196019. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés áramirányítók potenciálfüggetlen vezérlésére
1 2 A találmány tárgya kapcsolási elrendezés áramirányítók potenciálfüggetlen vezérlésére, különösen soros tirisztorok gyújtására, amely kapcsolási elrendezés egymássá tetszőlegesen kapcsolódó egy vagy Több teljesítmény elektronika egységet tartalmaz. A teljesítm&ryele ktronikai egység egymással tetszőlegesen kapcsolódó egy vagy több félvezetős ágat és gyújtásvezérlő rendszert tartalmaz, amelyben optoelektronikus jelátvivő van, és a félvezetős ág egy vagy több sorosan kapcsolt vezérelhető félvezetőt tartalmaz. A ma használatos áramirányítókban vezérelhető félvezetőket alkalmaznak. A vezérelhető félvezetők vezérlésére, illetve gyújtására igen sok kapcsolási elrendezés ismeretes. Ezek jelentős része azonban csak egy-két félvezetőt gyújt egyszerre és a félvezető gyújtását létrehozó egység szigetelési szilárdsága ritkán haladja meg a 4000 V-os csúcsfeszültséget. Amennyiben a felhasznált vezérelhető félvezető zárófeszültsége nem elegendő; akkor az áramirányítóban több vezérelhető félvezetőt szükséges sorb akapcsolni. A hagyományos gyújtókapcsdások 1000 ... 100000 V csúcsfeszültségű szigetelési szilárdságot nem érik el. Ha több vezérelhető félvezetőt - különösen tirisztort — sorbakötünk, akkor a gyújtóegységeknek egyidejűleg induló, közel azonos felfutási meredekségű, 1 ... 5 ns alatti felfutási idejű gyújtójelet kell létrehozniuk. A különleges követelmények ellenére több megoldás is ismeretes, amelyek sok előnyös tulajdonság mellett, egy vagy több hiányossággal is rendelkeznek. Az egyik módszer az impulzustranszformátoros gyújtóegység. A vezérlőelektronika és a tirisztor közti szigetelési szilárdság az impulzustranszformátor primer és szekunder tekercse közti szigetelési szilárdsággal azonos. A nagy szigetelési szilárdság vastag szigetelést, a két tekercs közti nagyobb távolságot jelent. Ez a tekercsek közti csatolást csökkenti. A meredek felfutású impulzus jó átviteléhez viszont szoros csatolás lenne kívánatos. így a szigetelési szilárdság és a jó impulzusátvitel két, egymás ellen ható konstrukciós tényező. Egyes alkalmazások esetében hosszú gyújtóimpulzust kell biztosítani. Ehhez-legegyszerűbb megoldás esetén nagy vasmagkeresztmetszetű impulzustranszfonnátor szükséges. A nagy vasmagkeresztmetszet szintén a jó csatolás ellen hat. Ismeretesen nagyfeszültségű áramirányítóban olyan gyújtótranszformátor megoldások, pl. a GEC SYNCDRÍVE hqj tássorozatában hasznát megoldás (Publication No. M186), amelyben a transzformátorok nagyfeszültségű szigetelésű kábelre vannak felfűzve, így a szigetelést maga a kábel biztosítja. A gyújtás pillanatában a gyújtókábelre adott nagyenergiájú impulzus a szekunder oldalon tirisztoronként egyenirányítva a tirisztorokra jut. A megoldás előnye, hogy egyszerűen kivitelezhető és a kábel szigetelésének megfelelő szigetelési szilárdsága érhető el. A megfelelő impulzusmeiedekség és a külső elektromágneses zavarok okozta hibás gyújtás elkerülése végett a gyújtókábelre adott gyújtási teljesítményt _ a többi megoldáshoz képest - jelentősen túl kell méretezni és nagyfrekvenciás, nagyteljesítményű elemeket kell alkalmazni. Ezt a hátrányt küszöböli ki a 2.042.828 A iajstromszámú GB szabadalmi dokumentumban ismertetett megoldás, amely szerint soros tirisztorok gyújtására két primer és egy szekunder tekercsből álló gy új tótranszfomiátort