196682. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés áramirányítók állapotának vezérlőjeltől függő érzékelésére
1 2 A találmány kapcsolási elrendezés áramirányítók állapotának vezérlőjeltől függő érzékelésére, különösen soros tirisztorok áll amának gyűjtójellel kódolt megfigyelésére, amely kapcsolási elrendezés egymással tetszőleges kapcsolódó egy vagy több teljesítményelektronikai egységet tartalmaz. A teljesítményelektronikai egység kiértékelőt, vezérlőt, egy vagy sorosan kötött több félvezetőből álló félvezetős ágat, és minden egyes félvezetőhöz gyújtásvezérlőt, érzékelő és jelformák) egységet tartalmaz. A ma használatos áramirányítók teljesítményének növelése az alkalmazott félvezetők teljesítményének növelését vagy a félvezetők soros kapcsolását kívánja meg. A nagyteljesítményű és/vagy sorbakötött vezérelhető félvezetők üzem közbeni állapotának ismerete és a megfelelő védelmi intézkedések megtétele lényeges az üzemvitel szempontjából, mert a félvezetők, valamint az áramirányító értéke és a váratlan üzemkiesés gazdasági következménye jelentős lehet, üzért célszerű ellenőrizni, hogy a vezérelhető félvezetők üzem közben vezető- és záróirányú szigelelőképessegüket periodikusan visszanyerik-c. Célszerű továbbá záróirányú feszültségigénybevétel esetén a vezérlője) megszüntetése, mivel ilyenkor a félvezető visszáranra egy nagyságrenddel megnőhet, ez egyrészt a veszteségeket növeli, másrészt a sorosan kötött félvezetők egyenlőtlen feszültségigénybevételét eredményezheti. Hasznos, ha információ áll rendelkezésre a gyújtórendszer energiaellátásától és a gyújtóimpulzusok meglétéről. Mindezen információkat üzem közben általában minden egyes vezérelhető félvezetőről folyamatosan be kdl szerezni.Nagyszámú sorbakötött félvezetőt tartalmazó áramirányító esetén kívánatos a félvezetők állapotának érzékelésére minél kevesebb, félvezetőnként legfeljebb egy információátviteli vonalat alkalmazni,amely a nagyteljesítményű áramirányítók több kV-os feszültségeit figyelembe véve általában fénykábel. A különleges követelmények ellenére több megoldás is ismeretes, amelyek sok előnyös tulajdonság mellett egy vagy több hiányossággal is rendelkeznek. Az US Pat 3,728,557 sz. leírás olyan védelmi áramkört ismertet, amely sorbakötött tirisztorokból álló egység egészén figyeli a feszültséget. A nyitóirányú feszültség jelenlétekor engedélyezi, záróirányú feszültségre tiltja a gyújtóegységet. A gyújtóegység csak rövid impulzusokat állít elő a tirisztorokra jutó feszültség és a vezérlés függvényében, így a szaggatott vezetési állapotban szükséges folyamatos gyújtóimpulzussal szemben a megoldás gyújtási energiát takarít meg. Problémát jelent azonban az áramköri megoldás, amely galvanikus kapcsolatot hoz létre a nagyfeszültségű- és a vezérlőelektronika potenciálja közt, továbbá az egyes tirisztorok állapotáról nem ad információt. Hasonlóan több tirisztor együttes nyitóirányú feszültségét, és így a gyújtási energia meglétét figyeli az US Pat. 4,084,221 számú leírásban bemutatott kapcsolási elrendezés. Ugyanígy csak néhány érzékelőt alkalmazlak az US Pat. 4,100,434 számú US Pat. 4,223,236 számú leírásokban. Az egyes tirisztorok potenciálszintjén lévő irányítóegységet ismertei az US Pat. 3,794,908 számú leírás. Az egyes tirisztorok irányítóegységei, amelyek egyben a központi vezérlőegységhez. Az irányítóegység feladata a