167397. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés induktív terhelésű vezérelt áramirányítók félvezető elemeinek védelmére

167397 3 4 kelését igényli. A vezérelt áramirányítóról táplált induktív terhelés túlfeszültségvédelme az áramirányító(k) elemeinek feszültségérzékenysége miatt elsősorban az áramirányító(k) elemeinek védelmét szolgálja. Az áramirányító(k) elemeinek megengedett zárófeszültsége majdnem minden esetben kisebb az induktív terhelés szigetelési feszültségszintjénél. Ebben az esetben a túlfeszültségvédelem elsősorban a félvezető elemeket és természetszerűen egyúttal a terhelés szigetelését is védi. A vezérelt félvezető áramirányító(k)ról táplált induktív terhelés túlfeszültségvédelme tehát csak abban az esetben hatásos, ha az áramkör szakadásakor keletkező túlfeszültség a félvezető elemekben károsodást nem okoz, aminek az érdekében a túlfeszültség nagyságát kisebbre kell korlátozni, mint a félvezető elemek megengedett zárófeszültsége. Vezérelt félvezetős tápláláskor a hagyományos megoldások közül csak az állandó üzemű ellenállás alkalmazható, mert a mágneskapcsolók bekapcsolási ideje sokkal nagyobb, mint amennyi idő alatt a félvezetők tönkremennek. A kisebb értékű megengedett túlfeszültség következtében kisebb ohm értékű állandó ellenállás alkalmazható, ami az ellenálláson fellépő veszteséget jelentősen megnöveli, a gerjesztőgépről táplált azonos szigetelési szintű induktív terhelés védelménél alkalmazott ellenálláson fellépő veszteséghez képest. A megnövekedett veszteség, valamint a korszerű, jó hatásfokú félvezetős berendezés együttesen azt eredményezi, hogy ilyen megoldást csak egészen kis teljesítményszinten gazdaságos alkalmazni, ahol a hatásfok másodlagos kérdés az egyéb előnyökhöz képest. Nagy teljesítmény szinten (néhányszor 10 kW) csak olyan túlfeszültségvédelem alkalmazása célszerű, aminek a fogyasztása elhanyagolható, és bármikor hatásosan működik. A vezérelt áramirányítók táplálása nagy teljesítményszinten megszakítón keresztül történik. A félvezető elemekkel gyors működésű olvadó biztosítók vannak sorbakapcsolva, amelyek a félvezető elemek zárlatvédelmét szolgálják. Az induktív áramkör vezérelt áramirányító(k) esetében mindig megszakad, ha a félvezető elemekkel sorbakapcsolt gyors biztosítók közül legalább egy kiolvad, vagy ha a megszakítót terhelés közben kikapcsolják, vagy az túlterhelés miatt kikapcsol. Induktív terhelésű féligvezérelt áramirányító kapcsolásoknál jól bevált túlfeszültség védelmet jelent az áramirányító(k) kimenő kapcsaira közvetlenül kapcsolódó dióda, amelyik anódjával az áramirányítóik) negatív, katódjával a pozitív gyűjtősínére csatlakozik. Teljesen vezérelt áramirányító kapcsolások esetében az áramirányító(k) egyenáramú sínjei között dióda helyett tirisztor(oka)t alkalmaznak, amelye(ke)t a túlfeszültség, megfelelő gyújtást biztosító áramköri elrendezés segítségével begyújt. A tirisztor alkalmazásának azonban határtszab az a jelenség, hogy begyújtásához idő kell, és a rajta keresztülfolyó terhelőáram csak a tirisztorra megengedett maximális árammeredekség (di/dt) értékénél kisebb árammeredekséggel növekedhet. A legújabb kutatások eredményeképpen dolgozták ki a szelén túlfeszültséglevezetőket, amelyek rövid időre jelentős áramot képesek korlátozott feszültségen levezetni. A szelén túlfeszültséglevezetőket sikeresen alkalmazzák félvezető elemek kommutációs túlfeszültségvédelmére, valamint a váltakozóáramú tápoldalon végrehajtott kapcsolásokból 5 eredő túlfeszültségek elleni védelemre. Ezek a túlfeszültségek vagy gyakran jelentkező kis energiájú túlfeszültségek, mint például a kommutációs túlfeszültségek, vagy ritkábban előforduló közepes teljesítményűek, mint például a kapcsolási túlfe-10 szültségek. Szelén túlfeszültséglevezetőt induktív terhelésű áramirányító elemeinek túlfeszültségvédelmére is fel lehet használni, ha az induktivitásban tárolt mágneses energia levezetésére a szelén túlfeszültséglevezető alkalmas, illetve ha a mágne-15 ses energia levezetése a szelén túlfeszültséglevezetőt nem teszi tönkre. Nagy teljesítményű induktív áramköröknek azonban olyan nagy a villamos időállandója, hogy a mágneses energia levezetéséhez jelentős idő szükséges. Mivel a szelén túlfeszültség-20 levezetők csak rövid ideig (általában 10 ms-ig) képesek nagy teljesítményt levezetni, alkalmazhatóságuknak határt szab az igénybevétel időtartama. A találmány célja, olyan gyakorlati megvalósításra alkalmas túlfeszültségvédelmi kapcsolási el-25 rendezés, ami nagyteljesítményű vezérelt áramirányító(k) félvezető elemeinek túlfeszültségvédelmére szolgál induktív terhelés esetén. A találmány szerinti túlfeszültségvédelmi egység táplálást nem igényel, és ennek megfelelően energiát sem fogyaszt, 30 működőképessége állandó, és nem függ a bekövetkező túlfeszültségek időbeli lefolyásától. Egyirányú áramot szolgáltató áramirányító(k) esetében legalább egy darab, igen nagy teljesítményszinten (néhányszor 100 kW) kívánt számú túlfeszültség-35 védelmi egységeket azonos polaritással párhuzamosan kapcsolva; kétirányú áramirányítók esetében legalább két darab, polaritás szempontjából ellenpárhuzamosan kapcsolt, igen nagy teljesítményszinteken kivánt számú, fele-fele arányban polaritás 40 szempontjából ellenpárhuzamosan kapcsolt túlfeszültségvédelmi egységeket kell az áramirányító(k) kimenetére kapcsolni. A találmány alapja az a felismerés, hogy szelén túlfeszültséglevezető és tirisztor együttes alkalma-45 zása lehetővé teszi egyrészt a túlfeszültség korlátozását, másrészt biztosítja, hogy az induktív áramkör az áramirányító felöl bekövetkezett szakadás ellenére zárt maradjon addig, amíg a terhelésben tárolt mágneses energia zérusra nem csökken. A sze-50 lén és tirisztor együttes alkalmazásával elérjük, hogy a külön-külön történő alkalmazásukból származó hátrányokat és korlátokat kiküszöböljük. Ez az által válik lehetővé, hogy a szelén túlfeszültséglevezető korlátozási feszültségszintjét kisebbre 55 választjuk az áramirányító(k) félvezető elemeinek zárófeszültségénél, és korlátozzuk a tirisztoron keresztülfolyó áramváltozás meredekségét (di/dt). Erinek megfelelően a találmány kapcsolási elrendezés induktív terhelésű vezérelt áramirányító(k) 60 félvezető elemeinek túlfeszültségvédelmére. Az áramirányító(k) pozitív kimeneti pontjára dióda és tirisztor katódja csatlakozik. A dióda anódja szelén túlfeszültséglevezető anódjával van összekötve. A tirisztor anódja fojtótekercsen keresztül a szelén 65 túlfeszültséglevezető katódjára csatlakozik. A sze-2