193726. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés egy- vagy többfázisú inverterek főtirisztorainak oltására
1 193726 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés egy- vagy többfázisú inverterek főtirisztorainak oltására, amely kapcsolási elrendezésben váltakozó áramú pontjain közösített, ellenpárhuzamos tirisztoros, illetve diódás hídkapcsolás van, amely diódák közösített katódjai egyenfeszültség forrás pozitív kapcsához, közösített anódjai az egyenfeszültség forrás negatív kapcsához csatlakoznak. Mint ismeretes, az egyen/váltakozóáramú átalakítást végző, többfázisú hídkapcsolású inverterek az igen nagy számú áramköri elrendezés ellenére alapvetően két nagy csoportra oszthatók, az ún. egyenáramú oldali, illetve a váltakozó áramú oldali oltással működő inverterek csoportjára. Az oltókör elrendezése, illetve az egyidőben oltható főtirisztorok száma szerint megkülönböztethetünk egyedi, vonali és csoportos oltású invertereket. Műszaki-gazdasági szempontból igen előnyös a vonali oltás alkalmazása, ebben az esetben ugyanis viszonylag egyszerű az oltókör felépítése, de megfelelően megválasztott vezérlési algoritmussal kedvező hullámformájú kimenőfeszültséget tudunk előállítani. Az inverterek jó rendszerbe foglalása megtalálható pl. Verhoef, A.: Basic Forced-Commutated Inverters and their Characteristics (Trans. IEEE-IGA, 1973, Vol. IGA-9. No.5) c. cikkében. Az egyenáramú oldali oltással működő invertereknél a főtirisztorokból álló hídkapcsolás egyenáramú vonalaiban, a váltakozóáramú oltással működő invertereknél a hídkapcsolás ágaiban (rendszerint a két tirisztor között, középkivezetéssel ellátva) fojtótekercsek találhatók, amelyek lehetővé teszik, hogy az oltó impulzust a lezárandó tirisztorra adjuk. A főtirisztorok oltásához szükséges oltó impulzust ún. kommutáló kondenzátorokon tárolt energia felhasználásával nyerik. Az ilyen invertereknek több hátrányos tulajdonsága van. Mind az egyenáramú, mind a váltakozóáramú oltással működő inverterek esetén az oltókör részének tekinthető fojtó tekercsek a főáramkörben találhatók, ezért ezeket a terhelő áramra kell méretezni, tehát nagy méretűek lesznek. Mivel a fojtótekercsek készítése anyag- és munkaigényes, célszerű olyan berendezéseket fejleszteni, ahol a beépítendő induktív elemek teljesítménye a lehető legkisebb. Ez a gazdasági előnyökön túl általában jobb hatásfokú berendezéseket is eredményez. Az oltókörökbe épített elemek paramétereit úgy kell megválasztani, hogy a főtirisztorokra adott oltó impulzus időtartama nagyobb legyen, mint az alkalmazott tirisztor szabaddáválási ideje. Ez azzal a hátránnyal jár, hogy ha pl. a gyártás során más típusú tirisztort kívánnak alkalmazni mint amire a tervezés történt, módosítani kell az oltóköri elemek értékét is, pl. nagyobb kapacitású kommutáló kondenzátort (és gyakran nagyobb áramú fojtótekercseket) kell alkalmazni. Ez általában kisebb-nagyobb konstrukciós módosításokkal 2 is együtt jár, és a folyamatos gyártás szempontjából hátrányos. Az eddig ismert működési elvű oltókörök által biztosított szabaddáválási idő általában terhelésfüggő, a terhelés növekedésekor csökken, így az oltókörökét a legnagyobb terhelőáram esetére kell méretezni, aminek viszont az lehet a következménye, hogy üresjárás környezetében az oltási folyamat hosszúra nyúlik, és ez korlátozza az elérhető legnagyobb működési frekvenciát. A működési elvből következően jó műszaki paraméterekkel rendelkező inverter berendezés csak gyors (ún. inverter-típusú) tirisztorokkal építhető. Ennek az a hátránya, hogy az ilyen tirisztorok drágák és csak korlátozott zárófeszültségre készíthetők, ami nagyobb teljesítményű berendezések tervezésekor okoz nehézségeket. További (nem jelentéktelen) hátránya az ismert oltóköri megoldásoknak az, hogy a főtirisztorok az oltókör működése során az egyenáramú oldali oltással működő invertereknél a tápfeszültségnél nagyobb feszültség-igénybevételt, a váltakozóáramú oldali oltással működő invertereknél (az ún. köráramok miatt) a terhelőáramból adódónál nagyobb áramigénybevételt kapnak, így a beépítendő összes tirisztor teljesítmény mindkét esetben nagyobb annál, mint amennyire ideális esetben szükség lenne. A fenti hátrányokat kezdettől fogva igyekeztek kiküszöbölni a fejlesztők. Pl. az egyfázisú hídkapcsolású McMurray-féle inverter kiküszöböli az elsőként említett hátrányt azáltal, hogy az oltóköri fojtót kihelyezi a főáramkörből, így azt nem kell terhelőáramra méretezni. Háromfázisú kapcsolást 3 egyfázisú híd összekapcsolásával lehet előállítani. A fenti előny miatt ez ma az egyik legelterjedtebben alkalmazott inverter-típus. Az előzőekben felsorolt többi hátrányos tulajdonságot ez a megoldás sem tudja kiküszöbölni, sőt további hátránya, hogy nagyszámú oltótirisztort igényel (pl. háromfázisú esetben hatot) és nagyon igényes az alkalmazott főtirisztorok dinamikus paraméterei tekintetében. Az inverterek kényszerkommutációval kapcsolatos problémáit úgy is igyekeztek megoldani, hogy az inverter kommutációját a terhelés oldaláról biztosítják. Ilyen megoldást lehet alkalmazni akkor, ha az inverter terhelése szinkrongép, amely belső feszültsége révén biztosítani tudja, hogy az inverter terhelő árama fázisban siessen a feszültséghez képest, ami azt eredményezi, hogy az oltandó tirisztorok árama a hatodperiódus vége előtt megszűnik, azaz „természetes kommutáció" jön létre. Az ilyen megoldást „kommutátor nélküli egyenáramú gépeknek" nevezik az irodalomban. Hasonló rendszert ismertet a GB 2 075 775 A sz. szabadalmi leírás, ahol a kommutációt szinkron motor (gerjesztő tekerccsel vagy permanens mágnessel) végzi és az áram impulzusszélesség moduláció útján történő szabályozására az egyenáramú sínbe kapcsolt 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
