FI87956B - Symmetrisk elektrisk skyddskrets - Google Patents

Description

1 87956

Symmetrinen sähkösuojapiiri

Esillä oleva keksintö liittyy symmetriseen sähköiseen suojapiiriin, joka suojaa ainakin kahta sarjaan kyt-5 kettyä kytkinosaa, joiden päät, joita ei ole kytketty toinen toisiinsa, muodostavat positiivisen ja vastaavasti negatiivisen kytkentänavan tasajännitteen kytkemiseksi ainakin yhden kelan kautta, jolloin ainakin yksi ensimmäinen elementti, jolla on vastakkaissuuntaisesta kytketty diodi-10 toiminta, ja ainakin yhden kondensaattorin ja ainakin yhden toisen elementin, jolla on tasajännitenapoihin nähden myötäsuuntaisesti kytketty dioditoiminta, muodostama sar-japiiri on kytketty vastaavasti kunkin kytkinosan rinnalle, kunkin sarjapiirin mainitun ainakin yhden kondensaat-15 torin ollessa kytketty kytkinosien keskinäiseen kytkentäpisteeseen, suojapiirin ollessa varustettu välineillä kon-densaattoreihin varastoidun energian purkamiseksi.

Tämän tyyppinen symmetrinen sähköinen suojapiiri on tunnettu kansainvälisen patenttihakemuksen WO-A-8 400 858 20 kuviosta 1.

Tässä tunnetussa suojapiirissä, joka on niinkutsut-tua suoraa tai kytkinsuojatyyppiä, vastaavat kondensaattori· rit rajoittavat jännitteen nousua (dv/dt) kytkinosien yli poiskytkennän aikana, ts. siirtymätilan aikana, jona ne 25 tulevat johtamattomiksi, ja kela rajoittaa kytkinosien kautta kulkevan virran kasvua (di/dt) päälle kytkennän aikana, ts. siirtymätilan aikana, jona ne tulevat johtaviksi. Ensimmäinen elementti, joka on kytketty vastanapai-. . sesti kunkin kytkinosan rinnalle ja jolla on dioditoimin- • / 30 ta, toteuttaa "vapaakäyntidiodi"-toiminnon induktiivisen kuormituksen aikana ja estää kytkinosissa, sellaisissa kuten hilaohjatut (GTO) tyristorit, samanaikaisesti virran läpikulun kielletyssä suunnassa.

Tämän suoran tai kytkinsuojauksen lisäksi DE-pa-y·' 35 tenttijulkaisu 2 639 589 edelleen selostaa epäsuoran tai 2 37956 kuormasuojauksen periaatteen. Siinä on ainakin yhden kondensaattorin ja ainakin yhden toisen elementin, jolla on dioditoiminta, sarjaan kytkentä kytketty rinnan kuorman kanssa, vastakkaisesti kytkinsuojausosaan nähden. Ainakin 5 yksi kela, joka rajoittaa virran kasvua, on sijoitettu tässä järjestelyssä syöttölinjalle sarjapiirin ja kuorman väliin.

Riippuen hajainduktanssista, joka väistämättä esiintyy syötössä ja piirin kytkennöissä, piirin elekt-10 roniikkakomponenttien hajaitseinduktanssista sekä virran muutosnopeudesta kytkinosan poiskytkennän aikana esiintyy jänniteylitys syötön tasajännitteessä ja jännitepiikki itse kytkinosan yli.

Syötön sekä sen kytkentäosille menevien kytkentä-15 linjojen hajainduktanssi voidaan kuvitella olevan korvattu ekvivalenttisella hajainduktanssilla syöttöpiirissä. Kytkinsuo jauksen aikana tämä ekvivalenttinen hajainduktanssi vaikuttaa jännitteen ylitykseen, kun taas kuormasuojauksen tapauksessa se pääasiallisesti määrittää kytkinosien it-20 sensä yli olevan jännitepiikin. Yhden kondensaattorin ja yhden toisen elementin, jolla on dioditoiminta, sarjaan \‘*i kytkennän hajaitseinduktanssi samoin kuin niiden kytkentä- linjojen hajainduktanssi sitä vastoin määrittää kytkin-suojauksen tapauksessa niihin liittyvän kytkinosan yli ·:··· 25 olevan jännitepiikin ja kuormasuojauksessa se määrittää syöttö jännitteen jänniteylityksen. Ainakin yhteen virtaa rajoittavaan kelaan varastoituneesta energiasta on seurauksena jänniteylityksen kasvu syötön tasajännitteessä.

. . Kytkinsuojauksen tapauksessa ainakin yhden konden- ; ’ 30 saattorin ja toisen elementin, jolla on dioditoiminta, * sarjaan kytkentä voi olla järjestetty niin lähelle kyt- kinosaa kuin mahdollista, jotta minimoidaan sen yli oleva jännitepiikki. Syöttöpiirin ekvivalenttista hajainduktans-sia on paljon vaikeampi käytännössä kontrolloida siten, 35 että kytkinosan yli oleva jännitepiikki on suurempi kuor- 3 87956 masuojauksen tapauksessa kuin kytkinsuojauksen tapauksessa. Jännitteen ylitykselle pätee päinvastainen. Erityisesti käytettäessä puolijohdekytkimiä, sellaisia kuten GTO-tyristorit, kanavatransistorit (FET) ja bipolaari-transis-5 torit, tällainen johtamattoman kytkinosan ylioleva jänni-tepiikki tai jännitteen ylitys voi johtaa sen läpilyöntiin, minkä seurauksena se voi vioittua. Erityisesti kuor-masuojauksen tapauksessa tiettyjen poiskytkentävirtojen yläpuolella tulee mahdottomaksi, seurauksena suurista 10 poiskytkentähäviöistä kytkinosissa, käyttää esimerkiksi GTO-tyristoreita.

