속되며, 하나의 또는 각각의 다이오드 브리지가 각각의 추가적인 분리 변압기에 접속된다.In a particularly advantageous embodiment of the power control device, one or each controlled rectifier is connected to each isolation transformer and one or each diode bridge is connected to each additional isolation transformer.
이러한 실시예는 예를 들어 서로 직렬로 접속되는 다이오드 브리지 및 제어형 정류기가 제1 및 제2 분리 변압기에 각각 접속되는 회로 구성의 경우에 실현된다. 제1 분리 변압기는 외부 AC 전압과 동위상인 제1 전류로 다이오드 브리지에 급전하며, 제2 분리 변압기는 공급 시스템 측에서 제1 전류에 대해 30도만큼 위상 천이한 제2 전류로 제어형 정류기에 급전한다. 이 정류기 회로의 이러한 12-펄스 급전(12-pulse feeding), 즉, 각각의 경우에 30도만큼 위상 오프셋되는 급전은 예를 들어 위상 천이들이 각각의 경우에 60도인 6-펄스 에너지 급전으로부터 벡터 유형 Dy0의 제1 분리 변압기 및 벡터 유형 Dy5의 제2 분리 변압기를 가지고 실현될 수 있다. 그에 따라 비교적 비용 효율적인 12-펄스 정류기 회로가 제공되는데, 이것은 총 고조파 생성과 관련하여 낮은 펄스 정류기 회로에 대해, 특히, 6-펄스 정류기 회로에 대해 유리하다.This embodiment is realized for example in the case of a circuit arrangement in which a diode bridge and a controlled rectifier connected in series with each other are connected to the first and second isolation transformers, respectively. The first isolation transformer feeds the diode bridge with a first current in phase with the external AC voltage, and the second isolation transformer feeds the controlled rectifier with a second current phase shifted by 30 degrees to the first current on the supply system side. . This 12-pulse feeding of this rectifier circuit, i.e., a feed that is phase offset by 30 degrees in each case, is a vector type, for example from a 6-pulse energy feed where the phase shifts are 60 degrees in each case. It can be realized with the first isolation transformer of Dy0 and the second isolation transformer of the vector type Dy5. There is thus provided a relatively cost-effective 12-pulse rectifier circuit, which is advantageous for low pulse rectifier circuits, in particular for 6-pulse rectifier circuits, with respect to total harmonic generation.
반대로, 12-펄스 급전이 공급 시스템 측에서 이미 이용가능하다면, 분리 변압기들은 그의 유형에 대해 예를 들어 벡터 유형 Dy0의 분리 변압기와 동일하게 구현될 수 있다.Conversely, if 12-pulse feeding is already available on the supply system side, the isolation transformers can be implemented for their type the same as for example a separation transformer of the vector type Dy0.
개별 제어 모듈들에 의해 트리거되는 고조파 변동들의 통계적 독립(statistical independence) 및 이에 따라서 통계적으로 균일하게 분포되는 간섭으로부터 야기되는 고조파 성분들의 총 감소 이외에, 외부 공급 시스템에 대해 교란 효과를 갖는 고조파의 부가적인 감소가 제어 모듈들의 수에 반비례하게 그들의 진폭이 스케일(scale)한다는 사실에 의해 실현된다.In addition to the statistical independence of the harmonic fluctuations triggered by the individual control modules and hence the total reduction of harmonic components resulting from the statistically uniformly distributed interference, additional harmonics have a disturbing effect on the external supply system. The reduction is realized by the fact that their amplitude scales in inverse proportion to the number of control modules.
따라서, 특히 유효한 무효 전력 감소가 변위 무효 전력 감소에 의해 전반적으로 실현된다. 따라서, 무효 전력을 포함하는 공급 시스템에서 전체 전력에 대한 유효 이용 액티브 전력(effectively utilized active power)의 비율을 기술하는 전력 제어 디바이스의 전력 인자는 예를 들어, 0.94보다 큰 값, 및 12.5%의 정격 부하의 경우에, 0.8보다 더욱더 큰 값을 획득할 수 있다. 무효 전력 감소는 특히 급전 공급 시스템 변압기들의 부하의 경감으로 이어진다.Thus, particularly effective reactive power reduction is realized overall by displacement reactive power reduction. Thus, the power factor of a power control device describing the ratio of effectively utilized active power to total power in a supply system including reactive power may be, for example, a value greater than 0.94, and a rating of 12.5%. In the case of a load, a value larger than 0.8 can be obtained. Reduction of reactive power leads in particular to the reduction of the load of the feed supply system transformers.
