184212. lajstromszámú szabadalom • Gyújtóegység építőelem hálózatról vezetett áramirányítók tirisztorainak nagypontosságú gyújtásához, különösen galvánberendezések áramirányítóiban
1 184 212 2 A találmány tárgya gyújtóegység építőelem hálózatról vezetett áramirányítók tirisztorainak nagypontosságú gyújtásához, különösen galvánberendezések áramirányítóiban. A tirisztor gyújtóegység építőelemek fontos szerepet töltenek be az erősáramú elektronikában. Ezekből az építőelemekből rakhatók össze a különböző tirisztoros áramirányító kapcsolások gyújtáskésleltetésének vezérlését végző egyszerűbb és bonyolultabb gyújtóegységek. A hálózatról vezetett váltakozóáramú szaggatók, egyenirányítók, váltóirányítók és közvetlen frekvenciaátalakítók gyújtáskésleltetésének vezérlését végző gyújtóegységekre jellemző, hogy kimeneteiken olyan impulzusok jelennek meg, amelyeknek kezdete a főáramkört tápláló hálózat váltakozó feszültségéhez szinkronozott. Ezenkívül az impulzusok kezdetének fázishelyzete a hálózati váltakozó feszültséghez képest a gyújtóegység vezérlő bemenetére adott egyenfeszültséggel vagy egyenárammal változtatható. Az impulzusoknak elegendő energiájúaknak és elegendő hosszúságúaknak kell lenniök, hogy az áramirányító tirisztorait kellő biztonsággal begyújtsák. Az impulzusok villamos fokokban mért legkisebb szükséges hosszát az áramirányító jellege, ill. főáramkörének kialakítása határozza meg. Váltakozóáramú szaggatók tirisztorainak gyújtásához az impulzus kezdetétől a hálózati váltakozó feszültség legközelebbi O-átmenetéig tartó - 180° - a hosszúságú, ahol a a gyújtáskésleltetési szög — ún. hosszú impulzusokra van szükség. Kétszer háromfázisú szívófojtótekercses áramirányítók tirisztorainak gyújtásához 30 villamos foknál hoszszabb impulzusokra, háromfázisú teljesen vezérelt hídkapcsolásokhoz kb. 10 villamos fok hosszúságú ún. rövid impulzusokra van szükség, amelyeket azonban 60 villamos fok után meg kell ismételni. Háromfázisú féligvezérelt hídkapcsolások és egyfázisú kapcsolások vezérléséhez általában rövid impulzusokat használnak, kivéve néhány esetet, pl. a nagyvasúti vontatás egyfázisú félig - vezérelt hídkapcsolású egyenirányítóit, amelyeket hosszú impulzusokkal vezérelnek. Az impulzusok hosszán, energiatartalmán és egyéb paraméterein kívül igen fontos követelmény a gyújtóegységekkel szemben, hogy a gyújtóimpulzusok kezdetének szórása az elméleti gyújtási ponthoz képest minél kisebb legyen. Másként fogalmazva az áramirányító egyes ágaiban lévő tirisztorok gyújtása egymáshoz képest egyfázisú kétütemű áramirányítóknál a lehető legpontosabban 180 villamos fokkal, háromfázis egyutas, ill. háromfázisú féligvezérelt hídkapcsolású áramirányítóknál 120 villamos fokkal, háromfázisú szaggatóknál 120 vagy 60 villamos fokkal, háromfázisú teljesen vezérelt hídkapcsolású, vagy kétszer háromfázisú szívó fojtótekercses vagy szívó fojtótekercs nélküli áramirányítóknál 60 villamos fokkal, 12 ütemű áramirányítóknál 30 villamos fokkal legyen eltolva. Ezeknek az értékeknek a minél pontosabb betartása, tehát az egyes tirisztorágak szimmetrikus gyújtása igen fontos, egyes esetekben különösen nagy jelentőségű. Minél nagyobb teljesítményű, ill. minél nagyobb ütemszámú az áramirányító, annál nagyobbak az aszimmetriák által okozott villamos igénybevételek. 