Tässä tunnetussa symmetrisessä kytkinsuojapiirissä on väline, joka purkaa energian, joka on varastoitunut siihen liittyvään kondensaattoriin kytkettäessä kytkinosaa 15 päällekytketystä tilasta päältä poiskytkettyyn tilaan, muodostuu vastuksesta, joka on kytketty rinnan jokaisen toisen, dioditoiminnan omaavan elementin rinnalle. Kulloisenkin kytkinosan toistetun päällekytkennän aikana tämä energia muutetaan tässä vastuksessa lämmöksi. Vastuksen ja 20 diodin, joka on kytketty vastakkaissuuntaisesti suhteessa syöttölähteen tasajännitteeseen, sarjapiiri on kytketty ·.*·: rinnakkain syöttöpiirissä olevan kelan kanssa. Kytkinosien ..[f poiskytkennän aikana myös tähän kelaan varastoitunut ener- : gia muutetaan lämmöksi tässä rinnakkaisvastuksessa.

·;··· 25 Kondensaattorien purkamisaika määritetään oleelli- sesti sillä liittyvällä vastuksella, jossa ne puretaan. Koska purkuvirta kulkee liittyvän kytkinosan kautta, tätä vastusta ei voida valita olemaan liian pieni, koska tämä . . on epäedullista kytkinosan kuormitettavuuteen. Toisaalta ; * 30 vastuksia ei voida valita liian suuriksi, koska purkaminen vie tällöin liian pitkän ajan, minkä seurauksena taajuus, jolla kytkinosaa voidaan kytkeä, pienenee. Siksi konden-• :··: saattorit suojaavat kytkinosia optimaalisesti vain liian suurta jännitteen kasvua vastaan, kun niitä puretaan.

35 Nykyisellä keksinnöllä on päämääränä aikaansaada 4 87956 oleellisesti häviötön symmetrinen suojapiiri, jolla samanaikaisesti tehokkaasti pienennetään jänniteylityksiä tunnetun suojapiirin syöttöjännitteessä. Tämä saavutetaan sellaisella tavalla, että suojapiirissä on jokaista kyt-5 kinosaa varten ainakin yhden lisäkondensaattorin ja ainakin yhden kolmannen elementin, jolla on tasajännite napoihin nähden myötäsuuntaisesti kytketty dioditoiminta muodostama lisäsarjapiiri, joka on kytketty vastaavasti ainakin yhden kondensaattorin ja ainakin yhden toisen elemen-10 tin, jolla on yhteen kytkinosaan liittyvän sarjapiirin dioditoiminta, kytkentäpisteen ja toiseen kytkinosaan liittyvän tasajännitenavan väliin, kaiken tämän ollessa suoritettu sellaisella tavalla, että saavutetaan suojapiiri, jolla on mahdollisimman pieni hajainduktanssi, ja jol-15 loin välineet varastoituneen energian purkamiseksi on kytketty vastaaviin lisäkondensaattoreihin.

Välineet tallennetun energian purkamiseksi voi olla toteutettu tunnetulla tavalla käyttäen ainakin yhtä kyt-kinosaa, yhtä elementtiä, jolla on dioditoiminta, sekä 20 yhtä kelaa, jolla lisäkondensaattoreihin varastoitunut energia voidaan panna hyödylliseen käyttöön tai palauttaa ·/* syöttölähteeseen.

·;· Seurauksena keksintö aikaansaa symmetrisen suoja- ··.. piirin, jolla on pieni ha jainduktanssi ja joka toisaalta 25 aikaansaa suojauksen, kytkinosien rinnalle kytkettyjen kondensaattorien kautta, kytkinosien itsensä yli tapahtu-vaa liian suurta jännitteen kasvua vastaan ja joka toisaalta tehokkaasti rajoittaa, lisäkondensaattorien avulla, kytkinosien yli olevan syöttötasajännitteen suuruutta.

" 30 Sisällyttämällä ainakin yksi kela kytkinosien yhteyteen saadaan tehokas suojaus liian suurta virran kasvua vastaan päällekytkennän aikana, jolloin sekä tähän ainakin yhteen ... : kelaan varastoitunut energia että kytkinosien rinnalle kytkettyihin kondensaattoreihin varastoitunut energia 35 siirretään lisäkondensaattoreihin kytkennän aikana re- 5 87956 sonanssi-ilmiön seurauksena, niin että piiriin, jossa energia muutetaan lämmöksi, ei ole tarpeen sisällyttää lainkaan vastuksia. Näihin lisäkondensaattoreihin varastoitu energia voidaan sitten palauttaa energian siirtovä-5 lineiden avulla sopivalla tavalla tasajännitteen syöttö-lähteeseen. Keksinnön mukainen suojapiiri on täten oleellisesti häviötön.

Kyetäkseen varastoimaan sekä niiden kondensaattorien energian, jotka on kytketty kytkinosien rinnalle, 10 että piirissä olevan ainakin yhden virrankasvua rajoittavan kelan energian, lisäkondensaattoreilla on suurempi arvo kuin kytkinosien rinnalle kytketyillä kondensaattoreilla. Symmetriavaatimusten vuoksi on virran kasvua rajoittava kela edullisesti sisällytetty kahteen kytkinosiin 15 liittyviin kytkentänapoihin tapahtuvaan tasajännitekytken-tään.

Toisin kuin tekniikan tason mukaisella symmetrisellä suojapiirillä on keksinnön mukaisella suojapiirillä lisäksi se etu, että seurauksena yhden kytkinosan tulemi-20 sesta johtamattomaksi kondensaattori, joka on kytketty rinnan toisen kytkinosan kanssa, puretaan näiden kahden " kytkinosan kytkentäpisteeseen kytketyn kuorman kautta, niin että purkuvirta ei kulje siihen liittyvän kytkinosan ; '·· läpi, kun viimeksi mainittu tulee johtavaksi, ja taajuus, 25 jolla kytkinosat voidaan kytkeä, voi olla suurempi, koska niihin liittyvät kondensaattorit puretaan aikaisemmin.

On mainittu, että patenttijulkaisu WO-A-8 400 858 selostaa myös epäsymmetrisen, häviöttömän suojapiirin kah-. . den kytkinosan sarjakytkentää varten, mutta siinä konden- 30 saattori on kytketty rinnan nimenomaan vain yhden kytkin-* osan kanssa ja vain yksi lisäkondensaattori on lisätty : vastaanottamaan virran kasvua rajoittavaan kelaan ja en- ·:**: sinnä mainittuun kondensaattoriin varastoituneen energian.

