188263. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés szabályozott egyenfeszültség előállítására a hullámosság minimalizálásával
1 188 263 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés szabályozott egyenfeszültség előállítására többfázisú áramirányító híd alkalmazásával oly módon, hogy a technika állásához képest kisebb értékre korlátozhatjuk az előállított egyenfeszültség hullámosságát annak révén, hogy a hálózati aszimmetria kompenzálásával küszöböljük ki az abból eredően fellépő váltakozó komponenseket. A többfázisú energiahálózatról táplált szabályozott egyenfeszültségforrás korszerű típusa vezérelt félvezetővel kialakított áramirányító hidat tartalmaz; a hid lehet félig vezérelt (csak az egyik áramúiban van vezérelt félvezető) és teljesen vezérelt (mindkét áramútban vezérelt félvezető a szelephatású impedancia). A találmány szempontjából csak az a megszorító kikötés, hogy annak alkalmazása feltételezi a fázisonkénti vezérelt áramirányítót és ez félig vezérelt hidaknál is teljesül; a továbbiakban könnyebb követhetőség kedvéért abból indulunk ki, hogy a berendezés teljesen vezérelt híddal van kialakítva. Az ilyen típusú berendezéseknél a szintszabályozás szokásos módja, hogy az áramirányitó után kapcsolt szűrő áramkör kimenő egyenfeszültségét figyelik (célszerűen mintavételezéssel) és a zárthurkú szabályozás szokásos eszközeivel előállított beavatkozó jellel befolyásolják az áramirányító híd gyújtását: a folyási szöget a névérték túllépése esetén csökkentik, ellenkező esetben növelik. Még kétutas egyenirányítás esetén is marad hullámosság a szűrt egyenfeszültségben és a fejlesztés egyik fontos iránya a hullámosság minimalizálása. Ezt azonban még külön nehezíti a hálózati aszimmetria és a technika állása szerinti ilyen szabályozott egyenfeszültségforrásoknál ez olyan zavaró tényező, amelynek kiküszöbölésére az ismert szabályozó körök nem adnak módot. Tanulmányoztuk ezért ebből a szempontból az ilyen egyenfeszültségforrások mechanizmusát és kerestük a járulékos váltakozóáramú komponens kiküszöbölésének módját. Tényként megállapítható, hogy a hálózati bejövő feszültség aszimmetriája a kimeneti váltakozó komponens alapharmonikusának frekvenciáját csökkenti a feszültségszint növelése mellett. A bejövő feszültség aszimmetriájának mértéke és eloszlása változó, sztohasztikus jelenség és ennek megfelelően ezek hatására a kimeneti feszültség váltakozó komponense is sztohasztikusan változik. Nem változik viszont a beépített szűrő karakterisztikája, amely - felüláteresztő jellegű révén - kisebb hatékonyságú (LC-szűrőknél négyzetesen kisebb hatékonyságú), minél kisebb a váltakozó komponens frekvenciája. így az aszimmetria mértékétől és jellegétől függően eltérő mértékű váltakozó komponens szuperponálódik a szabályozott egyenfeszültségre, amelynek aránya adott esetben a fogyasztó szempontjából elfogadhatatlanná válhat. A káros jelenség kompenzálható lenne olyan aktív szűrők alkalmazásával, amelyek érzékenyek az alapharmonikus frekvenciájának változására. Nagyteljesítményű berendezéseknél azonban ennek ráfordításigénye és egyéb következményei nem viselhetők el, ezért legfeljebb olyan áthidaló megoldás kerülhet szóba, hogy eleve kisebb névleges frekvenciára méretezzük az áramirányító híd után kapcsolt szűrő áramkört; ilyen szűrő áramkör azonban lényegesen nagyobb méretű, ami anyagráfordítás, helyfoglalás és dinamikus magatartás szempontjából további hátrányokkal jár. A találmány alapja az a felismerés, hogy szakítani kell azzal az általánosan elfogadott rendszerépítési metodikával, amely szerint a többfázisú egyenfeszültségforrásoknál a szintszabályozást a vezérelt egyenirányítók folyási szögének együttfutó vezérlésével valósítják meg, és keresni kell olyan elektronikus vezérlési módszert, amely - terjedelem, ráfordításigény és bonyolultság szempontjából elviselhető feltételek mellett - lehetővé teszi az aszimmetria kompenzálását, fázisonként differenciált szabályozó mechanizmus megalkotását. Ha a vezérelt áramirányítókat fázisonként individuálisan leszármaztatott beavatkozó jelekkel (gyújtásjelekkel) vezéreljük, a fázisonkénti individuális folyási szögeket úgy állíthatjuk be, hogy a kisebb pillanatnyi amplitúdójú fázisnál nagyobb folyási szöget állítur ’< be, és így a szintszabályozás nem csak a névérté) irányába szabályozza az eredő egyenfeszültségszintet, de fázisonként az eltérő mértékű váltakozó komponens kiegyenlítése irányában is hat. Ezt úgy érhetjük el, hogy előbb ismert módon (alapjellel összehasonlítva a kimenő egyenfeszültség mindenkori pillanatnyi szintjét) előállítjuk a pillanatnyi különbségi jelet, majd ezt a különbségi jelet - mint alárendelt járulékos szabályozás alapjelét - összehasonlítjuk a hullámos egyenfeszültségről egyidejűleg leszármaztatott fázisonkénti váltakozó komponensekkel, így fázisonként független különbségi jeleket kapunk, amelyek egymástól az aszimmetria függvényében eltérők és ezekből származtatjuk le a fázisonkénti beavatkozó jel (a mindenkori fázishoz rendelt áramirányító felé továbbítandó gyújtóimpulzus) időbeni helyzetét. A fő szabályozó hurok tehát a háromfázisú egyenirányítás eredményeként kapott kimenő egyenfeszültség mintáját hasonlítja össze alapjellel, a kapott különbségi jelet viszont alárendelt fázisonkénti szabályozó hurokban módosítjuk és ennek megfelelő beavatkozó jeleket továbbítunk az áramirányítókat működtető gyújtásfokozatokhoz. A találmányt a továbbiakban részletesebben ábrák segítségével magyarázzuk. Az 1. ábra a technika állása szerinti szabályozó hurok durva tömbvázlata. A 2. ábra - egyébként hasonlóan elnagyolt bontásban - a találmány szerinti kapcsolási elrendezésben alkalmazott alárendelt szabályozó hurkot szemlélteti részletesebben. A 3. ábra az alárendelt szabályozó hurok példakénti kiviteli alakjának kapcsolási vázlatát mutatja. A 4. ábra a mintavételt vezérlő jeleket mutatja, amelyek a 3. ábra szerinti kapcsolási elrendezés kitüntetett pontjain jelennek meg. Az 5. ábra az alárendelt szabályozás (brumm szabályozás) nélküli, tehát technika állása szerinti üzem során fellépő egyes jelalakokat szemléltet, a 6. ábra a kapcsolási elrendezés megfelelő pontjain alárendelt szabályozás alkalmazásakor fellépő megfelelő jelalakokat. Az 1. ábrán látható a többfázisú (példánk szerint háromfázisú) hálózati 12 transzformátor, amelynek 12a fáziskapcsaira a 11 hálózat egyes R, S, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
