176904. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés tirisztoros egyenáramú szaggató főáramköréhez és eljárás annak vezérlésére, különösen villamos hajtású járművek vontatómotorjainak táplálásához
7 176904 8 ugyancsak nyitó irányú, az áramforrás feszültségével azonos feszültség van. A 6 és 7 gyorstirisztorok feszültség-igénybevétele tehát felére csökkent az 1. ábrán bemutatott, ismert kétütemű szaggató kapcsoláshoz képest, a 12 hálózati tirisztor nagyobb feszültség-igénybevétele pedig nem jelent nehézséget, mert a korszerű hálózati tirisztorok megengedett feszültség-igénybevétele a 3,6 kV-ot is elérheti. A t2 időpontban egyidejűleg gyújtjuk a jobb oldali párhuzamos 16 ág mindhárom tirisztorát. Ezzel a jobb oldali párhuzamos 16 ág vezetővé válik és az 1 vontatómotor armatúraárama a 3 szabadonfutó diódáról erre a 16 ágra komm utál. A jobb oldali párhuzamos 16 ág feszültségesésé 0-ra csökken. Minthogy azonban a 10/1 és 10/2 oltókondenzátor töltése és polaritása változatlan marad, a bal oldali párhuzamos 15 ág 6 és 7 gyorstirisztorának nyitó irányú, az áramforrás feszültségének felével egyenlő feszültség-igénybevétele változatlan marad. A bal oldali párhuzamos 15 ág 11 hálózati tirisztorának feszültség-igénybevétele azonban záró irányú lesz és megegyezik az áramforrás kapocsfeszültségével. A tj időpontban egyidejűleg gyújtjuk a bal oldali párhuzamos 15 ág két 6 és 7 gyorstirisztorát. Ennek hatására ellenkező irányban ugyanaz játszódik le, mint a tj időpontban, tehát At időtartam után a 10/1 és 10/2 oltókondenzátorokon a 2. ábrába berajzolt polaritású feszültség alakul ki, az áram a 14 egyenáramú szaggatóról a 3 szabadonfutó diódára kommutál. A találmány szerinti tirisztoros 14 egyenáramú szaggató működési periódusideje T, a tt időponttól a t3 időpontig terjedő idő; t3 időpontban gyújtjuk újból egyidejűleg a bal oldali párhuzamos 15 ág mindhárom tirisztorát. T idő alatt mind a két, párhuzamos 15 és 16 ág egyszer vezeti a terhelőáramot, a bal oldali párhuzamos 15 ág t] és tí-f At időpontok között, a jobb oldali párhuzamos 16 ág t2 és t2 f At időpontok között. A terhelőkor szempontjából azonban a t, és tJ+At, valamint a t2 és tj > At időpontok közötti vezetési időszak egyenértékű, a terhelökörön folyó áram hullámosságának frekvenciája tehát: ft =—. A terhelésre jutó feszültség középértéke tj időpontnak t( időponthoz, ill. tj időpontnak t2 időponthoz képest előbbre vagy hátrább tolásával változtatható. A szélső határok: ha t{ t| időponttal, ill. tj t2 időponttal egybeesik, tehát a bal oldali párhuzamos 15 ág, ill. a jobb oldali párhuzamos 16 ág 3—3 db tirisztora egyidejűleg soha nem válik vezetővé, ez a legkisebb lehetséges bekapcsolási arány; másrészt ha tj t2-vel, tj pedig t3 időponttal esik egybe, ez a maximális, egy-egy párhuzamos ág szempontjából 50/„-os bekapcsolási arány. A teljes 14 egyenáramú szaggató szempontjából ez utóbbi eset 100%-os bekapcsolást jelent. A legkisebb bekapcsolási arány esetén azonban a terhelésre jutó feszültség, ill. a terhelőáram nem zérus, hiszen a At időtartamok alatt a 10/1 és 10/2 oltókondenzátorokon át lolyik váltakozó áram, ez azonban a terhelőkörökben egyenáramot jelent. Ez az ún. áttöltő üzem megvalósítható a találmány szerinti másik vezérlési eljárással, amelynek idődiagramja a 4. ábrán látható. Legyen tj időpontot közvetlenül megelőzően a 10/1 és 10/2 ohókontfenzátorok feszültsége ellentétes a 2. ábtiába berajzolttai, és a 14 egyenáramú