186360. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és impulzusváltóirányító kapcsolási elrendezés egyenáramú energiának - előírt jellemzőjű - váltakozó árammá átalakítására
3 186360 4 A találmány tárgya eljárás egyenáramú energiának — előírt jellemzőjű — váltakozóárammá alakítására, valamint impulzusváltó kapcsolási elrendezés, amely az eljárás foganatosítására alkalmas. A találmány szerinti eljárás és impulzusváltó kapcsolási elrendezés alkalmazásával kedvezőbb üzemi feltételek mellett biztosítható egyenáramú energiának előírt jellemzőjű váltakozóárammá alakítására, mint amilyenek mellett ezt a folyamatot a technika állásából ismeretes impulzusváltó kapcsolásokkal lehet előidézni, s mint ilyen, leginkább szünetmentes tápegységek kialakításánál használható. A találmány szerinti eljárás során egyenáramú tápforrás és váltakozóáramot igénylő fogyasztó(k) közé legalább egy központi energiatároló transzformátort iktatunk. A központi energiatároló transzformátor és a fogyasztóik) közti villamos csatolás polaritását fogyasztói üzemi fü frekvencia ütemében periodikusan váltogatjuk. A tápforrás felőli energiaáramot az üzemi fQ frekvencia sokszorosát kitevő szaggatási f, frekvencia ütemében szaggatjuk. A kívánt váltakozó áramú teljesítmény egymást követő időintervallumaiban elvárt átlagértékeihez az átlagértékkel arányos kitöltési a tényezőre információt hordozó vezérlőjelet képezünk. A fogyasztóik) elé szűrőt iktatunk. A találmány szerinti impulzusváltó-irányító kapcsolási elrendezés központi energiatároló transzformátorral, a kö zponti energiatároló transzformátor és egyfelől egyenáramú bemeneti kapcsok, másfelől váltakozóáramú kimeneti kapcsok közötti csatolást — ki-be kapcsolás vagy átkapcsolás útján — módosító kapcsolókészlettel, valamint kívánt kimeneti teljesítményre jellemző értéket szolgáltató alapjeladóval van kialakítva. Megjegyezzük, hogy a jelen leírásban az „előírt jellemző” szóhasználat alatt adott jellemzőnek rendszerint áramnak vagy feszültségnek adott értékre beállított, adott függvény szerint változó vagy alapjelre szabályzó jellegét értjük. Gyakran van arra szükség, pl. szünetmentes tápegységek esetében, hogy egyenáramú tápforrás energiáját váltakozóáramú — főképpen egy-, illetve háromfázisú — fogyasztók táplálása céljából váltakozóárammá alakítsanak. Az egyik korszerű eszköz e feladat megoldására az impulzusváltó-irányító kapcsolás. Ennek segítségével az egyenfeszültségű tápenergia úgy alakítható át váltakozó áramú energiává, hogy a kimeneti feszültség nagysága (amplitúdója), frekvenciája, illetve jelalakja adott határok között — egymástól függetlenül vagy együttfutóan — változtathatók, illetve állandó értéken tarthatók függetlenül attól, hogy a tápforrás egyenfeszültsége és/illetve a fogyasztó(k) áramfelvétele — megengedett határok között — változó. Az impulzusváltó-irányító kapcsolások a kívánt váltakozó feszültséget úgy hozzák létre, hogy a tápforrás energiáját — energiatárolón és kapcsolóeszközökön át — oly módon adják a fogyasztó(k)ra, hogy az energiatároló energiáját periodikus pólusváltással kapcsolják a fogyasztó(k)ra és ez a pólusváltó kapcsolás az üzemi fü frekvenciával történik, míg az egyenáramú tápforrás energiáját megszaggatva kapcsolják az energiatárolóra és ez a szaggató kapcsolás a mindenkori üzemi frekvencia többszörösét, előnyösen sokszorosát, például tízszeresét kitevő szaggató íj frekvenciával történik oly módon, hogy