电路装置、电解设备和电路装置或电解设备的运行方法与流程

1.本发明涉及一种电路装置，包括至少一个具有第一线圈和第二线圈的线圈装置，其中第一线圈与电路装置的整流器的直流电压侧连接，并且第二线圈与电路装置的电流源连接。本发明还涉及一种电解设备和一种用于运行电路装置或电解设备的方法。


背景技术：

2.化学电解、如氢电解经由用直流电流运行的电解器来实现。在以工业规模执行电解的情况下，例如经由电网控制的整流器提供直流电流。在对电网侧的交流电压进行该整流时，由于整流器的工作方式会出现谐波振荡，所述谐波振荡会被加载交流电网和/或直流电网。降低该加载的可能性例如可以通过较高脉冲的设备来实现，在所述设备中为了产生直流电流相对于电网电压分别以一定相位偏移来运行多个整流器。然而，这会导致直流电流侧上的问题，因为各个整流器的所产生的直流电压的瞬时值不同进而在整流器之间会流过环电流。为了解决所述问题，可以在两个整流器之间使用一个直流吸收扼流圈或多个直流扼流圈。
3.为了避免直流侧上的谐波振荡，还已知使用一个或多个直流扼流圈。例如，这种直流扼流圈可以使用在每个分别包括一个整流器的直流系统中。每个直流系统使用一个直流扼流圈的缺点是：线圈分别需要大的铁份额，因为直流扼流圈的铁圈完全地被产生运行电解器的直流电流预饱和。此外，对于每个直流扼流圈或每个所使用的整流器都产生所需的铁量。
4.接入两个直流系统之间的吸收扼流圈同样可以变得非常大，因为由于两个整流器之间的相位偏移直流吸收扼流圈必须吸收两个直流系统之间的差分电压。此外，根据设备的脉动，对于不同的频率会需要多个吸收扼流圈，以实现对谐波振荡的充分滤波。在这种情况下，所使用的吸收扼流圈也分别需要大的铁芯。由于对于工业电解使用所需的直流电流强度高，对所使用的吸收扼流圈或直流扼流圈提出了相当高的要求，这尤其与铁芯的大尺寸进而还与扼流圈的大的结构尺寸、高的重量以及高成本结合在一起。


技术实现要素：

5.因此，本发明所基于的目的是：提供一种电路装置，通过所述电路装置可以减小直流扼流圈对铁的需求。
6.为了实现所述目的，根据本发明，在开头所述类型的电路装置中提出：第一线圈和第二线圈经由线圈装置的分别形成线圈的芯的耦合构件彼此耦合。
7.在此，与电路装置的直流电压转换器的直流电压侧连接的第一线圈用作直流扼流圈，以平滑直流电流或用作平滑直流电流或衰减叠加直流电流的谐波振荡的平滑装置。经由作为共同的芯的耦合构件与第一线圈耦合的第二线圈可以在相应通电的情况下用作补偿线圈，使得由第二线圈产生的磁通量在共同的耦合元件内抵消由第一线圈产生的磁通量，所述第一线圈引导通过整流器产生的直流电流。这引起完全或至少部分地补偿由第一
线圈产生的磁通量。由于所述补偿可以减小在第一线圈内的铁量，而不会减少线圈的对于平滑直流电流所需的电感。以该方式，尽管第一线圈内的铁份额减少，但可以进行直流电流的平滑(或谐波振荡的衰减)。
8.将第一线圈和第二线圈彼此耦合的耦合构件分别形成线圈的芯或第一线圈的线圈芯和第二线圈的线圈芯。为此，耦合构件可以至少部分地在第一线圈的匝和第二线圈的匝内延伸。在此，经由耦合构件产生的在线圈之间的耦合是磁耦合，使得在电路装置运行时，由第二线圈产生的磁通量可以在耦合元件内抵消由第一线圈产生的磁通量。
9.为了在第二线圈内产生磁通量，所述第二线圈与电路装置的电流源连接。在此，电流源可以是直流源，所述直流源基于第二线圈的功能也可以称作为补偿电流源。原则上也可以使用永磁体代替补偿电流源和第二线圈。然而，使用与电流源连接的第二线圈有利地实现设置对第二线圈馈电的直流电流，使得可以实现由第二线圈产生的磁通量的不同强度或补偿的不同强度。
