191370. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés egy és többfázisú egyenirányítók gyújtásszög vezérlésére
1 191 370 2 A találmány tárgya eljárás egy-vagy többfázisú egyenirányítók gyújtásszög vezérlésére, amely során vezérlő jelet és szinkronjclet komparálva, hálózati részültséggel szinkronban levő gyújtójelet állítunk elő. A találmány tárgya továbbá kapcsolási elrendezés egy- vagy többfázisú egyenirányítók gyújtásszög vezérlésére, amely kapcsolási elrendezésben olyan komparátor van, amely komparátor egyik bemenete a vezérlő jel bemenet, míg a komparátor kimenete közvetlenül vagy közvetve vezérelhető félvezető vezérlő bemenetére csatlakozik. A vezérelhető félvezetőkből felépített egy- és többfázisú egyenirányítók kimenőfeszültségének változtatása a vezérelhető félvezető elemek gyújtási időpontjának, azaz gyújtásszögének megfelelő változtatásával történik. Az ismert gyújtásszögvezérlő megoldásoknál a gyújtásszög változtatása leggyakrabban úgy történik, hogy a hálózati feszültség meghatározott amplitúdójú pontjainál egy alkalmas (pl. fűrész-) hullámformát előállító generátort indítanak periodikusan, majd az így nyert periodikus hullámformát (szinkronjelet) változtatható értékű egyeuszinttel (vezérlő jellel) komparálva, a vezérlőjel nagyságától függő késleltetésű impulzust nyernek, amely megfelelő teljesítményerősítés után alkalmas a vezérelhető félvezető elemek gyújtására. Ideális esetben az egyenirányító kimenőfeszültségét a gyújtásszög és a hálózati feszültség értéke egyértelműen meghatározza. Valóságos viszonyok között a tápláló hálózat, illetve az egyenirányító transzformátor impedanciája miatt a kimenőfeszültség számottevő mértékben függ a terhelőáramtól is, tehát egy állandó gyújtásszöggel vezérelt egyenirányító kimenőfeszültsége mind a hálózati feszültség, mind a terhelőáram változásait követi. A gyakorlati alkalmazásoknál legtöbb esetben kívánatos, hogy a beállított értéket az egyenirányító a hálózati feszültség és a terhelőáram zavaró hatásaitól függetlenül állandó értéken tartsa, stabilizálja. A kimenőfeszüitség stabilizálását az ismert gyújtásszög vezérlési megoldásoknál úgy valósítják meg, hogy zárt szabályozási kört építenek fel, amely úgy változtatja a gyújtásszöget a vezérlőjel változtatása révén, hogy a kimenőfeszültség a zavaró hatásoktól függetlenül állandó legyen. Ennek a módszernek hátránya, hogy egyrészt zárt szabályozó kört igényel, amelynek a stabilitását és gyors működését biztosítani széles határok között változó nagyságú és jellegű terheléseknél meglehetősen nehéz, másrészt a kimenő egyenfeszültség visszacsatolásához, a félvezetők gyújtásához és a szinkronjel beviteléhez legalább két helyen potenciálisan leválasztó elemet kell alkalmazni a vezérlő elektronika és az erősáramú egység között, miután ezek az egységek csak egy ponton közösíthetők. Tipikus olyan alkalmazása a vezérelt egyenirányítóknak, ahol a fenti problémák jelentkeznek, pl. az ívhegesztő áramforrások területe. Egyes ívhegesztési technológiák egy-egy beállított munkapontban állandó egyenfeszültséget igényelnek, miközben a terhelőáram igen gyorsan és nagy gyakorisággal változik egy minimális és maximális érték közölt. Optimális varratjetlemzők biztosításához általában a kimeneti körben levő induktivitás értékét is változtatják. Belátható, hogy itt igen gyors válaszú szabályozó körre van szükség, amely azonban a széles tartományban változó paraméterek miatt csak kompromisszumos megoldás lehet. Meg kell még említeni, hogy ezek a berendezések általában