Yrityksenä on suojata molemmat kytkinosat tällä epäsymmet-; \ 35 risellä suojapiirillä, joka periaatteeltaan on kytkinsuo- 6 87956 jauksen ja kuormasuojauksen yhdistelmä. Keksinnön mukaisen piirin toiminnan yksityiskohtainen tutkiminen vertaamalla tähän tunnettuun piiriin osoittaa, että keksinnön mukaisessa piirissä kytkinosien rinnalle kytketyn sarjapiirin 5 kondensaattorit ovat samanaikaisesti aktiivisia siirrettäessä virtaa kuorman läpi kytkinosan poiskytkennän aikana. Näillä kondensaattoreilla voi tämän vuoksi olla pienemmät dimensiot kuin vertailtavassa sovellutuksessa mainitussa epäsymmetrisessä piirissä ja tämän vuoksi niillä on pie-10 nempi hajaitseinduktanssi. Lisäksi, kuten yllä jo mainittiin, epäsymmetrisessä piirissä yksi kytkinosista suojataan kuormasuojalla. Tämän kytkinosan yli esiintyy tämän vuoksi suurempi jännitepiikki kuin keksinnön mukaisen symmetrisen piirin tapauksessa.

15 Kytkennän aikana kytkinosien yli kerääntynyt ener gia jaetaan keksinnön mukaisessa symmetrisessä suojapii-rissä kahden kondensaattorin yli, kun taas epäsymmetrisessä suojapiirissä kaikki energia pitää varastoida yhteen suurempaan kondensaattoriin.

20 Tästä symmetriasta johtuen keksinnön mukainen suo- japiiri on erityisen sopiva sovellettavaksi yhdistelmänä hyvin suurinopeuksisten kytkentäpuoli johde-elementtien, kuten GTO-tehotyristorit tai tehotransistorit, kanssa. Keksinnön mukaisen symmetrisen suojapiirin lisäedut ja --.--- 25 -käytöt mm. invertterissä, jossa on kolme ulostulojännite-tasoa, ja kolmivaihepiirissä sekä sen toiminta tullaan selostamaan yksityiskohtaisemmin seuraavassa tekstissä viitaten esimerkinomaisiin suoritusmuotoihin, jotka on . . esitetty piirroksissa, joissa: 30 Kuvio 1 esittää esimerkin yksinkertaisesta kytkin- suo japiiristä yhden kytkinosan suojaamiseksi.

Kuvio 2 esittää esimerkin yksinkertaisesta kuorma-··--* suo japiiristä yhden kytkinosan suojaamiseksi.

Kuvio 3 esittää, kiinteillä ja katkoviivoilla, jän-; · 35 nitteen vaihtelunkulun kuvion 1 ja vastaavasti kuvion 2 7 87956 kytkinosan yli sen poiskytkennän aikana.

Kuvio 4 esittää tunnetun symmetrisen kytkinsuoja-piirin, joka on muodostettu kahdesta kuvion 1 mukaisesta p i i r i b t ä.

5 Kuvio 5 esittää yksinkertaisen piirin piirissä ja yhdessä tai kahdessa virran kasvua rajoittavassa kelassa esiintyvän hajainduktanssin aiheuttaman jänniteylityksen rajoittamiseksi.

Kuvio 6 esittää keksinnön mukaisen symmetrisen suo-10 japiirin ensisijaisen suoritusmuodon.

Kuvio 7 esittää mahdollisen suoritusmuodon piiristä, joka purkaa lisäkondensaattoreihin varastoituneen energian.

Kuviot 8-10 esittävät virran kulun kuvion 6 mu-15 kaisen piirin läpi kytkinosien eri tiloissa.

Kuvio 11 esittää keksinnön mukaisen symmetrisen, kolmivaiheisen suojapiirin ensisijaisen suoritusmuodon.

Kuvio 12 esittää keksinnön mukaisen suojapiirin ensisijaisen suoritusmuodon piirissä, joka aikaansaa kolmi-20 tasoisen ulostulojännitteen.

Kuvio 1 antaa esimerkin niinkutsutusta häviöitä " sisältävästä kytkinsuojasta. Jännitelähde muodostaa piirin syötön ja sitä usein edustaa kondensaattori (ei ; esitetty). Kuorma ZL on kytketty sarjaan kytkinosan S! ·:··’ 25 kanssa jännitelähteeseen. Piirille tulevien syöttölinjojen :Y: ekvivalenttinen hajainduktanssi L, ja syötössä U,* oleva hajainduktanssi on myös sisällytetty tähän sarjapiiriin. Vapaakäyntidiodi DL on kytketty vastakkaissuuntaisesti suh-. . teessä syöttö jännitteeseen kuorman Z,, rinnalle, jonka ole- 30 tetaan olevan induktiivinen. Suojapiiri koostuu diodin ja vastuksen Rj rinnakkaispiiristä, joka on sarjassa kon-• : densaattorin Cx kanssa. Suojapiiri on kytketty rinnan kyt- kinosan Si kanssa. Selvyyden vuoksi kytkinosa on piirretty mekaanisena kytkimenä, mutta kuten johdannossa jo mainit-; 35 tiin, tämä voi tietenkin olla myös puolijohdekytkin, kuten 8 87956 GTO-tyristori, FET- tai bipolaari-transistori. Piiri toimii seuraavasti.

Kun kytkinosa S1 on kytketty päälle, ts. kun se on johtavassa tilassaan, kondensaattori Cx puretaan täydelli-5 sesti vastuksen kautta. Kondensaattoriin Cx varastoitunut energia kulutetaan tällöin lämpönä vastuksessa 1^. Kun kytkinosa Sx kytkeytyy pois päältä, ts. siirtyy johtamattomaan tilaan, kondensaattorin Cx ylioleva jännite tulee täten olemaan yhtä suuri kuin 0.