a fogyasztó(k)ra kapcsolt impulzusfeszültség amplitúdója a tápforrás egyenfeszültség szintjével arányos, diszkrét Ej értéksorának valamelyik tagja szerinti érték (Ej=0 V, +Ej V, ±E2 V, ... stb.), míg a fogyasztó(k)ra kapcsolt impulzusok kitöltési a tényezőjét meghatározó y> fázisszög meghatározott határok között változtatható a 0 s cp ë 7r tartományon belül, ami a kitöltési tényező OsaSl közötti változtatásának felel meg. Ennek megfelelően tehát a fogyasztó(k)ra az energiatárolón át 1/fj impulzusidőn belül a/fj ideig Ea feszültség, (1 — a//fj ideig pedig EB feszültség kapcsolódik, ahol EA és EB az Ej=0 V, ±E V, +E V, ... értéksor két különböző konkrét — az adott impulzusra jellemző — értéke. Az impulzusváltó-irányító kapcsolás célszerű vezérlősével elérhető, hogy a fogyasztó(k)ra így kapcsolt feszültség 1/fj időszakonként képezett átlagértékei a kívánt fogyasztói feszültség ugyanezen időszakokra képzett átlagértékeivel egyenlők legyenek. Ebben az esetben — ha megfelelően méretezzük az energiaforrás és fogyasztóik) között elrendezett (továbbiakban: központi) energiatárolót és alkalmasan választjuk meg a szaggatás frekvenciáját, a fogyasztó(k)ra jutó feszültség minden pillanatban előírt pontossággal megegyezik a fogyasztói feszültség kívánt pillanatértékével. Az eddigiekből kitűnik, hogy a kapcsoló üzemmóddal a kívánt analóg állapot megközelítése akkor optimális, ha sok — egymástól eltérő és sokszor egymásnak ellentmondó — követelmény egyidejű kielégítése céljából optimális kompromisszumot sikerül találni. Az impulzusváltó-irányító kapcsolások megtervezése, megépítése, üzeme ezért sokirányú elemzést igényel és gyakran nehéz az eltérő megkötöttségek között olyan kompromisszumot találni, mely a kívánt üzemi feltételeknek maradéktalanul megfelel. További nehézség az impulzusváltó-irányító kapcsolások megépítésénél, hogy az a tényező változtatásához tirisztoros áramkörök esetén kényszerkommutációs oldható hídáramkör szükséges. Az ilyen hidakban a felvezetők száma nagy, ezért vezérlésük is bonyolult. Hátrányként említhető, hogy gyakorlatilag mindig szükséges az előállított alap harmonikus szintjének névleges teljesítményen történő transzformálása, mivel általában meghatározott jellemzőjű egyenfeszültségből meghatároz )tt jellemzőjű váltakozófeszültséget kell létrehozni. Ehhez nagyméretű transzformátor szükséges, ami egyben a telep és a fogyasztó galvanikus elválasztását is biztosítja. Mindez azonban együtt jár a berendezés méretének és súlyának, s egyben árának megnövekedésével. A találmány alapja egyrészt az a felismerés, hogy az eltérő, illetve ellentmondó szempontok összehangolásának szüksége mérséklődik, kedvezőbb kompromisszum található, ha következetesen vetünk számot azzal a ténnyel, hogy az átlagáram karakterisztikájának finomítása céljából a szaggató fj frekvencia és az üzemi fü frekvencia hányadosának a növelésére kell törekedni, ugyanakkor az építőelemek kihasználhatósága szempontjából minél kisebb üzemi fü frekvenciára és kapcsolókészülékenként minél szűkebb igénybevételi tartományokra és minél szerényebb egyéb követelményekre kell törekedni. A találmányt másrészt az a felismerés alapozza meg, hogy igen keskeny — ún. elemi — impulzusok előállításával és egymás mellé helyezésével elvileg az elemi impulzus egész számú többszörösének megfelelő szélességű impulzus állítható elő. Pozitív keskeny impulzu5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