10.根据本发明可以提出：耦合构件是尤其轭状的铁芯。通过将耦合构件构造为铁芯，实现第一线圈和第二线圈的磁耦合。构造为铁芯的耦合构件可以是一件式的或多件式的。铁芯的轭状构造在此实现：第一线圈和第二线圈分别设置在耦合构件的一个支腿上。为了简化电路装置的线圈装置的组装，尤其可以提出：耦合构件包括u形或基本上u形的元件和i形或基本上i形的元件。通过将i形元件设置在u形元件的开口上使得得到耦合构件的闭合的轭的方式，可以将元件组合成轭形状。
11.以根据本发明的方式设置补偿实现：显着减少铁的量，特别是使用比在不考虑率补偿通量的情况下避免饱和所需的铁量更少的铁。因此可以提出：与在不考虑通过第二线圈产生的磁通量的情况下通过由整流器最多产生的流过第一线圈的直流电流产生的磁通量使第一线圈的线圈芯完全饱和相比，轭状构造的铁芯的铁量选择得更低、尤其少于一半。
12.对于线圈装置，根据本发明可以提出：线圈装置的第二线圈具有比线圈装置的第一线圈更多的匝数。这具有以下优点：为了补偿由流过第一线圈的电流产生的磁通量，流过第二线圈的电流可以小于流过第一线圈的电流。因为尤其在用于运行工业规模中使用的电解器的电路装置中非常高的直流电流会流过第一线圈，所以通过提高第二线圈的匝数或匝的数量可以将具有减小电流强度的直流电流馈入第二线圈中。例如，第一线圈可以分别针对电流强度在100a和1ka之间的直流电流构成。
13.根据本发明可以提出：电路装置包括多个整流器和多个线圈装置，其中线圈装置的第一线圈分别与整流器中的另外的整流器连接。特别地，在此，电路装置的整流器中的每个可以分别与线圈装置之一的第一线圈连接，因此有利地对于每个整流器存在一个线圈装置。因此通过线圈装置的第一线圈例如可以在整流器并行运行时对所产生的直流电流进行平滑。
14.此外，根据本发明可以提出：线圈装置的第二线圈共同地、尤其以串联电路与电流源连接。这实现：在多个并行运行的且分别与第一线圈连接的整流器中，所有线圈装置的第二线圈可以共同经由电流源馈电。在此，在第二线圈串联的情况下，由电流源产生的补偿电流流过所有第二线圈并且在此用于产生用于补偿的磁通量。以该方式，可以有利地降低根据本发明的电路装置的电流需求。对于线圈装置第一线圈的匝数和第二线圈的匝数之间的比例在此可以是相同的或不同的。在整流器以相同的输出电流强度运行的情况下，线圈装
置的匝数和/或匝数比可以分别是相同的。如果整流器以不同的输出电流强度运行，则线圈装置的匝数比可以是不同的，使得借助经过第二线圈的补偿电流可以分别产生对通过第一线圈中的电流产生的磁通量进行的补偿。
15.根据本发明，可以提出：电流源构造成可调节的并且尤其构造为整流器，和/或，一个或多个整流器构造成可调节的和/或构造为三相整流器，尤其构造为b6桥式整流器。由于电流源的可调节性，也可以调节由一个第二线圈或多个第二线圈分别产生的磁通量，使得第二线圈的补偿功能可以匹配于一个或多个整流器的当前运行。构造为整流器的电流源例如可以经由与电路装置的一个或多个整流器相同的电网馈电。有利地构造为三相整流器或b6桥式整流器的一个或多个整流器的可调节性实现：设置经由一个或多个整流器产生的总电流进而例如控制与电路装置连接的电解设备的运行。
16.在本发明的一个优选的设计方案中可以提出：一个或多个整流器在交流电压侧分别与电路装置的至少一个变压器的次级绕组连接。在包括多个整流器的电路装置中，尤其可以存在相对于在交流电压侧馈入的、次级绕组之间的交流电压的相位偏移。在此，相对于在交流电压侧馈入的交流电压的一个周期相位偏移运行的次级绕组的数量确定电路装置的脉动。例如，变压器可以将在初级或交流电压侧馈入的三相电压、尤其是电网的中压或高压变换为具有较低电压的施加在次级绕组处的三相交流电压。施加在次级绕组处的三相交流电压然后可以经由与相应次级绕组连接的整流器转换为直流电压，或者相应的经由次级绕组输出的三相交流电流可以经由整流器转换成直流电流。