10 Kuorman ZL, jonka käyttäytymistä poiskytkentähetkel- lä voidaan abroksimoida virtalähteellä, induktiivisen luonteen seurauksena virta pystyy kulkemassa piirissä, kun kytkinosa S! on kytketty pois päältä. Tämä tarkoittaa, että virta i, joka kulki ensiksi kytkinosan S! kautta, täytyy 15 tällöin ottaa diodilla Dx, joka on sarjassa kondensaattorin Cx kanssa. Jänniteaaltomuoto, joka tuotetaan kytkinosan S! yli sen poiskytkennän aikana, on esitetty kiinteällä viivalla kuviossa 3. Hetkellä t0 kytkentäosa alkaa kytkeytyä pois ja hetkellä tj se on täydellisesti kytkeytynyt pois-20 päältä. Heti poiskytkeytymisen jälkeen on kytkinosan yli-jännitepiikki, jolla on maksimiarvo VDP. Koska kondensaattorin C! ylioleva jännite ei voi äkillisesti muuttua, on tarpeen etsiä tämän jännitepiikin aiheuttajaa hajainduk-tanssista piirissä, jonka muodostaa S^Di-Cj. Jännitepiikin . . 25 maksimiarvon VDP suuruus on, tämän hajainduktanssin suuruu- den lisäksi, riippuvainen myös nopeudesta, jolla kytkinosa Sx kytkeytyy, ts. virran muutoksesta aikayksikköä kohti, di/dt. Kun tämä virta otetaan kondensaattorilla Cx ja dio-'. I dilla Dj, kytkinosan S! ylioleva jännite US1 kasvaa lineaa-

: : : 30 risesti käyttöjännitteeseen asti. Tällä hetkellä kuorii- man ZL läpikulkeva virta otetaan sen vapaakäyntidiodilla DL

'ja jännitteessä US1 esiintyy ylitys, koska hajainduktans-siin, jolla on suuruus 1/2 Lai2, varastoitunut energia ♦ siirretään kondensaattoriin Cx. Induktiivisen kuorman ZL

·.: 35 kauttakulkeva virta voi jatkaa kulkemistaan sen vapaakäyn- 9 87956 tidiodin DL kautta. Kondensaattori Cx puretaan jälleen vastuksen I*! kautta alas syöttöjännitteeseen U^, kuten voidaan nähdä kiinteästä viivasta kuviossa 3, ja kondensaattori pysyy tämän jälkeen varattuna tähän arvoon.

5 Koska piirissä S^Dx-C! on aina läsnä hajaitseinduk- tanssia, jännitepiikki, josta on seurauksena poiskytkentä-häviöitä, esiintyy aina suurilla di/dt arvoilla kytkinosan Si poiskytkennän aikana. Näiden poiskytkentähäviöiden pitämiseksi alhaisina on tämän vuoksi tärkeää pitää hajain-10 duktanssi näissä piireissä niin pienenä kuin mahdollista. Jotta lisäksi rajoitetaan jännitteen ylitystä kytkinosan Sj yli niin paljon kuin mahdollista, on tarpeellista pitää ekvivalenttinen hajainduktanssi Le niin pienenä kuin mahdollista.

15 Jotta rajoitetaan virran kasvua kytkinosan pääl- lekytkennän aikana, sijoitetaan käytännössä yleensä piirin syötön kanssa sarjaan kela, esimerkiksi kela 1^, joka on esitetty katkoviivoilla kuviossa 1. Tällä kelalla on va-paakäyntireitti sen kanssa rinnan kytketyn sarjapiirin 20 kautta, joka muodostuu diodista Dc, joka on vastakkais- ... ; suuntainen suhteessa syöttöjännitteeseen, ja vastuksesta

Rc. Vastuksen Rc vuoksi virta kelan Lj läpi pienenee palau-tumisen aikana. Kelan ylioleva jännite kasvattaa tällöin : " jännitteen ylitystä syötön tasajännitteessä. Kela Lt ei ole 25 välttämätön kaikissa sovellutuksissa. Tämä riippuu muunmu-assa nopeudesta, jolla kytkinosa Sj kytkeytyy.

Kuvio 2 antaa esimerkin niinkutsutusta häviöitä sisältävästä kuormasuojauksesta. Komponentit, joilla on :*·.· samat symbolit, vastaavat kuviossa 1 esitettyjä. Suojapii-

30 ri Du Clf Rx on kytketty rinnan induktiivisen kuorman XL

kanssa, jolla on vapaakäyntidiodi DL. Piiri toimii seuraa-'···' vasti.

Kun kytkinosa S! on kytketty päälle, kondensaattori ;Y: Cj varataan vastuksen R, kautta. Samaan aikaan energiaan : 35 kulutetaan vastuksessa Rj. Jänniteaaltomuoto USI, joka tuo- 10 87956 tetaan kytkinosan Sx yli sen poiskytkennän aikana, on esitetty katkoviivalla kuviossa 3. Hetkellä t0 kytkin Sx alkaa kytkeytyä pois ja hetkellä tl se on kytkeytynyt täydellisesti pois päältä. Heti poiskytkemisen jälkeen esiintyy 5 kytkinosan yli jälleen jännitepiikki, mutta nyt maksimiarvolla V' Dt,. Sen suuruuden määrittää ha jaitseinduktanssi piirissä, jonka muodostavat Si-C^-D^L, missä L, jälleen edustaa syötön sekä kuormalle ja kytkinosalle menevien kytkentälinjojen ekvivalenttista hajainduktanssia, sekä 10 di/dt:n arvo S^n poiskytkennän aikana. Päinvastoin kuin kuvion 1 piirissä Ls on nyt sijoitettu piiriin, joka määrittää jännitepiikin, jonka seurauksena V'DP on suurempi kuin VDP, jolloin poiskytkentäolosuhteet ovat samat kuin kuvion 1 piirissä, kuten kuviossa 3 on esitetty.

15 Kun kytkinosa on kytketty päältä ja C^-Dj^ ottaa kuorman läpikulkevan virran i, jännite USi kasvaa lineaarisesti syöttöjännitteeseen UDC jännitepiikin jälkeen. Tällä hetkellä kuorman ZL läpikulkeva virta hoidetaan sen omalla vapaakäyntidiodilla DL. Tämä piiri esittää hyvin pienen 20 jännitteenylityksen, koska hajaitseinduktanssipiirissä CL-: Dj^-02 on pieni. Vaikka sitä ei ole esitetty piirroksessa, voidaan tähän piiriin sisällyttää myös virran kasvua ra-joittava kela Llf jolla on sen rinnalle kytkettynä sarja-piiri, jonka muodostaa vastus Rc ja diodi Dc, joka on kyt-| ’ 25 ketty vastakkaissuuntaisesti suhteessa syöttöjännittee- seen. Tämän virran kasvua rajoittavan kelan L alaindeksi 1 pitäisi olla tässä tapauksessa sisällytetty kytkentälin-jaan välillä ja kuorma ZL.