12-펄스 정류기 회로에 의해, DC 측에서 6-펄스 구동의 경우의 전류 및 전압 최대값의 2배가 발생한다. 최대값의 진폭은 마찬가지로 더 작다. 따라서, 12-펄스 정류기 회로에 의해 생성되는 DC 전류 및 DC 전압은 비교적 작은 변동을 갖는다. 적절한 12-펄스 정류기 회로의 경우에, 변동 진폭은 생성되는 DC 전류 세기 또는 DC 전압의 1%보다 작을 수 있다. 따라서, 예를 들어 평활 커패시터(smoothing capacitor) 및 DC 인덕터에 의해 각각 실현되는 DC 전압 평활화 및 DC 전류 평활화를 위해 각각 요구되는 버퍼 커패시턴스 및 인덕턴스는 유리하게는 낮은 펄스 정류기 회로의 경우에서보다 작게 될 수 있어, 그 결과로, 전력 제어 디바이스의 전반적인 효율성 및 경제적 실행가능성이 증가한다.By the 12-pulse rectifier circuit, twice the current and voltage maximum in the case of 6-pulse driving occurs on the DC side. The amplitude of the maximum is likewise smaller. Thus, the DC current and the DC voltage produced by the 12-pulse rectifier circuit have relatively small variations. In the case of a suitable 12-pulse rectifier circuit, the variation amplitude may be less than 1% of the generated DC current strength or DC voltage. Thus, for example, the buffer capacitance and inductance required for DC voltage smoothing and DC current smoothing respectively realized by a smoothing capacitor and a DC inductor can be advantageously smaller than in the case of a low pulse rectifier circuit. As a result, the overall efficiency and economic viability of the power control device is increased.
전력 제어 디바이스의 다른 유리한 실시예 변형에서, 하나의 또는 각각의 제어 모듈과 각각의 경우의 다수의 애노드 사이에 디커플링 회로(decoupling circuit)가 형성되며, 디커플링 회로는 디핑 바스로부터 각각의 제어 모듈을 분리한다. 디커플링 회로는 직렬로 접속된 복수의 다이오드를 포함하며, 이 다이오드들은 각각의 경우에 각각의 애노드에 순방향으로 접속된다.In another advantageous embodiment variant of the power control device, a decoupling circuit is formed between one or each control module and in each case a plurality of anodes, the decoupling circuit separating each control module from the dipping bath. do. The decoupling circuit comprises a plurality of diodes connected in series, which diodes in each case are forward connected to each anode.
그러한 디커플링 회로의 도움으로 리턴-플로우 보상(return-flow compensation)이 실현되어, 그 결과로, 애노드들과 캐소드들 사이에 바스에서 정의된 방식으로 설정된 흐름 필드가 붕괴되지 않고 및/또는 균질화된다. 국부적으로 인접한 급전 위치들 사이에 전류들을 동등화하는 것이 방지된다.Return-flow compensation is realized with the help of such a decoupling circuit, so that the flow field set in the manner defined in the bath between the anodes and the cathodes is not collapsed and / or homogenized. Equalizing currents between locally adjacent feed positions is avoided.
바람직하게는, 디커플링 회로는 각각의 경우에 제1 애노드 및/또는 제2 애노드에 순방향으로 접속되는 제1 다이오드 및 제2 다이오드에 의해 형성된 직렬 회로를 포함하며, 제1 다이오드는 스위칭 소자 및 인덕턴스를 통해 제어 모듈에 역방향으로 접속되며, 제2 다이오드는 제1 다이오드, 제1 애노드 및 평활 커패시터에 역방향으로 접속된다.Preferably, the decoupling circuit comprises in each case a series circuit formed by a first diode and a second diode which is forward connected to the first anode and / or the second anode, the first diode comprising a switching element and an inductance. The reverse direction is connected to the control module and the second diode is connected to the first diode, the first anode and the smoothing capacitor in the reverse direction.
