203433. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés félvezető kapcsolóelemek védelmére, előnyösen hálózati inverterekhez
3 HU 203 433 B 4 meghatározott érték fölé emelkedik, akkor szólal meg a védelmi áramkör. Az ismert megoldás azt a célt szolgálja, hogy a feszültségátalakítók hatásfoka a lehető legjobb legyen és gyakorlatilag a kapcsoló üzemű félvezetők disszipációjának adott haláron túli megnövekedését akadályozza meg. Ez azonban feltételezi, hogy a figyelt félvezetők egymástól nem lényegesen eltérő potenciálon vannak és ezt a kapcsolást minden félvezető kapcsoló védelmére külön-külön ki kell építeni. Egy hálózati feszültségű inverter esetén, ahol a védendő áramkörök háromfázisú hidat alkotnak, legalább négy tápfeszültséget igényel ez a megoldás. Hátránya ennek a megoldásnak az, hogy az áramterhclhcíőség megnövelése céljára alkalmazott kapcsolóelemek párhuzamos kapcsolása esetén ez az ismert megoldás nem védi meg az egyes tranzisztorokat. A 184 934 lajstromszámú HU szabadalmi leírás tirisztorok és triac-ok védelmére alkalmas megoldást közöl, amelynél a kapcsolóelemen átfolyó áramot egy áramváltó figyeli, amely az árammal arányos jelet szolgáltat egy feldolgozó áramkör részére, amely letiltja a tirisztor, vagy a triac gyújtóimpulzusát. Az ismert megoldás csak váltakozó áramú köröknél történő felhasználásra alkalmas, mivel a bekapcsolt tirisztor, egy triac kioltását a következő hálózati félperiódus előtt lévő nullálmenet végzi. További hátránya a megoldásnak, hogy ismert módon az inverterek kimenetén egyenáramú komponense is van a kialakuló áramnak, amely szintén terheli a félvezetőket, amelyet ez az ismert megoldás az áramváltó beiktatása következtében nem tud figyelembe venni. Az „Electronis Components and Applications” 1981. februári száma kifejezetten frekvenciaátalakítók részére javasol speciális áramváltós megoldást, amelyet DC Current Transformer elnevezéssel illemek. Ez egy eléggé bonyolult megoldás, hiszen az áramváltót szaggatott jellel táplálják, hogy az egyenáramú komponenseket is mérje. Az így kapott jelet a szekunder oldalon demodulálják és szűrik és az így előállított feszültség ezután valóban arányos a primer oldalon folyó egyen és váltakozó komponensek összegével. Az ismert megoldás hátránya a bonyolultsági foka mellett az, hogy az alkalmazott időkésleltető elemek nagy száma miatt, a félvezetők gyors túlterhelését nem akadályozza meg és a háromfázisú híd azonos ágában lévő elemeinek zavarszerű összenyitása esetén keletkező túláramot nem érzékeli - mivel csak az inverter kimenő áramát figyeli - így az ilyen okból kialakuló zárlati áramok ellen nem véd. Az áramkorlátozások ismert módon akkor szólalnak meg, ha az inverter kimenetén valamilyen (úrból a megengedhetőnél nagyobb áram lép fel. A háromfázisú aszinkron motor névlegesnél nagyobb áramot vesz fel, ha túl van terhelve, ha tönkrement a tekercselése, vagy éppen indítjuk. A motor bekapcsolási áramfelvétele, ha a motor tekercsei delta-kapcsolásba vannak kötve, a névleges áramfelvétel hatszorosát is meghaladhatja. Ha a motort csökkentett feszültségről, lágy indítással indítjuk, akkor, mint már említettük, a motor indítónyomatéka is lecsökken. Az áramkorlátozó áramkör megszólalása esetén bekövetkező feszültségcsökkenéskor is ez a helyzet áll elő. Ha az áramkorlátozó áramkör a motor indulásakor áramgenerátoros üzembe kapcsol, akkor csökkenti a motorra jutó feszültséget - csökken tehát az