Verrattaessa kuormasuojaa kytkinsuojaan on huomion 30 arvoista, että edellisellä on yleensä suurempi jännite-piikki, joka määrittää sen eneoffin. Tätä suurempaa jänni-tepiikkiä ei aiheuta ainoastaan ekvivalenttiseen hajain-duktanssiin Le varastoitunut energia, joka kulutetaan kyt-kinosassa, vaan myös fyysiset dimensiot suojapiirin ja 35 kuorman välisissä kytkentälin joissa, jotka ovat suurempia 11 87 956 kuin kytkinsuojassa, mistä on seurauksena piirin suurempi hajainduktanssi. Erityisesti suurinopeuksisten kytkinosi-en, sellaisten kuten GTO-tyristorit, tapauksessa, jossa esiintyy suuri di/dt, kuten jo mainittiin johdannossa, 5 tulee mahdottomaksi käyttää kuormasuojausta tiettyjen poiskytkentävirtojen yläpuolella, mikä on seurausta suurista poiskytkentähäviöistä kytkinosissa.

Niiden rajoitusten valossa, jotka kuormasuojaus aiheuttaa poiskytkettävän virran suuruudelle, erityisesti 10 suurella nopeudella kytkevien kytkinosien yhteydessä, kohdistetaan huomio seuraavassa tekstissä myös kytkinsuojan parantamiseen.

Yllä selostettu suojapiiri voi myös olla kaksinkertaisesti suunniteltu, siltapiirinä, niin että kuorma voi-15 daan vuorotellen liittää syöttölähteen positiivisiin ja negatiivisiin kytkentänapoihin esimerkiksi invertteritoi-mintaa varten. Piiri on tällöin kuviossa 4 esitetyn kaltainen ja vastaa tekniikan tason mukaista symmetristä kyt-kinsuojaa. Tähän piiriin on sisällytetty kaksi kytkinosaa 20 Sx ja S2 sarjapiiriksi, kummallakin ollessa oma suojapii-: rinsä. Kela Lx palvelee jälleen virran kasvun rajoittamista kytkinosan päällekytkemisen aikana. Piirin toiminta on y" periaatteessa sama kuin yhden kytkinosan tapauksessa, sil lä ehdolla, että kytkinosia kytketään vuorotellen. Näiden 25 kahden kytkinosan kytkentäpiste muodostaa piirin ulostulon, johon kuorma voi olla kytketty. Kuviossa 1 esitetty vapaakäyntidiodi DL on korvattu, kuviossa 4 esitetyssä piirissä, diodilla D5 ja vastaavasti D6, joka on kytketty kunkin kytkinosan rinnalle.

30 Yllä selostettujen yksin- tai kaksinkertaisten suo- ... japiirien suurin epäkohta on se tosiasia, että kondensaat- toreihin C, tai C2 varastoitu energia kulutetaan vastuksessa siihen liittyvän kytkinosan päällekytkemisen aikana. : : : Kelaan Lx varastoitu energia kulutetaan vastuksessa R^jn 35 tai S2:n poiskytkemisen aikana. Kuten jo johdannossa il- 12 87956 maistiin vastuksien Rw R2 arvoa ei voida valita liian pieneksi niihin liittyvään kytkinosaan sen päällekytkemisen aikana kohdistuvan liian suuren kuormituksen vuoksi. Näiden vastusten liian suuri arvo merkitsee sitä, että kon-5 densaattorit puretaan liian hitaasti, mikä kuten mainittiin pienentää taajuutta, jolla kytkinosat voidaan kytkeä. Tämä piiri ei lisäksi anna mitään suojaa hajainduktanssin L, ja vastuksen R,. aiheuttamaa jännitteen ylitystä vastaan. Kaikki hajainduktanssiin Ls varastoitunut energia ja vas-10 tuksen Rc ylioleva jännitepudotus yhdessä muodostavat jännitteen ylityksen, josta voi olla seurauksena läpilyönti päältä pois kytketyn kytkinosan yli, erityisesti esimerkiksi puolijohdekytkimien tapauksessa, sekä kaikki tähän liittyvät haitalliset seuraukset.

15 Yksinkertainen ja käyttökelpoinen tapa jännitteen ylityksen rajoittamiseksi on käyttää ylijännitesuojaa tai niinkutsuttua leikkauspiiriä. Esimerkki hyvin yksinkertaisesta leikkauspiiristä on esitetty kuviossa 5. Kuorman ZL ja kytkinosan S3 muodostaman sarjapiirin rinnalle on kyt-20 ketty lisäsarjapiiri, joka käsittää kondensaattorin C3 ja : diodin D3, joka on kytketty myötäsuuntaisesti suhteessa syöttävään tasajännitteeseen U^. Tämä sarjapiiri muodostaa leikkauspiirin.

• ** Leikkauspiirin kondensaattori C3 on suhteellisen 25 suuri verrattuna kondensaattoriin C,. Diodin D3 vuoksi kon-densaattori C3 pysyy vakiojännitteessä Uc, joka on suurempi : kuin Upc· Kun leikkauspiirin ylioleva jännite tulee suurem maksi kuin kondensaattorin C3 ylioleva jännite, diodi D3 alkaa johtaa, niin että kuorman ja kytkinosan ylioleva 30 jännite pidetään arvossa Uc. Tämä tarkoittaa, että kyt-kinosan yliolevan jännitteen UAB suuruus -rajoitetaan leik-*···’ kauspiirin avulla. Ha jainduktanssiin L„ ja kelaan L3 varas toitunut energia syötetään sitten kondensaattoriin, minkä seurauksena L3:n ei tarvitse olla varustettuna vapaakäynti-35 piirillä. Kondensaattorin C3 varastoitunut energia täytyy i3 87956 tavalla tai toisella purkaa, esimerkiksi palauttamalla se tasajännitelähteeseen. Välineitä tämän energian purkamiseksi ei ole esitetty kuviossa 5.