szaggató legyen árammentes (a terhelőáram most a 3 szabadonfutó diódán záródik). A tj időpontban egyidejűleg gyújtjuk a bal oldali párhuzamos 15 ág két 6 és 7 gyorstirisztorát, de ezekkel együtt gyújtjuk a jobb oldali párhuzamos 16 ág 12 hálózati tirisztorát is. Az utóbbi nélkül ugyanis, minthogy a 12 hálózati tirisztoron előzőleg nem folyt áram, a terhelőáram nem megy át a 3 szabadonfutó diódáról a 14 egyenáramú szaggatóra. A 6, 7 gyorstirisztorok és a 12 hálózati tirisztor egyidejű gyújtásának hatására kialakuló áramkör: áramforrás — 1 vontatómotor — 2 simító fojtótekercs — 6 gyorstirisztor _ lo/l oltókondenzátor — 12 hálózati tirisztor — 10/2 oltókondenzátor — 7 gyorstirisztor — áramforrás. Ez az áramkör azonban csak addig áll fönn, amig 10/1 és 10/2 oltókondenzátorok a 2. ábrába berajzolt polaritással az áramforrás feszültségének felére föl nem töltődnek, amikor az áram ismét a 3 szabadonfutó diódára kommutál. A tj időpontban egyidejűleg gyújtjuk a jobb oldali párhuzamos 16 ág két 8 és 9 gyorstirisztorát és a bal oldali párhuzamos 15 ág 11 hálózati tirisztorát. A lejátszódó folyamat ellentétes polaritással az előbbivel megegyező. A tirisztorok feszültség-igénybevételei áttöltő üzemmódban: amikor a 14 egyenáramú szaggató árammentes, akkor két gyorstirisztoron és egy hálózati tirisztoron nincs feszültség-igénybevétel, a másik két gyorstirisztor feszültség-igénybevétele nyitó irányú és az áramforrás feszültségének fele; a másik hálózati tirisztor feszültség-igénybevétele ugyancsak nyitó irányú és megegyezik az áramforrás feszültségével. Amikor a hat tirisztor közül a megfelelő hármat éppen begyújtottuk, de a kondenzátorokban még lényegében változatlan a töltés, akkor a be nem gyújtott két gyorstirisztor feszültség-igénybevétele záró irányú és az áramforrás feszültségének fele; a be nem gyújtott hálózati tirisztor feszültség-igénybevétele ugyancsak záró irányú és megegyezik az áramforrás feszültségével. A terhelésre jutó feszültség középértéke és ezzel a terhelöáram áttöltő üzemmódban azzal csökkenthető, ha megnöveljük a tj és tj időpontok közötti távolságot, tehát csökkentjük a kapcsolási frekvenciát. Az ábrák és a működési leírás alapján belátható, hogy egészen kis feszültségektől eltekintve, ahol az ismert kétütemű tirisztoros szaggató áganként egy gyorstirisztorral alkalmazható, a találmány szerinti kapcsolási elrendezés és a találmány szerinti kétféle eljárás annak vezérlésére megtakarítást tesz lehetővé az 1. ábrán bemutatott ismert kétütemű tirisztoros szaggatóhoz képest. A megtakarítás bemutatására tételezzük föl, hogy az áramforrás névleges feszültsége 600 V. Mint már előbb kimutattuk, az 1. ábrán látható ismert kétütemű szaggató 6, 7, 8 és 9 gyorstirisztorai ilyen körülmények között ténylegesen két-két egymással sorbakapcsolt gyorstirisztorból állnak, ,a sorbakapcsolt tirisztorok közötti feszültségeloszlást azonban tranziens üzemben is föltétlenül biztosítani kell. A feszültségosztáshoz szükséges RC-körök vesztesége pedig igen jelentős, ha figyelembe vesszük, hogy pl. egy trolibuszhajtáshoz alkalmazandó gyorstirisztorok töltéskiürítési árama néhány 100 A lehet, és a 2 simító fojtótekercs kis induktivitása érdekében minél nagyobb, célszerűen 6— 800 Hz eredő,kapcsolási frekvenciára van szükség. A öt-, láimány szerinti kapcsolási elrendezésben ugyanakkora áramforrás feszültség esetén mind a bal oldali, mind a 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 66 4
