188603. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés tirisztoros áramirányítók gyújtóimpulzusainak szinkronozásához
1 188 603 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés tirisztoros áramirányítók gyújtóimpulzusainak szinkronozásához. A hálózat által vezetett tirisztoros áramirányítók gyújtóimpulzusait a hálózat váltakozó feszültségéhez szinkronozni kell, és a szinkronozás által meghatározott alaphelyzethez képest az áramirányító üzemállapotától függő mértékben el kell tolni. A szinkronozás által meghatározott alaphelyzet általában a váltakozó feszültség nullátmenete, mert a szinuszos feszültséghullámnak a nullátmenet az a pontja, amelyet egyszerű eszközökkel a legmegbízhatóbban és egyértelműen lehet meghatározni. A nullátmenethez történő szinkronozás céljára a legtöbb jelenleg használatos gyűjtóáramkör szjnkronozó bemenete úgy van kialakítva, hogy a bemenethez komplementer tranzisztorpár egymással összekötött bázisai csatlakoznak. Ezen tranzisztorokból és még továbbiakból, valamint a hozzájuk tartozó kiegészítő áramköri elemekből áll a gyújtóegység szinkronozó fokozata. A bemeneti kapcsok közé kapcsolt szinkronozó váltakozó feszültség pozitív félhulláma a komplementer tranzisztorpár egyik tranzisztorán, míg a negatív félhullám a másikon hoz létre bázisáramot és mindkét esetben ennek következtében egy további tranzisztor zárt állapotba kerül. Ezáltal a szinkronozó fokozat után kapcsolt fűrészfog generátor az alkalmazott kapcsolástól függően lineárisan növekedő vagy csökkenő feszültséget állít elő. A fürészfog generátor feszültségét a gyújtókor komparátor fokozata vezérlő egyenfeszültséggel hasonlítja össze és a két feszültség azonosságának pillanatában a gyújtókor gyújtóimpulzust ad a megfelelő tirisztornak. Amikor a szinkronozó feszültség nulla értéken megy át, annak kis környezetében a bemeneti kapcsokon átfolyó áram olyan kicsi, hogy a komplementer tranzisztorpár mindkét tranzisztora zárva van és ezért az említett további tranzisztor nyit. Ezen utóbbi tranzisztor nyitott állapotában a fürészfog generátor kondenzátora - az alkalmazott kapcsolástól függően - kisül, vagy meghatározott feszültségre feltöltődik. Ezt követően ismét megkezdődik a két komplenienter tranzisztor egyikének működése és ezzel a kondenzátor feszültség lineáris növekedése vagy csökkenése. A gyújtóegység szinkronozó fokozata tehát a szinkronozó feszültség minden nuliátmenetekor olyan szinkronozó impulzust ad a fűrészfog generátornak, amelynek hatására a fürészfog feszültség rövid szünet után ismét a kezdeti értéket veszi fel. Ennek a rövid szünetnek az időtartama nagyon lényeges a gyújtóegység és az egész tirisztoros áramirányító működése szempontjából. Ha a szünet túlságosan hosszú, akkor a tirisztorok gyújtását jelentős szögtartományban nem lehet vezérelni, tehát a gyújtáskésleltetés minimuma túlságosan nagy, maximuma nem elég nagy. Ennek következtében az áramirányító feszültségét sem egyenirányító, sem váltóirányító üzemben nem lehet teljesen kihasználni, az áramirányítóba és a tápláló transzformátorba fölöslegesen nagy feszültségtartalékot kell beépíteni. Ez méretek, ár és meddofogyasztás szempontjából egyaránt hátrányos. Ha a szünet túlságosan kicsi, akkor a fürészfog generátor kondenzátorának gyors kisülése, ill. ici töltése nem fejeződik be a szünet időtartama alatt, a fürészfog feszültség alakja tehát eltorzul és a gyújtáskésleltetés bizonytalanná válik. Ezért minden gyártó cég előírja, hogy gyújtóegységének szinkronozó bemenetét