두 애노드들에 대한 전류가 제1 다이오드를 통해 흐르며, 제2 애노드에 대한 전류만이 제2 다이오드를 통해 흐른다. 제1 및 제2 다이오드에서의 각각의 전압 강하는 제1 및 제2 애노드에서의 상이한 전압들로 이어질 수 있다. 그러나, 이러한 전압 차는 바스를 통해 애노드에 대한 케이블 경로가 불가피하게 더 길다는 사실에 의해 보상된다.Current for both anodes flows through the first diode, and only current for the second anode flows through the second diode. Respective voltage drops in the first and second diodes may lead to different voltages in the first and second anodes. However, this voltage difference is compensated by the fact that the cable path to the anode through the bath is inevitably longer.
디커플링 회로의 2개의 직렬 접속된 다이오드들 사이의 평활 커패시터의 제공은, 평활 커패시터와 총 전류 흐름을 평활화하는 데 요구되는 인덕턴스 사이에 어떠한 공진 회로도 생기지 않을 수 있다는 이점을 가지며, 상기 인덕턴스는 특히 DC 인덕터 코일로서 제공된다. 평활 커패시터는 순방향으로 인덕턴스를 통해 그리고 또한 제1 다이오드를 통해 전력 변환기 회로에 의해 충전된다. 그러나, 다이오드의 차단 효과의 결과로서, 평활 커패시터로부터 다이오드로의 에너지의 리턴 발진(return oscillation)이 가능하지 않다. 따라서, 에너지는 바스의 저항을 통해서만 방전할 수 있다. 특히, 바스 내의 바람직하지 않은 동등화 방전 및 보상 처리들이 그에 따라 방지된다. 또한, 공진 회로에 요구되며 에너지의 손실을 나타내는 댐핑(damping)이 요구되지 않는다.The provision of a smoothing capacitor between two series-connected diodes of the decoupling circuit has the advantage that no resonant circuit can occur between the smoothing capacitor and the inductance required to smooth the total current flow, the inductance in particular being a DC inductor It is provided as a coil. The smoothing capacitor is charged by the power converter circuit through the inductance in the forward direction and also through the first diode. However, as a result of the blocking effect of the diode, return oscillation of energy from the smoothing capacitor to the diode is not possible. Therefore, energy can only be discharged through the resistance of the bath. In particular, undesirable equalizing discharge and compensation processes in the bath are thus prevented. In addition, no damping is required for the resonant circuit and indicative of the loss of energy.
전압 및/또는 전류 사전 결정(predetermination)을 시뮬레이트하는 시뮬레이션 모델을 갖는 컴퓨팅 유닛이 전력 제어 디바이스에 대해 편의상 셋업된다. 이러한 시뮬레이션은 특히, 바스에서의 전압 및 전류 사전 결정과 코팅 공정을 위한 그에 의존하는 파라미터들을 계산한다. 코팅될 대상의 CAD 표현에서 위치 의존적인 원하는 코팅 두께의 정의는 바스에서 대상 위치의 함수로서, 각각의 애노드를 통해 바스에 출력되는 전압 및/또는 전류를 사전 결정하는 데 이용되는 오퍼레이팅 프로그램에 의해 생성된다.A computing unit with a simulation model that simulates voltage and / or current predetermination is conveniently set up for the power control device. This simulation in particular calculates the voltage and current predetermined in the bath and its dependent parameters for the coating process. The definition of the position-dependent desired coating thickness in the CAD representation of the object to be coated is generated by the operating program used to predetermine the voltage and / or current output to the bath through each anode as a function of the object position in the bath. do.
전기 화학 코팅 설비의 전력 공급 시스템의 본 발명에 따른 전력 제어 디바이스의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 하기에서 설명된다.An exemplary embodiment of a power control device according to the invention of a power supply system of an electrochemical coating installation is described below with reference to the drawings.
도 1은 개략도로 전력 제어 디바이스의 회로도를 도시한 도면.
도 2는 개략도로 전력 제어 디바이스의 다른 회로도를 도시한 도면.1 shows a schematic diagram of a power control device;
2 is a schematic diagram showing another circuit diagram of a power control device.
상이한 도면에서 상호 대응하는 부분들에는 동일한 참조 부호가 제공된다.Corresponding parts in different figures are provided with the same reference numerals.