nyjtóirányú feszültség érzékelése a tirisztoron és a gyújtási energia meglétének együttes figyelése. Ha a tirisztor feszültsége nyitóirányú és a gyújtási energia is rendelkezésre áll, akkor azt az irányítóegység jelzi egy optokábelen keresztül a központi vezérlőegység felé és az optokábelen érkező gyújtásvezérlő jel hatására gyújtóimpulzust ad ki. A megoldás hátránya, hogy egyrészt a rendszer csak rövid gyújtóimpulzusok esetén használható, mert nincs lehetőség a záróirányú feszültség felléptekor a gyújtóimpulzus tiltására, másrészt a tirisztorok állapotáról csak a pozitív félperiódus egy részében kapható információ. Az US Pat. 3,842,337 számú leírásban ismertetett kapcsolási elrendezés zárlatos tirisztorok következtében megnövekedett feszültségigénybevétel ellen védi a sorbakötött tirisztorokat olymódon .hogy az érzékelők a nyitóirányú feszültségről küldenek jelet, s ha rövid idő elteltével egy kritikus számnál kevesebb tirisztor vesz magára nyitóirányú feszültséget, akkor a vezérlés begyújtja az összes tirisztort. Hasonló megoldást mutat be az US Pat. 3,878,448 számú leírás is. Az US Pat. 3.962,624 számú leírás az előbbiekhez hasonló érzékelőáramkör alkalmazásával juttatja el az információt a sorbakötött tirisztorok nyitóirányú feszültségtűréséről a vezérlőegységbe. A megoldás bonyolultsága ellenére is csak nyitóirányban vizsgálja a tirisztorokat, továbbá a kétlépcsős szigetelés csupán csak ott előnyös, ahol a tirisztorlánc két vége között fellépő feszültség jóval kisebb a tirisztorok közel földpoteneiálon lévő vezérlőrendszeréhez képesti feszültségnél. Ha az érzekelőegység az egyes tirisztorokra jutó zárófeszültségről küld egyenkénti információt a központi vezérlő felé, akkor lehetőség van arra, hogy a tirisztorok lezárása után a szabaddáválási időn belül visszatérő nyitóirányú feszültség okozta tirisztormeghibásodástól megvédjük az áramirányítót, mint arra az US Pat. 4,084,026 számú leírás mutat példát. A leírás szerint, ha a tirisztorláncra jutó zárófeszültséget már képes elviselni annyi tirisztor, ahány érzékelőegyscg már küldött jelet a zárófeszültség meglétéről, akkor a szabaddáválási idővel közel egyező hosszúságú gyújtójelet ad ki a vezérlőegység. így a tirisztorok teljes lezárása előtt visszatérő nyitófeszültségre be tud gyújtani a tirisztorlánc és elkerülhető, hogy csak egyes tirisztorok vegyék magukra a teljes feszültséget. Az érzékelőegység az egyes tirisztorok nyitóirányú feszültségét is érzékeli, de az nem jut el a központi vezérlőbe, minthogy akkor újabb optokábelekre lenne szükség. Az egyes tirisztorokra csak akkor jut gyújtójel, ha a saját érzékelője nyitóirányú feszültséget érzékel. Ez azonban magában hordozza a hibás gyújtás lehetőségét, mivel ha az RC áramkörök a gyártási eltérésekből adódóan nem egyenletesen osztják el a tirisztorláncra jutó feszültséget, akkor az érzékelők nem egyformán engedélyezik a gyújtást, így a tirisztorlánc gyújtása nem egyidőben fog történni. További hátrány, hogy az egyes tirisztorok vezető állapotáról nem kap jelet a központi vezérlő. Egy tirisztoron mindkét (záró- és nyitó-) feszültségirányró] információt juttat el a központi vezérlőbe az US Pat. 4,325,114 számú leírás kapcsolási elrendezése. Ezt azonban tirisztoronként két fénykábellel oldja meg. A találmány célja olyan védelmi áramkör kialakí196 682 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3
