188574. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés háromfázisú ohmos-induktív fogyasztók kapcsolásához
1 188 574 2 A találmány tárgya eljárás háromfázisú ohmos-imluktív jellegű fogyasztók, főleg aszinkron gépek, továbbá transzformátorok hálózatra kapcsolására. A találmány tárgya továbbá berendezés az eljárás foganatosítására. Az aszinkron motorok kapcsolására legelterjedtebben elektromechanikus kapcsolókat (például mágneskapcsoló) használják, azonban léteznek félvezetős kapcsolók is. Az ideálisnak tekinthető elektromechanikus kapcsoló elvileg egyidejűleg, azaz szimmetrikusan kapcsolja a fázisokat. A kapcsoláskor fellépő kvází-stacioner nyomatúkon kívül azonban hálózati frekvenciájú lengő nyomatékok is fellépnek, amelyek a mechanikai tranziens (felfutás) alatt is jelen vannak, és nagyságuk nagyobb lehet mint a kvázi-stacioner nyomaték, így rövid időtartamra negatív — fékező - nyomatékok is fellépnek. A kapcsolási tranziens következtében a kvázi-stacioner üzemnek megfelelő áramnál nagyobb tranziens áramcsúcsok is fellépnek, amelyek rövid ideig erősen leterhelik a hálózatot, és erős dinamikai igénybevételnek teszik ki a motort is. Az elektromágneses kapcsolók a motor kikapcsolásakor megszakítóként működnek. Eközben ív keletkezik, amelynek következtében nagyfrekvenciás zavar és érintkező fogyás lép fel. Az Iparilag megvalósított elektromechanikus kapcsolóknál a kapcsolás véletlenszerű sorrendben, nem egyidejűleg következik be minden fázisban, és az érintkezők zárása nem prell-mentesl A preliezés nagyfrekvenciás zavarokkal szennyezi a hálózatot. A véletlenszerű, nem egyidejű fáziskapcsolás a lcngőnyomatékok és a tranziens áramcsúcsok nagyságát befolyásolja, növelheti, más esetekben előfordulóhoz képest. A növelés vagy csökkenés előfordulása véletlenszerű, az elektromechanikai kapcsolóknál előre nem befolyásolható. Az elektromechanikus kapcsolókkal elérhető kapcsolási számot az alkalmazásnál fellépő körülmények erősen befolyásolják (rezgés, szennyezett környezet, rövid idejű feszültség-kimaradás következtében fellépő ívelés §tb.). A technika fejlődésével kereskedelmi forgalomba kerültek félvezetős, tirisztort, triac-ot, szilárdtest relét tartalmazó, kapcsolókészülékek. Ezek szakaszoló feladatot eilátó mechanikus, illetve elektromechanikus kapcsolóból és félvezetős, a tényleges kapcsolást elvégző egységből állnak. A kapcsoló hosszú idejű, megbízható működést ad, a mozgó részeket tartalmazó kapcsolókészülékek hátrányai nélkül. Az ilyen kereskedelmi forgalomban lévő kapcsolókészülékek főleg egyfázisú, ohmos jellegű fogyasztók számára készültek. Ebben az esetben a feszültscg-nuilátmenetnél való kapcsolás célszerű. Az elektromágneses zaj jelentősen csökken. Háromfázisú motoros fogyasztók számára kedvező bekapcsolási viszonyokat biztosító kapcsolókészülckeket a gyártók nem ismertetnek.' ,.Technische Mitteilung aus dem Bereich Bauelemente. Wechseltroni — und Drehstrom-Steuerung mit Triacs und Diacs” című Siemens kiadványban egyidejű, szimmetrikus bekapcsolást biztosító kapcsoiókészülékek változatai találhatók. Az általuk be-, illetve átkapcsoláskor kiváltott nyomatéklengések és tranziens áramcsúcsok azonosak az elektromechanikus kapcsolónál az egyidejű kapcsoláskor leírtakkal. 