도 1은 전기 화학 코팅 설비의 전력 공급 시스템(2)의 전력 제어 디바이스(1)의 회로도를 개략적으로 예시한다.1 schematically illustrates a circuit diagram of a power control device 1 of a
코팅 공정에 의해 표시되는 전위 매칭(potential matching)은 분리 변압기의 보조 전압의 매칭을 고려한다. 이는 구동 공급 시스템에서 무효 전력 컴포넌트의 부가적인 최적화를 초래한다.Potential matching indicated by the coating process takes into account the matching of the auxiliary voltage of the isolation transformer. This results in further optimization of the reactive power component in the drive supply system.
전력 공급 시스템(2)은 코팅될 다수의 대상(4)에 전도성으로 접속되는 복수의 캐소드(3)와, 또한 쌍으로 각각 그룹화되는 복수의 애노드(5)를 포함한다. 코팅될 대상들(4)을 갖는 캐소드들(3)과, 애노드들(5)은 금속염 용액을 포함하는 디핑 바스 내로 유입된다.The
전력 제어 디바이스(1)는 다수의 제어 모듈(6)을 포함하며, 각각의 제어 모듈은 제어형 사이리스터 브리지(8) 및 비제어형 다이오드 브리지(9)에 의해 형성되는 직렬 회로(7)를 갖는다. 사이리스터 브리지(8)와 다이오드 브리지(9)는 둘다 공급 시스템 측에서 각각의 3-상 분리 변압기(10 및 11)에 접속된다. 사이리스터 브리지(8)는 디커플링 회로(12)를 통해 애노드(5)의 쌍에 순방향으로 접속된다. 디커플링 회로(12)는 각각의 경우에 애노드(5) 쌍의 애노드(5)에 순방향으로 각각 접속되는 제1 및 제2 다이오드(13 및 14)를 포함한다. 제1 다이오드(13)는 스위칭 소자(15) 및 DC 인덕터(16)를 통해 사이리스터 브리지(8)에 역방향으로 접속되며, 제2 다이오드(14)는 제1 다이오드(13)에 및 순방향으로 그에 접속된 애노드(5)에, 그리고 또한 평활 커패시터(17)에 역방향으로 접속된다.The power control device 1 comprises a plurality of
분리 변압기(10 및 11)는 각각의 경우에 AC 전압으로 사이리스터 브리지(8) 및 다이오드 브리지(9)에 각각 급전하며, 여기서 AC 전압들은 동위상이거나, 또는 서로에 대해서 30도의 위상각을 갖는다. 사이리스터 브리지(8) 및 다이오드 브리지(9)에 의해 형성된 직렬 회로(7)는, 그로부터 및 분리 변압기(10 및 11)를 통해 펄스형 DC 전압 및 펄스형 DC 전류에 각각 도달하는 동일한 주파수의 AC 전류로부터, 변동 진폭들을 생성하며, 이 변동 진폭들은 평활 커패시터(17)의 도움으로 그리고 DC 인덕터(16)에 의해 각각 평활화된다. 이 경우, DC 인덕터(16) 및 평활 커패시터(17)로부터 LC 공진 회로의 형성은 디커플링 회로(12)의 제1 다이오드(14)에 의해 방지되고, 상기 제1 다이오드는 회로 기술에 대해 중재 방식으로 배열되는데, 그 이유는 평활 커패시터(17)의 전계에 저장된 에너지가 제1 다이오드(14)의 역방향으로 DC 인덕터(16)로 전류로서 거꾸로 흐를 수 없기 때문이다. 캐소드들(3)과 애노드들(5) 사이의 필드들의 효과들을 동등화하는 것이 디커플링 회로(12)에 의해 회피된다.
도 2는 도 1에 따라 개략도로 도 1에 도시된 전력 제어 디바이스의 다른 회로도를 도시한다.FIG. 2 shows another circuit diagram of the power control device shown in FIG. 1 in schematic view in accordance with FIG. 1.