17.对于根据本发明的电解设备提出：其包括根据本发明的电路装置，其中电路装置的一个第一线圈或多个第一线圈与电解设备的至少一个电解器连接。在此，例如，电路装置的多个线圈装置的第一线圈可以并联，以便实现用以运行至少一个电解器的高的总电流强度。例如，第一线圈可以分别用于100a和1ka之间的电流强度的直流电流，其中总电流因此由相应流过第一线圈的电流的总和得出。
18.根据本发明的电路装置的上述所有优点和设计方案相应地适用于根据本发明的电解设备。
19.对于用于运行根据本发明的电路装置或根据本发明的电解设备的根据本发明的方法提出：至少一个线圈装置的第一线圈和第二线圈被通电，使得由第二线圈产生的磁通量至少在共同的耦合元件内抵消由第一线圈产生的磁通量。由此，可以在耦合元件的用作第一线圈的线圈芯的部段中实现对由第一线圈产生的磁通量的完全或至少部分补偿。如果电流强度为i1的电流流过第一线圈并且第一线圈包括n个匝并且第二个线圈包括m个匝，则可以为流过第二线圈的电流设置电流强度i2＝i1〃(n/m)，其中i1和i2的电流方向被选择为，使得由第二线圈产生的磁通量至少在共同的耦合元件内抵消由第一线圈产生的磁通量。
20.根据本发明可以提出：由一个或多个整流器产生的有效直流电流和由电流源产生的补偿直流电流根据共同的相对的目标电流预设来调节。
21.在此，目标电流预设可例如处于对应于电路装置的切断状态的0％和对应于通过电路装置的最大的直流电流输出的100％之间的值。在至少一个线圈装置的第一线圈的匝数n和第二线圈的匝数m之间匝数比恒定的情况下，分别产生的磁通量与有效电流或补偿电流的相应电流强度直接成比例，使得有利地实现电路装置的整流器还有电流源的简单的可调节性。
22.上文关于根据本发明的电路装置和根据本发明的电解设备描述的所有优点和设计方案也相应地适用于根据本发明的方法。
附图说明
23.本发明的其他的优点和细节从附图中得出。所述附图是示意图并示出：
24.图1示出根据本发明的电路装置的线圈装置，和
25.图2示出根据本发明的电解设备的电路图。
具体实施方式
26.图1示出根据本发明的电路装置的线圈装置1。线圈装置1包括第一线圈2和第二线圈3。此外，线圈装置1包括耦合构件4。耦合构件4包括u形元件5和基本i形元件6，所述i形元件设置在u形元件5上，使得得到耦合构件4的轭状的整体形状。第一线圈2经由耦合构件4与第二线圈3耦合。此外，耦合构件4分别形成第一线圈2和第二线圈3的芯。
27.第一线圈2具有n个匝并且第二线圈3包括m个匝。第一线圈2和第二线圈3的所示匝数应理解为是示例性的并且纯粹示意性的。例如，第一线圈2可以用于电流强度在100a和1ka之间的直流电流，第二线圈3可以根据匝数比n/m也用于更低的电流强度。
28.由于第一线圈2经由耦合构件4与第二线圈3耦合，通过由流经第一线圈2的电流i1产生的磁通量ф
dc
在耦合组件4中完全或部分地通过由流经第二线圈3的电流i2产生的磁通量ф
komp
补偿。所述补偿实现：有利地减少第一线圈2内部的铁量，而不显着影响其关于使电流i1平滑的特性。
