188310. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés hálózati transzformátorok bekapcsolási áramlökésének kiküszöbölésére
1 188 310 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés hálózati ' transzfonná torok bekapcsolási árainlökésének kiküszöbölésére, amely tartalmaz a transzformátor primer tekercsével sorba kapcsolt áramkorlátozó ellenállást, ennek ki-, ill. beiktatására szolgáló kapcsoló elemet vagy elemeket, azaz egy áramkorlátozó blokkot, valamint ennek vezérlésére szolgáló áramköröket. Hálózati transzformátorok bekapcsolásakor esetenként igen nagy bekapcsolási áramlökés lép fel. Ennek oka a korszerű lágymágneses anyagokra jellemző, és egyéb szempontból előnyös négyszöges hiszterézis hurok, továbbá a vasmagban megengedett nagy üzemi indukció, ami viszont a korszerű lágymágneses anyag előhyeinek kihasználása érdekében elengedhetetlenül szükséges. Különösen nagy bekapcsolási áramlökés mutatkozik a hidegen hengerelt Goss textúrás acélból készült tekercselt-vágott, vagy toroid vasmagú hálózati transzformátorok alkalmazásakor. A nagy bekapcsolási áramlökésnek több közismert hátrányos következménye van, így pl. a transzformátor hálózatra kapcsolásakor más készülékekben hálózati zavarok keletkezhetnek, a nagy áramlökés a transzformátor primer körében lévő biztosítékot kioldhatja, ha pedig ez a veszély fennáll, akkor a transzformátort tartalmazó készülék távvezérelt bekapcsolása nem lehetséges. Minthogy a fent ismertetett káros jelenségeket lomha biztosíték alkalmazásával sem lehet megszüntetni, szükség van a bekapcsolási áramlökést kiküszöbölő, vagy csökkentő kapcsolási elrendezésekre. Egy ilyen ismert megoldás az, mely szerint bekapcsoláskor a transzformátor primer tekercsével sorban egy áramkorlátozó ellenállás van , amit üzemi állapotban azután egy késleltetett működésű jelfogó rövidre zár. Ezt használják az Elektroakusztikai Gyár EBE 5310 és EBE 5312 típusú teljesítményerősítőiben, valamint a THE 5604 tip. tápegységben. Ez a megoldás is hatástalan azonban a hálózati feszültség rövid idejű kimaradása, vagy a hálózati kapcsoló pergése miatt előálló rövid idejű kikapcsolt állapotot követő újbóli bekapcsolás esetén, mivel ilyenkor a meghúzott állapotú jelfogónak nincs ideje az újbóli bekapcsolás előtt elengedni, és ezért az újbóli bekapcsolás pillanatában az áramkorlátozó ellenállás rövidre van zárva. Az előbbihez nagyon hasonló megoldást ismertet a 11 92 315 számú NSZK szabadalmi leírás. A különbség csak annyi, hogy jelfogó helyett ellenpárhuzamosan kapcsolt tirisztor párt használ kapcsoló elemként. Rövid idejű hálózati feszültségkimaradás esetén az előbbihez hasonlóan ez a megoldás is hatástalan, mivel a tirisztorok gyújtásának a késleltetése ilyenkor nem indítódik újra. A találmány szerinti kapcsolási elrendezéssel a hálózati transzformátorok bekapcsoláskor fellépő áramlökést kívánjuk minden körülmények között megakadályozni. Azt a feladatot kell tehát megoldanunk, hogy az ismert megoldások fent említett hátrányait kiküszöböljük, vagyis a találmány szerinti kapcsolási elrendezésnek a legrövidebb idejű hálózati feszültségkimaradás után is biztosan meg kell akadályoznia a bekapcsolási áramlökést. Egy elektronikus kapcsoló elem — célszerűen triac, esetleg ellenpárhuzamosan kapcsolt tirisztor pár — segítségével a transzformátor bekapcsolásakor egy áramkorlátozó ellenállást kapcsolunk sorba annak primer tekercsével, majd a tranziens jelenségek lezajlása után ezt az ellenállást