12 ütemű nagy egyenirányítóknál az egy ütemre eső 30 villamos fokhoz képest ±3 villamos fokos aszimmetria egy-egy ütem viszonylagos időtartamában, ill. egy-egy ág folyási szögében már ±10% eltérést okoz. 2 Az aszimmetria kedvezőtlen hatása különösen szembeötlő pl. telefonközpontok áramellátó berendezéseinél, ahol az akkumulátortelep néhány 100 A-es töltőáramának hullámosságára rendkívül kis határérték van megengedve, mert a töltőáram váltakozóáramú összetevője a telefonvonalakon hangfrekvenciás zavart hoz létre, tehát a beszéd érthetőségét nagymértékben rontja. Ha a 12 ütemű egyenirányító tirisztorainak gyújtása aszimmetrikus, a 12-ik felharmonikus, 600 Hz mellett, a hatodik, 300 Hz-es, sőt esetleg még alacsonyabb rendszámú felharmonikusok is föllépnek, mégpedig annál nagyobb amplitúdóval, minél nagyobb az aszimmetria. A váltakozóáramú összetevőt ilyen esetben csak a föllépő kisebb frekvenciákra méretezett, tehát sokkal nagyobb és drágább főáramköri szűrőkörrel lehet az előírt kis értékre csökkenteni. Kis feszültségű, nagy áramú galván egyenirányítókat előnyösen lehet olyan módon építeni, hogy a diódákból fölépített többfázisú egyenirányítót tápláló transzformátor primer körébe iktatott háromfázisú szaggatóval állítják az egyen irányított feszültséget, ill. áramot. A háromfázisú szaggató gyújtásának aszimmetriája azonban egyenáramú összetevőt hoz létre a transzformátor primer tekercselésében és a transzformátort előmágnesezi; az előmágnesezés a transzformátor jelentős túlméretezését teszi szükségessé. A kereskedelemben számos cég gyártmányaként kaphatók gyújtóegység építőelemek, amelyekből különböző áramirányítókhoz szükséges gyújtóegységek viszonylag egyszerűen összeállíthatók és amelyek a korábbiakban fölsorolt követelményeket többé-kevésbé kielégítik. Ilyen, a hazai iparban is jelentős mennyiségben használt gyújtóegység építőelem az UAA 145 típusú integrált áramkör. Ezen építőelem alkalmazásának legfőbb problémája a viszonylag nagy gyújtási aszimmetria, amelyet a katalógus ±3 villamos fokban határoz meg. Ez a már ismert hátrányokkal jár. Ennek megfelelően találmányunk kidolgozásakor célul tűztük ki olyan gyújtóegység építőelem kidolgozását, amely rendelkezik az UAA 145 típusú gyújtóegység építőelem előnyös tulajdonságaival, tehát nagy sorozatban gazdaságosan gyártható és amelyből a gyakorlatban használatos hálózatról vezetett áramirányítók bármelyike számára összeállítható megfelelő gyújtóegység, de amelynek gyújtási aszimmetriája lényegesen kisebb, anélkül, hogy ezáltal a gyújtóegység építőelem bonyolultsága és ára jelentősen megnövekedne. Bonyolultabb megoldásokkal, így pl. különböző digitális áramkörökkel vagy a gyújtásszinkronozásra alkalmazott aktív szíírőkörökkel, a gyújtóimpulzusok fázishelyzetének egyenkénti beállíthatóságával és a beállított értékek pontosságát tartósan garantáló pontosságszabályozóval természetesen lényegesen kisebb gyújtási aszimmetriát is el lehet érni; ezek a megoldások azonban sokszorosan bonyolultabbak és használatuk néhány különleges esetre — pl. magfizikai berendezések sugárvezető mágneseit tápláló áramirányítókra és hasonlókra - korlátozódik. A találmány azon a fölismerésen alapul, hogy a legtöbb, a kereskedelemben kapható gyújtóegység építőelem, így az UAA 145 építőelem esetén is a gyújtási aszimmetria mértéke döntően vagy kizárólagosan a gyújtóegység építőelem szinkronozó fokozatától függ, az egyéb funkciókat ellátó többi fokozatok ezt nem vagy csak elhanyagolható mértékben befolyásolják. Ez abból következik, hogy az ismert, viszonylag egyszerű, keres-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