Keksinnön mukaisessa piirissä ainakin kaksi näitä 5 leikkauspiirejä ja tekniikan tason mukainen symmetrinen suojapiiri on integroitu sellaisella tavalla, että kytkin-osiin liittyviin kondensaattoreihin varastoitunut energia ja käytetyn virran kasvua rajoittavan kelan (kelojen) energia syötetään kytkennän aikana vastaavien leikkauspii-10 rien kondensaattoreihin, minkä seurauksena ei tarvitse käyttää vastusta, jossa tämä energia kulutetaan. Tästä on seurauksena oleellisesti häviötön suojapiiri. Koska keksinnön mukaisessa piirissä on kytkinosaan kytkemisen aikana aina aktiivisena kaksi piiriä, saavutetaan väistämättö-15 män hajaitseinduktanssin vaikutuksen tehokas pieneneminen. Keksinnön mukaisen piirin edullinen suoritusmuoto on esitetty kuviossa 6.

Tavalla, jolla saavutetaan mahdollisimman pieni induktanssi, on vapaakäyntidiodi D5, D6 ja sarjapiiri, joka 20 muodostuu diodista ja kondensaattorista Dx, Cx ja vastaa-: vista D2, C2 kytketty kunkin kytkinosan Slf S2 rinnalle.

Kukin kondensaattoreista Cx ja C2 on tämän vuoksi kytketty yhdestä päästään näiden kahden kytkinosan Sx, S2 kytkentäpisteeseen C. Leikkauspiiri, joka muodostuu diodista D3 ja ^ 25 kondensaattorista C3, on kytketty diodin Ö! ja kondensaat torin Ci kytkentäpisteen ja negatiivisen kytkentänavan B väliin. Samalla tavoin leikkauspiiri, joka muodostuu kondensaattorista C4 ja diodista D4, on kytketty kytkentänavan A ja sarjapiirin, joka muodostuu kondensaattorista C2 ja 30 diodista D2, kytkentäpisteen väliin. Hajainduktanssin pitämiseksi piirissä niin pienenä kuin mahdollista pitäisi *·*. erilaisten diodien ja kondensaattoreiden olla fyysisesti kytketty niin lähelle vastaavia kytkinosia kuin mahdollis-ta. Pieni hajainduktanssi on täysin välttämätön, kun suu-35 ria virtoja täytyy kytkeä pois suurella nopeudella.

14 87956 Välineet ET (energian siirto) on kytketty konden-saattoreihin C3 ja C4 purkamaan näihin kondensaattoreihin varastoitunut energia hyödyllisellä tavalla. Välineet ET voi olla toteutettu erilaisilla tavoilla, esimerkiksi si-5 ten kuin on esitetty kuviossa 7. Syöttöpiirit voivat lisäksi sisältää kaksi virran kasvua rajoittavaa kelaa Li ja L2. Useamman kuin yhden virran kasvua rajoittavan kelan käyttö riippuu siitä käytöstä, johon piiri ollaan panemassa, nopeudesta, jolla kytkinosat kytkeytyvät päälle, ja 10 sen kuorman tyypistä, joka on kytketty näiden kahden kyt-kinosan S! ja S2 kytkentäpisteeseen C. Piirin tyydyttävää toimintaa varten on oleellisen tärkeää, että virran kasvua rajoittava kela (kelat) Llf L2 on kytketty yhdestä päästään syötön tasajännitteeseen ja toisesta päästään vastaavasti 15 lisäkondensaattoreihin C4, C3,

Diodien ja kondensaattoreiden C3, D3 ja C4, D4 ei välttämättä tarvitse olla kytkettynä kuviossa 6 esitetyssä järjestyksessä kytkentänapoihin B, A tasajännitettä varten. Diodi D3 ja kondensaattori C3 voivat esimerkiksi 20 vaihtaa paikkaa, kuten voivat myös diodi D4 ja kondensaat- - . tori C4. Kondensaattoreilla C3 ja C4 täytyy tietenkin olla sellainen kapasitanssi, että ne kykenevät varastoimaan kondensaattoreihin C3 ja C2 sekä virran kasvua rajoittavaan : " kelaan (keloihin) Llf L2 varastoituneen energian.

25 Kuviossa 6 esitettyjen elementtien, joilla on dio- disymboli, ei välttämättä tarvitse olla diodeja, vaan ne :- · voi olla korvattu jollakin muulla elementillä, jolla on diodin toiminta, sellaisella kuten esimerkiksi diodina .' · toimiva tyristori. Haluttaessa on myös mahdollista kytkeä 30 useita elementtejä rinnakkain tai sarjaan, mikä pätee myös esitetyillä kondensaattoreilla. Kytkinosat S! ja S2 voivat lisäksi muodostua useiden rinnakkainkytkettyjen kytkin-• osien muodostamista ryhmistä tai ne voi olla suunniteltu niinkutsutuiksi kaksitie-kytkimiksi. Kytkinosat voivat .·. : 35 lisäksi muodostaa osan niinkutsutusta invertteripiiristä, 15 87956 katkojapiiristä, DC/DC-muuttajista tai vastaavista.

Kuvio 7 esittää energian purkuvälineiden ET mahdollisen suoritusmuodon, jolloin kondensaattoreihin C3, C4 varastoitunut energia palautetaan jaksottaisesti tasajän-5 nitteeseen. Resonanssipiiri on muodostettu kytkinosien S4, S5 avulla, jotka tietenkin ovat edullisesti myös ohjattuja puolijohdekytkimiä, joiden kondensaattoreihin C3 ja vastaavasti C4 sekä kelaan L3 tapahtuvan kytkemisen seurauksena energia siirretään kondensaattoreista kelaan. Kytkemällä 10 relevantti kytkinosa jälleen pois hetkellä, jolla energia on sijoitettu L3:een, resonanssipiiri keskeytetään ja L3 syöttää energiansa diodien D7, D„ kautta takaisin syöttö-lähteeseen li,*, minkä jälkeen sykli voidaan toistaa. Takaisin UDC:Hen syöttämisen sijasta on myös mahdollista syöttää 15 tällä tavoin mielivaltaista tasavirtakuormaa, esimerkiksi tuuletinta piirin pakkojäähdytystä varten.