2 Az International Rectifier cég „SCR applications handbook” és az OMRON cég „Solid-State Relay Series” című kiadványaikban foglalkoznak ugyan háromfázisú indukciós gépek kapcsolásához ajánlott készülékekkel és kapcsolási változatokkal, de anélkül, hogy a három fázis egyidejű bekapcsolásának hátrányait, illetve azok megszüntetésének lehetőségét említenék. Ha a háromfázisú gép bekapcsolását feszültség-nullátmenetre kapcsoló szilárdtest relékre bízzuk, a szimmetrikus kapcsolásnál is kedvezőtlenebb lesz a nyomatéklengés és az áramcsúcs. Aszinkron motorok kapcsolásakor fellépő nyomatéklengések erősen igénybe veszik a motort, a hajtott gépet és a közöttük levő mechanikus nyomatékátvivőt (tengelykapcsoló, fogaskerék stb.). A kapcsoláskor fellépő tranziens áramcsúcsok károsan hatnak a gépre (transzformátor esetén is) és a hálózatra. A károsító hatások kiváltó oka a gépben a kapcsolás hatására fellépő egyenfluxus, amely az egyes fázisok bekapcsolásának időpontjától és a sorrendjétől függ. A találmánnyal célunk olyan eljárás és berendezés létrehozása, amely alkalmas ohmos-induktív jellegű fogyasztók megbízható hálózatra kapcsolására a fent vázolt hiányosságok kiküszöbölése révén. A találmány szerinti megoldás azon a felismerésen alapul, hogy kihasználva a modern vezérelhető félvezető kapcsolóelemek adta lehetőséget, a háromfázisú ohmosinduktív fogyasztókat az egyes fázisok meghatározott sorrendben és előírt fázishelyzetben bekapcsolva nem csupán maga a bekapcsolás káros mellékjelenségei csökkenthetők, hanem a bekapcsolási folyamatnak a villamos gépre gyakorolt hatása is kedvezőbbé tehető. A nyomatéklengés és áramcsúcs ugyanis jelentősen csökkenthető anélkül, hogy a felgyorsulás szempontjából hasznos nyomatúkat (például a tápfeszültség csökkentése révén) csökkenteni kellene. A találmány lényege abban áll, hogy a fogyasztóra a fázisokat úgy kapcsoljuk rá, hogy elsőként egyetlen vonalfcszültségct kapcsolunk be, közelítőleg abban a pillanatban, amikor értéke maximális. Ez egybeesik azzal a pillanattal, mikor a tőle független fázisfeszültség nulla. A másik két vonalfeszültséget egyszerre kapcsoljuk be (tulajdonképpen másképp nem is lehet), mégpedig az első kapcsolást követően mintegy 90 foknyi fáziskéséssel, vagyis akkor, mikor az elsőként bekapcsolt vonalfeszültség nulla érték környezetében van. A bekapcsolások fázishelyzetei több okból sem határozhatók meg előre pontosan, főleg azért, mert ideális háromfázisú hálózat a gyakorlatban nincs. Pontos értékekre már azért sincs általában szükség, mert a fentebb vázolt eljárással akár 30 fokos fáziscsúszás vagy pontatlanság esetén is kielégítő eredmény, vagyis a bekapcsolási elektromos és mechanikai tranziensek jelentős kiegyenlítődése érhető el. A kapcsolások a konkrét gyakorlati feltételek függvényében meghatározott bekapcsolási fázistartományon belül végzendők el. Amennyiben a kapcsolási fázistartományt pontosabbra, szűkebbre kívánnánk meghatározni, akkor először az ideális kapcsolási fázisszöget kéne meghatározni, ami a gyakorlatban szinte lehetetlen de értelmetlen is. A legszigorúbb követelmények esetében is elegendő, ha a kapcsolási fázistartományt az elsőként bekapcsolt vonalfeszültség nullátmenete és a tőle független fázisfeszültség nullátmcneíe előtti néhány fokos fáziseltérés körül szimmetrikusan határozzuk meg. A fáziseltérést 5 10 1b 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