바스측에서 애노드들(5)에 접속되는 분리 변압기들(10 및 11)에 의해서 각각 전력 공급 시스템(2)에 접속되는 사이리스터 브리지들(8) 및 다이오드 브리지들(9)을 갖는 제어 모듈들(6)을 볼 수 있다. 도 1과 달리, 각각의 제어 모듈(6)에 접속되는, 거기에 예시된 애노드들(5)의 쌍은 본 예시에서는 한 유닛으로서 개략적으로 도시되어 있다. 도 1에 예시된 디커플링 회로들(12)은 여기서는 예시되지 않는다. 디핑 바스(18)의 영역은 분할선(19)에 의해 식별된다.Control modules having
디핑 바스(18)에서 애노드들(5)을 지나서 유도되는(guided) 비클 바디 상의 균일한 층 인가를 획득하기 위해서, 상이한 크기들의 DC 전압들 및 DC 전류 흐름들이 디핑 바스(18)에 대해 그의 선형 위치에 의존하는 애노드들(5)에 각각 존재한다. 각각의 애노드들(5)에 접속되는 제어 모듈들(6)의 사이리스터 브리지들(8) 및 다이오드 브리지들(9)은, 각각 요구되는 진폭으로, 분리 변압기들(10 및 11)에 의해 각각 제공되는 AC 전압들 및 AC 전류들로부터 각각의 DC 전압들 및 DC 전류들을 생성한다. 따라서, 디핑 바스(18)에 대한 위치에 따라, 분리 변압기들(10 및 11)은 각각 상이한 크기들의 전압 차들을 변환하기 위해 설계된다.In order to obtain a uniform layer application on the vehicle body guided past the
본 예시의 다른 상세들은 도 1의 예시의 상세들에 대응하며, 도 1로부터 수집될 수 있다.Other details of this example correspond to the details of the example of FIG. 1 and may be collected from FIG. 1.
제어 모듈들은 전류 증가의 목적으로 임의의 원하는 수로 병렬로 접속될 수 있으며, 상호접속은 특히 마스터-슬레이브(master-slave) 원리에 따라 구현될 수 있다. 그러므로, ADC(anodic dip coating; 애노딕 딥 코팅) 및 CDC(cathodic dip coating; 캐소딕 딥 코팅) 실시예의 종래의 시스템들은 동일하게 시뮬레이트될 수 있다. ADC와 CDC의 혼합 동작은 배제되지 않는다.The control modules can be connected in any desired number in parallel for the purpose of increasing the current, and the interconnection can in particular be implemented according to the master-slave principle. Therefore, conventional systems of ADC (anodic dip coating) and CDC (cathodic dip coating) embodiments can be simulated identically. The mixed operation of ADC and CDC is not excluded.
DC 회로는 특히, 비조정형 및 조정형 전력 변환기들에 의해 형성되는 직렬 회로로 그리고 또한 스토리지 소자들(L 및 C)로 구성된다. 응용은 또한 직렬 회로에서 이들 소자들의 임의의 원하는 순서를 포함한다. 예시적으로, 제어형 브리지, 인덕턴스, 비제어형 브리지, 평활 커패시터, 다이오드의 순서가 가능하다.The DC circuit is in particular composed of a series circuit formed by unregulated and regulated power converters and also of storage elements L and C. The application also includes any desired order of these elements in the series circuit. Illustratively, the order of a controlled bridge, inductance, uncontrolled bridge, smoothing capacitor, diode is possible.
12-펄스 공급 시스템 변화를 더 줄이기 위해서, 특히 2개의 시스템이 직렬로 접속될 수 있으며, 그의 분리 변압기들은 제1 시스템에 대해 15도의 각도로 오프셋된다.In order to further reduce the 12-pulse supply system variation, in particular two systems can be connected in series, the isolation transformers of which are offset at an angle of 15 degrees with respect to the first system.
Claims (10)
서로 독립적으로 구동될 수 있는 복수의 제어 모듈(6)을 갖고,
각각의 제어 모듈(6)은 상기 전력 공급 시스템(2)의 애노드(5)와 캐소드(3) 사이에 시간의 함수로서 그리고 위치의 함수로서 미리 결정된 크기를 갖는 로컬 전류 흐름을 형성하고 제어하도록 설계되는 전력 제어 디바이스(1).As a power control device 1 of a power supply system 2 comprising a plurality of anodes 5 and a plurality of cathodes 3 of an electrochemical coating installation,
Having a plurality of control modules 6 which can be driven independently of each other,
Each control module 6 is designed to form and control a local current flow having a predetermined magnitude as a function of time and as a function of position between the anode 5 and the cathode 3 of the power supply system 2. Power control device 1.
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