használnak fel. Az egyik primer tekercs az impulzus meredekségének, a másik pedig a hosszának biztosítására szolgál. Ilymódon kisebb teljesítményű nagyfrekvenciás elemek használhatók. A szigeteléri problémák azonban itt éppúgy fellépnek, mint a hagyományos impulzustranszformátornál. Az AEG MEGASEMI hajtássorozatában Qd. Reactive Power Compensation with Converters, kiadványszám A52 VI.8.49/0583EN 31. oldalon) többszörös transzformátoros csatolással kivárják a szigetelési szilárdságot növelni. Különösen akkor ajánlják ezt a kapcsolást - szemben az alább ismertetendő egyéb módszerekkel —, amikor nem elegendő a rövid idejű gyújtóimpulzus, hanem esetleg a hálózati feszültség fél periódus idejéig, 10 ms-ig is szükséges a gyújtófej fenntartására. Ilyen eset előállhat váltakozóáramú szaggatóról táplált kondenzátor esetében, ahol az üzemvitel szempontjából a hosszú impulzus előnyös. A többszörös csatolású gyújtótranszformátor azonban rontja az impulzusmeredekséget és a szigetelési szilárdság sem nő a befektetéssel arányosan. A gyújtóegységek egy másik csoportja a gyújtáshoz szükséges energiát a tirisztorra jutó külső vagy hálózati feszültségből nyeri, a gyújtás vezérlése fénycsatolású információátvitelen alapszik. Ezen megoldások előnye, hogy a vezérlési információ és a gyújtási energia két különböző módon jut el a gyújtóegységbe, így elegendő az információt átvivő, a gyújtási teljesítményhez képest kis teljesítményű gyors egység szigetelését biztosítani. Ilyen megoldást, illetve az előző módszert részben felhasználó megoldást mutatnak be az US-PS 3.386.027,, az US-PS 4.084 221., US-PS 3062.624. számú szabadalmi leírások, illetve a már említett AEG közlemény 30. oldala. A megoldások közös jellemzője, hogy a gyújtóegységek a gyújtási energiát a félvezetőkkel párhuzamosan kapcsolt impedanciákból álló osztólánc egyes elemeiből nyerik. Szigetelési probléma nem merül fel, minthogy az impedancialánc és a soros tirisztorlánc megfelelő elemei galvanikus kapcsolatban vannak egymással. A gyújtási információ nagy szigetelési szilárdságú fénykábelen jut el az egyes egységekig. Ez utóbbi eljárások hiányossága abban rejlik, hogy a gyújtáshoz nyert energia nagysága függ a tirisztorokon lévő feszültség alakjától és nagyságától, így jelentősen lecsökkenhet, na a tirisztor vezetési ideje közel a teljes nyitóirányú feszültség igénybevétel idejével egyezik. Így ahol hosszú gyújtóimpulzus szükséges más megoldást javasolnak, mint például az AEG közlemény is. A 4 274.135. sz. US szabadalmi leírás érdekes megoldást javasol ez utóbbi hátrány kiküszöbölésére. Ha a tirisztorral párhuzamosan kapcsolt impedanciáról nem nyerhető elegendő energia, akkor a tirisztoron átfolyó áramot kihasználó, a tirisztorral sorbakapcsalt áramváltó segit be az energiaellátásba. Azonban előfordulhat olyan alkalmazás is, például egyes hajtásokban, ahol egyes üzemállapotokban alacsony feszültség jut a tirisztorokra ugyanakkor a tirisztoron átfolyó áram sem jelentős. Ekkor ez utóbbi megoldás alkalmazásakor problémák adódhatnak. További nehézséget jelent a főáramköri áramváltók kivitelezése. A találmány célja olyan gyújtásvezéáő rendszer kialakítása, amely nagy szigetelési szilárdságú és meredek homlokú, tetszőleges hosszúságú gyújtóimpulzust képes előállítani, nagyteljesítményű nagyfrekvenciás elemek felhasználása nélkül, függetlenül az áramirá-196.019 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2