hogyan kell táplálni. Így az egyik ismert gyártó vállalat szerint az ismertetett szinkronozó bemenetet 22 kOhm ellenálláson keresztül 22Ö V effektiv váltakozó feszültséggel kell táplálni az optimális üzem elérése érdekében. Ez az előírás áramgenerátoros táplálást jelent, hiszen a bemenetén folyó áramra a bázis-emitter kör igen kis feszültségesésének nincs befolyása. Az áramgenerátoros táplálást indokolja a bázis-emitter átmenet nemlinearitása és az, hogy a tranzisztorok működését az áramerősítési és nem a feszültségerősítési paraméterek jellemzik. Az eddigiekben abból indultunk ki, hogy a gyújtóimpulzust a szinuszos váltakozó feszültséghez kell szinkronizálni. A valóságban azonban a váltakozó áramú hálózat feszültsége nem szinuszos, különösen akkor nem, ha a hálózatról viszonylag nagy teljesítményű vezérelt áramirányítók üzemelnek. Ilyen esetekben a nullátmenet ellaposodhat, bizonytalanná válhat, az alapharmonikushoz képest fázisban eltolódhat, sőt egyszeres nullátmenet helyett többszörös nullátmenet is kialakulhat. Az ebből adódó bizonytalanság és üzemzavarok elkerülése érdekében a hálózati feszültség szűrésével állítják elő a gyakorlatilag szinuszos váltakozó feszültséget. A szűrés megoldására szokásos módszer LC-szűrőkor alkalmazása. Megfelelő minőségű és időbeli állandóságú LC-szűrőkört azonban csak különleges mágneses anyagok alkalmazásával lehet készíteni. A követelmények azért szigorúak, mert minden szűrőkor egyúttal az alapharmonikusra vonatkozó fázistolást is eredményez. Ezt megfelelő kapcsolású transzformátorral ki lehet ugyan egyenlíteni, de igen fontos, hogy a fáziseltolás a három fázisban pontosan azonos legyen, továbbá, hogy hoszszabb idő alatt ne változzék, ezek a hibák ugyanis az áramirányító üzemében aszimmetriát és gyújtási zavarokat okoznak. Egy másik szokásos módszer RC szűrő alkalmazása. Ez az RC szűrő egyszerű felépítésű, de nagyméretű, nagy veszteségű (kb. 120 W), ezen kívül az olyan nagyteljesítményű, ill. feszültségű ellenállások, ill. kondenzátorok, amelyeknek alkalmazására itt szükség van, nehezen szerezhetők be a szükséges pontosságnak és hosszú idejű stabilitásnak megfelelő minőségben. Az ilyen szűrőkor általában az egész szabályozó elektronika legnagyobb veszteségű és legtöbb meleget fejlesztő része. A szűrést kisfeszültségű oldalon megvalósítani két okból nem célszerű: egyrészt a szűrő elemek geometriai méretei túl nagyra adódnak, másrészt a gyújtóegység szinkronozó bemenetére jutó feszültség nullátmenete ellaposodik, bizonytalanná válik. Megemlítjük, hogy a VKI Közleményei 3. kötet (Műszaki Könyvkiadó, 1969.) 166-174. oldalán ismertetett gyújtóegység is az azóta eltelt idő alatt szerzett tapasztalatok szerint szűrt szinkronozó feszültséget igényel. Ennek biztosítása a fentiekhez hasonló módon az áramirányítót tápláló hálózat feszültségszintjén történik. Célunk, hogy a találmány tárgyával olyan villamos eljárást és az eljárás foganatosítására alkalmas kapcsolási elrendezést alakítsunk ki, amelynek alkalmazásával a kényes és drága elemeket igénylő LC szűrő, vagy a tirisztoros áramirányító gyújtóegységének szinkronozó bemeneté elé kapcsolandó, terjedelmes, nagy veszteségű és megfelelő minőségű cs hosszú idejű stabilitású alkatrészekből csak nehezen összeállítható RC szűrő helyett igen kis méretű és veszteségű, jó minőségű alkatrészekből könynyen összeállítható egyszerű RC szűrő legyen használható. A találmány alapja az a felismerés, hogy a gyújtóegy5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