Keksinnön mukaisen piirin toimintaa havainnollistetaan nyt viitaten kuvioihin 8-10. Näissä kuvioissa kuorman ZL läpikulkeva ulostulovirta IQ on esitetty vain 20 yhdessä suunnassa. Toiminta toisessa suunnassa on yhden : mukainen suojapiirin symmetrian vuoksi. Kuten jo ilmais tiin, kuorman ZL oletetaan olevan luonteeltaan hyvin induktiivinen. Kuorman ZL aikavakion oletetaan olevan niin suuri, että kuormaa voidaan kytkennän aikana pitää käytännös-‘25 sä virtalähteenä. Yksinkertaisuuden vuoksi energian purku-välineet ET on jätetty pois.

Kuvitellaan tilanne, jossa kytkinosa S3 on kytketty päälle ja kytkinosa S2 on kytketty pois. Kondensaattorit C3 ja C4 varataan jännitteeseen Uc juuri kuten kondensaattori 30 C2, joka varataan S^n ja D2:n kautta jännitteeseen Uc, jol loin Uc on suurempi kuin UDC. Kondensaattori Ct on purettu.

• Kytkinosa S3 kytketään tämän jälkeen pois ja kytkinosa S2 kytketään päälle, jolloin oletetaan, että S2 ei kytkeydy päälle ennen kuin S: siirtyy johtamattomaan tilaan. Tämän ; 35 saavuttamiseksi on S^n poiskytkemisen ja S2:n päällekytke- 16 87 956 misen välillä lyhyt aikaviive. Tästä aikaviiveestä johtuen saattaa ulostulojännitteellä olla kaksi erilaista mahdollisuutta vaihtaa etumerkkiä, nimittäin a) induktiivinen virta kuorman ZL läpi on niin suu-5 ri, että ulostulojännite muuttaa merkkiään viiveajan aikana, ja b) S2 kytkeytyy päälle ennen kuin ulostulojännite on tullut pieneksi.

Oletetaan, että kytkinosa Sx kytkeytyy hyvin nopeas-10 ti (ideaalisesti).

Tarkastelkaamme nyt tilannetta, joka on esitetty kohdassa a. S^n poiskytkemisen jälkeen virran kulku, joka on esitetty paksuilla kiinteillä viivoilla kuviossa 8, saadaan lyhyen ajan jälkeen suojapiiriin. Kaksivirtatietä, 15 nimittäin ensimmäinen virtatie, jonka hajaitseinduktanssi on hyvin pieni, D^C^n kautta ja toinen virtatie C4-D4-C2:n kautta muodostaa suojapiirin, jolloin virrat kulkevat kuorman ZL kautta takaisin jännitesyöttöön. Tässä vaiheessa kondensaattori Cx varataan ja Sj suojataan näin liian suur-20 ta jännitteenkasvua vastaan, ja kondensaattori C2 puretaan kuorman ZL kautta. Kuorman ZL yli oleva jännite pienenee.

*: Niin pian kuin kuorman ZL yli oleva jännite tulee nollaksi, vapaakäyntidiodi D6 tulee johtavaksi. Tästä on seurauksena, että kuormaan ZL varastoituneesta energiasta *:··: 25 johtuva virta jatkaa kulkemistaan tämän diodin D6 kautta, ;Y: kuten on ilmaistu paksulla katkoviivalla kuviossa 8. Ke loihin Lx ja L2 varastoitunut energia varastoidaan sitten värähtelevästi kondensaattoriin ja kondensaattoriin C4. Resonanssipiirit muodostetaan tämän vuoksi seuraavasti 30

Lr-f (Di-C,)//(C4-C4C2)/-(d6//Zl)-l2 "//" ilmaistessa rinnan kytkentää. Näiden resonans-sipiirien saamiseksi on oleellista, että virran kasvua 35 rajoittavat kelat hl ja/tai L2 sisällytetään piiriin pai- 17 87 956 kassa, joka on esitetty kuvioissa.

Niin pian kuin kondensaattorin C3 ylioleva jännite tulee suuremmaksi kuin kondensaattorin C3 yli oleva jännite sekä kondensaattorin C2 yli oleva jännite vastaavasti tulee 5 yhtä suureksi kuin 0, diodit D3 ja D2 tulevat vastaavasti johtaviksi ja kytkinosien Slf S2 sarjapiirin ylioleva jännite UM on rajoitettu arvoon Uc, koska kondensaattorit C3 ja C4 on valittu niin suureksi, että tämän vaiheen aikana näiden kondensaattorien yliolevan jännitteen voidaan olet-10 taa olevan vakion ja täten kytkinosien sarjapiirin ylioleva jännite on vakio. Virran kulku tässä tilanteessa on esitetty kuviossa 9. Tämän vaiheen aikana energia keloista L3 ja L2 tallennetaan lisäksi kondensaattoreihin C3 ja C4.

Niin pian kuin kelojen L3 ja L2 läpikulkeva virta on 15 0, jännite U^j palaa arvoon ja piiri tulee lepotilaan.

Tässä tilanteessa kondensaattori C3 varataan jännitteeseen Uc ja kondensaattori C2 puretaan. Kun mainittu viiveaika on kulunut, kytkinosa S2 kytkeytyy päälle, minkä seurauksena virta, joka saattaa vielä kulkea kuorman ZL vapaakäyntidio-20 din D6 läpi, riippuen kytkinosan tyypistä, alkaa tällöin - . kulkea S2sn läpi tai säilyä edelleen kulkemassa D6:n läpi.

Tarkastellaan nyt kohdassa b selostettua tilannet-ta. Kondensaattorien yli olevat jännitteet ennen kytkin-osan S3 poiskytkeytymistä ovat samat kuin yllä selostetussa ' : 25 tilanteessa. Virran kulku, joka on esitetty paksuilla kiinteillä viivoilla kuviossa 8, saadaan myös tässä tapauksessa, kun S3 on kytketty pois. Kun kytkinosa S2 kytkeytyy päälle, virta, joka on esitetty paksulla katkoviivalla kuviossa 8, alkaa kulkea sen läpi. Nyt esiintyy re-30 sonanssi-ilmiö, jolla kondensaattori C3 edelleen varataan ja kondensaattori C2 edelleen puretaan. Niin pian kuin C^n yli oleva jännite tulee suuremmaksi kuin kondensaattorin C3 yli oleva jännite, tulee C2:n yli oleva jännite vastaavasti yhtäsuureksi kuin 0, diodit D3 ja D2 tulevat johtaviksi ja .·. : 35 tuotetaan kuvion 9 mukainen virran kulku. Piiri tulee le- is 87956 potilaan samalla tavoin kuin tilanteessa a selostettiin.