indítónyomaték is - a motor pedig esetleg nem tudja elindítani a hajtott gépet, vagy csak lényegesen hoszszabb idő alatt éri el a motor a beállított fordulatszámot, amely a motorban jelentős melegedést okoz. Ilyen esetekben pedig korlátozni kell a motor óránkénti indíthatóságának a számát. A motor akkor is a névlegesnél több áramot vesz fel, ha a hajtott gép megszorul. Ha a motor áll, akkor a korábbiakban leírt áramgenerátoros táplálás igen káros lehet. A frekvenciaátalakító ugyanis nem vesz tudomást a motor állapotának megváltozásáról, és az álló motorba ugyanúgy betáplálja a maximálisan leadható áramot. Mivel ilyenkor a motor áll, a teljes energia hővé alakul. Ráadásul álló motor esetén még a saját ventilátorának hűtőhatása sem érvényesül. Ez az eset a motor tekercselésének károsodásához vezet, ezért a gyakorlatban ettől a motort ismert módon külön hőérzékelővel meg kell védeni. Ezek ismert módon úgy működnek, hogy mérik a motor hőmérsékletét és ha az meghaladja az előre beállított értéket, akkor kapcsolja a tápláló hálózatot, tehát a frekvenciaátalakítót A háromfázisú inverterek végfokozataiban alkalmazott félvezetők tirisztorok, vagy tranzisztorok. Ezek megengedhető maximális árama függ attól, hogy az áram mennyi ideig lép fel rajtuk. A félvezetők disszipációja a rajtuk áthaladó áram középértékének és az áram effektiv értékének összegével arányos. A két veszteség aránya az áram hullámalakjától függ. Mivel a kapcsolójellegből adódóan mindig vannak túllövés okozta áramcsúcsok, ezeket az áramkorlátozás kialakításánál figyelembe kell venni. A találmány célja olyan megoldás létrehozása félvezető kapcsolóelemek védelmére, amelyek az ismert megoldások hátrányos tulajdonságait kiküszöbölik, hatásos, gyors áramkorlátozást eredményez anélkül, hogy például hálózati inverterek esetében egyéb paraméterromlást eredményezne. Felismertük, hogy amennyiben a figyelendő áramot ellenálláson keresztül vezetjük, amelyen eső feszültséget gyorskomparátorral érzékeljük, akkor a gyorskomparátor kimenő jelével a félvezető kapcsolóelemeket tartalmazó, például háromfázisú híd, vezérlőegységének vezérlő jelei letilthatók. Találmányunk értelmében az újraindítás csak akkor lehetséges, ha start-stop kapcsolóval, vagy alapérték-beállító elemmel, például potenciométerrel a gyorskomparátor analóg jelét szolgáltató analógegység alapjelét nullára állítjuk, majd ismét beállítjuk a kívánt alapjelértéket. Ezt megoldásunknál nullkomparátor felhasználásával biztosítjuk. A találmány tárgya kapcsolási elrendezés félvezető kapcsolóelemek védelmére, előnyösen hálózati inverterekhez, amelynek egyenirányítója, ahhoz csatlakozó szűrőegysége és a szűrőegységhez kapcsolt félvezető kapcsolóelemeket tartalmazó, vezérlőegységgel összekötött egysége, előnyösen villamos motorhoz csatlakozó hálózati invertere van. A kapcsolási elrendezés úgy van kialakítva, hogy a szűrőegység és a félvezető kapcsolóelemeket tartalmazó egység közé ellenállás van iktatva, amely ellenállás sarkai meghatározott billenési szintű komparátorra csatlakoznak és a komparátor, valamint az ellenállás egyik sarka közé nullkomparátorral összekötött kapcsoló van iktatva. A nullkomparátorra pedig start-stop kapcsolóval és/vagy alapértékbeállító elemmel rendelkező analógegység kimenete van vezetve, a komparátor kimenete továbbá a vezérlőegység működését engedélyező kapcsolóáramkörre csatlakozik. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