29.在图2中示出根据本发明的电路装置7。电路装置7包括四个线圈装置1和四个整流器8。在此，线圈装置1的第一线圈分别与整流器8之一的直流电压侧连接。电路装置7还包括两个变压器9，所述变压器分别具有一初级绕组10和两个次级绕组11。在此，变压器9的初级绕组10例如与电网、例如中压电网或高压电网连接。每个变压器9的次级绕组11可以分别彼此具有例如30
°
的相位偏移。此外，变压器9可以运行为，使得初级绕组10彼此之间具有15
°
的相位偏移，以至于得到所示的电路装置7的总体24的脉动。
30.由次级绕组11输出的三相交流电流由整流器8转换成直流电流，所述直流电流分别作为电流i1流过线圈装置1的第一线圈2。通过线圈装置1的用作直流扼流圈的第一线圈2分别进行对电流i1或从电流i1的总和中得出的总直流电流i
ges
的平滑。耦合元件4中的通过第一线圈2基于电流i1产生的磁通量可以完全或部分地通过流经线圈装置1的第二线圈3的电流i2来补偿。线圈装置1的第二线圈3串联连接并与产生电流i2的电流源12连接。
31.电路装置7可以是包括至少一个电解器13的电解设备的组成部分，其中至少一个电解器13由作为电流i1的总和得到的总直流电流i
ges
馈电。
32.在电流i1的大小相同的情况下，在线圈装置4中分别使用第一线圈匝数n和第二线圈匝数m的n比m的相同的匝数比。以该方式，通过经过线圈装置1的、流过所有第二线圈3的电流i2相应地实现对通过相应的第一线圈2产生的磁通量ф
dc
的相同补偿。通过分别由流过串联连接的第二线圈3的电流i2产生的磁通量ф
komp
对磁通量ф
dc
进行全部或部分补偿实现：在相应的第一线圈2保持其电感的情况下减小相应的第一线圈2中的铁份额，使得在平滑通过整流器8分别产生的直流电流i1或总电流i
ges
时，尽管第一线圈2中的铁份额降低，但
不会出现负面影响。
33.在借助根据本发明的方法运行电路装置7或包括电路装置7的电解设备时，选择电流i1和i2的符号，使得线圈装置1的第一线圈2和第二线圈3被通电，使得由第二线圈3分别产生的磁通量至少在相应共同的耦合元件4内抵消由第一线圈2分别产生的磁通量。由整流器8产生的有效直流电流i
ges
以及由电流源12产生的补偿电流i2在匝数比n比m分别相同的情况下彼此成比例，使得可以根据相对的目标电流预设通过电流i2以及有效直流电流或总直流电流i
ges
的电流强度共同地调节补偿。在此，目标电流预设例如可处于对应于电路装置的切断状态的0％和对应于通过电路装置的最大的直流电路输出的100％之间的值。
34.整流器8构造为三相整流器。例如，整流器8可以构造为b6桥式整流器。电流源12同样可以构造为整流器。例如，电流源12也可以经由与变压器9的初级绕组10连接的电网馈电。整流器8和电流源12都可以实施成能调节的。
35.具有四个整流器8的电路装置7的表示纯粹是示例性的。也可以使用不同数量的整流器8和/或不同数量的变压器9。
36.尽管通过优选的实施例更详细地说明和描述了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，并且本领域技术人员可以从中得出其他变型形式而不脱离本发明的保护范围。
37.附图标记列表
[0038]1ꢀꢀꢀꢀ
线圈装置
[0039]2ꢀꢀꢀꢀ
第一线圈
[0040]3ꢀꢀꢀꢀ
第二线圈
[0041]4ꢀꢀꢀꢀ
耦合构件
[0042]5ꢀꢀꢀꢀ
u形元件
[0043]6ꢀꢀꢀꢀ
i形元件
[0044]7ꢀꢀꢀꢀ
电路装置
[0045]8ꢀꢀꢀꢀ
整流器
[0046]9ꢀꢀꢀꢀ
变压器
[0047]
10
ꢀꢀꢀ
初级绕组
[0048]
11
ꢀꢀꢀ
次级绕组
[0049]
12
ꢀꢀꢀ
电流源
[0050]
13
ꢀꢀꢀ
电解器