kiiktatjuk, rövidre zárjuk. A fentebb részletezett célkitűzések elérésének az a feltétele, hogy az áramkorlátozó ellenállás mindig be legyen iktatva, ha a bekapcsolási áramlökés keletkezésének veszélye fennáll. A transzformátor bekapcsolásakor abban az esetben keletkezik nemkívánatos áramlökés, ha a transzformátor vasmagjában az előző kikapcsolás után jelentős remanens indukció maradt. Ilyenkor ugyanis ha bekapcsoláskor a hálózati feszültség fázisa lényegesen eltér a megelőző kikapcsolás pillanatában fennállott fázisheíyzettől, akkor a transzformátorra kapcsolt feszültség hatására a vasmagban olyan irányú indukcióváltozás jön létre, ami a remanens indukcióhoz hozzáadódik. Ha a transzformátor vasmagja korszerű, Goss textúrás acélból készült, akkor egyrészt a négyszöges hiszterézis hurok miatt a remanens indukció igen nagy lehet, másrészt pedig a nagy üzemi indukció miatt, a transzformátorra kapcsolt feszültség hatására keletkezett indukcióváltozás önmagában is megközelítheti a telítési indukció értékét. így e két indukció komponens összegeződése következtében a transzformátor vasmagja könnyen telítődhet, és a primer tekercs áramát ilyenkor csak az áramkör ohmos ellenállása korlátozza. Ismeretes, hogy a transzformátor vasmagjában lévő indukció arányos a transzformátor bármelyik tekercsén lévő feszültség integráljával. Ha tehát a primer tekercsre, azaz a hálózati feszültségre egy integráló áramkör bemenetét kapcsoljuk, akkor az integráló áramkör kimeneti feszültsége mindenkor arányos lesz a vasmagban lévő indukcióval. Az integráló áramkör kimeneti feszültségének nullátmenetei a hálózati feszültség fél periódusidejének megfelelő időközönként követik egymást. Ha tehát bármely nullátmenettől számítva a fél periódusidőnél valamivel nagyobb időköz alatt nem következik be újabb nullátmenet, akkor ez azt jelenti, hogy a hálózati feszültség kimaradása miatt a vasmagban remanens indukció maradt. Ekkor az áramkorlátozó ellenállást be kell iktatni, és csak az indukció nullára csökkenését jelző következő nullátmenet után kell kiiktatni. Ha így járunk el, akkor bármilyen rövid idejű hálózati feszültségkimaradás utáni visszakapcsolás esetén is megakadályozható a bekapcsolási áramlökés. Nyilvánvaló, hogy az áramkorlátozó ellenállás fenti követelményeknek megfelelő be-, ill. kiiktatására a jelfogó - a hálózati feszültség fél periódusidejével összemérhető működési sebessége miatt — alkalmatlan. Csak gyors működésű, elektronikus kapcsoló elemek alkalmazása jöhet szóba, ami a nagyobb üzembiztonság miatt is előnyösebb. A fent ismertetettek alapján a találmány tárgya kapcsolási elrendezés hálózati transzformátorok bekapcsolási áramlökésének kiküszöbölésére, amely tartalmaz a transzformátor primer tekercsével sorba kapcsolt áramkorlátozó ellenállást, ennek ki-, ill. beiktatására szolgáló kapcsoló elemet vagy elemeket, azaz egy áramkorlátozó blokkot, valamint ennek vezérlésére szolgáló áramköröket. A találmányt az jellemzi, hogy a transzformátor primer tekercsére kötött bemenetű integráló áramkör kimenete egy nullkomparátor bemenetére csatlakozik, melynek kimenetére egy újraindítható monostabil multivibrátor bemenete van kapcsolva. Az újraindítható monostabil multivibrátor törlő bemenetére egy ellenállás — kondenzátor tag csatlakozik, a kimenete pedig a gyújtó áramkör bemenetéhez van kapcsolva. A gyújtó áramkör kimenete az áramkorlátozó ellenállással pár5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