nagy sorozatban készülő termékek, ahol a gazdaságosság és a megbízhatóság kérdése igen nagy jelentőségű. A találmány szerinti eljárással és kapcsolási elrendezéssel működő berendezések mentesek az eddig ismert berendezések előbbiekben leírt hátrányaitól és a találmány alkalmazása egyszerűbb felépítésű, gazdaságosabb 5 és megbízhatóbb rendszerek kialakítását teszi lehetővé. A találmány szerinti eljárás azon a felismerésen alapszik, hogy ha képezzük egy egy- vagy háromfázisú egyen-. irányító híd bemenő feszültségének idő szerinti integrálját nulla kezdőértékkel egy teljes hálózati periódusra, 10 és az így kapott időfüggvényt használjuk mint szinkronjelet, amelyet a kívánt kimenőfeszültségnek megfelelő egyenszinttel (vezérlőjellel) komparálunk, majd a komparáció eredményeként kapott hullámformát alkalmazzuk a bemenő feszültséghez tartozó egyik tirisztor gyúj-, g tására, akkor az egyenirányító kimenőfeszültsége állandó vezérlőjelnél a terheléstől és a hálózati feszültségingadozástól függetlenül állandó lesz, mivel a fenti módon képzett szinkronjel pillanatértékei a kimenőfeszültséggel arányosak. Hasonlóképpen, képezve a bemenőfeszültség ■,Q inverzének integrálját, ugyanazzal a vezérlőjellel komparálva megkapjuk a másik tirisztor gyűjtójelét. A találmány szerinti eljárásnak az a lényege, hogy az egyenirányító bemenő feszültségét invertálás után oly módon integráljuk, hogy az integrált mennyiség a beme- 25 nőfesziiftség meghatározott irányú nulla átmeneteinél nulla feszültséget vegyen fel és az integrált mennyiséget a kívánt kimenőfeszültségnek megfelelő egyenszinttel komparáljuk, majd a komparálás eredményeként kapott jelet jelfeldolgozás után gyújtó jelként használjuk fel. 30 A találmány szerinti kapcsolási elrendezésnek az a lényege, hogy a kapcsolási elrendezés feszültség bemenete fázisfordító integrátor integráló bemenetére és a fázisfordító integrátor kimenete olyan komparátor egyik bemenetére csatlakozik, amely komparátor másik beme- 35 nete a kapcsolási elrendezés vezérlőjel bemenete. A találmányt részletesebben az ábrákon bemutatott kiviteli példák segítségével ismertetjük, az 1. ábrán egy, a találmány szerinti kapcsolási elrendezés blokkvázlata látható, 40 a 2. ábra az 1. ábra szerinti kapcsolási elrendezés működtetésére jellemző függvényeket ábrázolja, a 3. ábrán a találmány szerinti eljárás alkalmazása látható egyfázisú, hídkapcsolásű tirisztoros egyenirányító esetén, 45 a 4. ábrán a 3. ábrán látható kapcsolás működtetésére jellemző függvényeket mutatjuk be, az 5. ábrán a találmány szerinti eljárás egy másik alkalmazását szemléltetjük féligvezérelt, nulla diódás háromfázisú hídkapcsolás esetén. 50 A találmány szerinti gyújtásszög vezérlési eljárást megvalósító áramkör egy tirisztor gyújtására szolgáló részletének blokkvázlata az 1. ábrán látható, a működésre jellemző időfüggvényeket a 2. ábra mutatja. A hídkapcsolású egyenirányító bemeneti Ui feszültségét KI 55 nullkomparátor vezélrő egyenfeszültség 4 bemenetére, valamint 1 fázisfordító integrátor 1 integráló bemenetére adjuk. A KI nullkomparátor 5 kimenetére egyrészt D differenciáló elem 6 bemenete, másrészt ÉS kapcsolatot megvalósító L logikai kapuáramkör 8 bemenete csat- 60 lakozik. A D differenciáló elem 7 kimenete KE elektronikus kapcsoló áramkör 14 bemenetére csatlakozik, míg ennek 15 kimenete az I fázisfordító integrátor zérus kezdeti feltételt beállító 2 bemenetére csatlakozik. Az 1 fázisfordító integrátor 3 kimenete K2 komparátor 65 11 bemenetére, míg a K2 komparátor 12 bemenetére az