Kun piiri on tullut lepotilaan yllä mainituissa tilanteissa a ja b, kuten selostettiin, kytkinosan S2 pois-kytkeminen ei aiheuta mitään muutosta, koska kuorman ZL 5 läpi kulkeva virta otetaan tällöin vapaakäyntidiodilla D6.

Kun kytkinosa S3 tämän jälkeen kytkeytyy jälleen päälle, jännite UM tulee arvoon 0 volttia. S3:n läpikulkeva virta kasvaa. Llf L2 rajoittavat virran kasvun gradienttia arvoon (di/dt)Si = Udc/L^Lj. Kun virta S3:n läpi on yhtä 10 suuri kuin I0, diodi D6 alkaa sulkeutua. Resonanssipiiri muodostetaan tällöin (C^-D^C^)//(C2-D2) ]/-L2. Tämän seurauksena C1 puretaan 0 volttiin ja C2 varataan arvoon Uc. Hetkellä, jona tämä tilanne saavutetaan, (D,-D3-C3)//(C4-D4-D2) rajoittaa jännitteen UAU arvoon Uc (kuvio 10). Ylimää-15 räinen energia keloista Llf L2 varastoidaan kondensaatto-reihin C3, C4. Virta kelojen Llf L2 läpi on yhtä suuri kuin I0.

Kun, kuten käytännössä, kytkinosat muodostavat osan esimerkiksi kolmivaiheisesta invertteripiiristä, kuten on 20 esitetty kuviossa 11, jossa elementtien numeroiden oikean- . . puolimmainen indeksi vastaa kuvion 6 mukaisen piirin in deksiä, kuorma kytketään vuorotellen pisteiden (AC)i ja (BC)^ jolloin i = 1, 2, 3 ..., riippuen muiden kytkinosien " tilasta. Tämä tarkoittaa, että virta voi tällöin kulkea ’ 25 kuorman läpi, joka on kytketty esimerkiksi pisteiden A3 ja C3 väliin, kun kytkinosa S12 on kytketty päälle. S12:n pois-kytkemisestä on tällöin seurauksena kondensaattorin Cu purkaminen samalla tavoin kuin yllä selostettiin kondensaattorille C2. Kondensaattoriin Cu varastoitunut energia . . 30 saapuu kondensaattoriin C3, minkä seurauksena kytkinosaa Sn ei kuormiteta tällä purkuvirralla sen päällekytkemisen aikana. Kytkinosa S12 on suojattu purkukondensaattorillaan C12 liian suurta jännitteen kasvua vastaan.

... Kuten yllä olevasta on ilmeistä, kaksi erillistä ; 35 piiriä on samanaikaisesti aktiivisena kytkinosan poiskyt- is 87 956 kemisen aikana. Tapauksessa, joka on selostettu kuvioissa 8-10, tilanne on se, että kun kytkinosa Sx on kytketty pois päältä, S1sn suojapiiri on aktiivinen, ts. diodi Dx ja kondensaattori Cw ja että S2:n suojapiirin kondensaattori 5 C2 on aktiivinen samaan aikaan leikkauspiirin kautta, joka muodostuu kondensaattorista C4 ja diodista D4. Kondensaattorit Cx ja C2 ovat tämän vuoksi rinnakkain. Näiden erillisten kondensaattorien arvo voidaan tämän vuoksi periaatteessa valita pienemmäksi, mistä on seurauksena pienempi 10 hajaitseinduktanssi (pienemmät dimensiot). Tätä voidaan kutsua primääriseksi ja sekundääriseksi kytkinsuojauksek-si. Primäärinen kytkinsuoja Cx on hajainduktanssiltaan hyvin pieni ja tämän vuoksi rajoittaa jännitettä VDP (kuvio 3) sekä siten kytkinhäviöitä kytkinosassa. Sekundäärinen 15 kytkinsuoja C4, D4, C2 avustaa jännitteen kasvun rajoittamisessa jännitepiikin VDP jälkeen ja päin vastoin.

Kuviossa 5 esitettyyn yksinkertaiseen leikkauspii-riin verrattuna keksinnön mukaisella piirillä on se etu, että koko leikkauspiirin yhden haaran, nimittäin C4 ja D4, 20 läpi kulkee jo virta ennen jännitteen leikkaamista, minkä - - seurauksena tämä leikkauspiiri omaa pienemmän jännitteen- ylityksenkuin kuvion 5 mukainen leikkauspiiri, koska minkäänlaista hetkellistä virtaa ei voi kulkea tämän leikkauspiirin läpi hajaitseinduktanssin seurauksena.

25 Keksinnön mukaisen suojapiirin kolmivaiheisessa toteutusmuodossa, joka on muodostettu kuviossa 11, kondensaattoreita C3 ja C4 käytetään yhdessä koko piiriä varten. Energian purkuvälineet ovat myös vain yhdenkertaisena tässä suoritusmuodossa, kuten virran rajoituskela (kelat) Llt 30 L2. On tietenkin mahdollista suunnitella kondensaattorit C3 ja C4 erikseen kumpaakin piiriä varten, vaikka se etu yhä säilyykin, että energian purkuvälineitä voidaan käyttää yhdessä kaikkia mainittuja kondensaattoreita varten.

Kuvio 12 esittää keksinnön mukaisen suojapiirin, 35 jota on sovellettu niinkutsutussa invertterissä, joka voi ! 20 87956 hyväksyä kolme potentiaalia ulostulossaan C, nimittäin positiivisen, nollan ja negatiivisen potentiaalin. Esitetty kytkentä itseasiassa koostuu kahdesta sarjaan kytketystä, kuvion 6 mukaisesta symmetrisestä suojapiiristä, dio-5 dien D12/ D21 ja kytkinosien S12, S21 välisen suoran kytkennän ollessa kuitenkin katkaistu. Sekä diodien D12, D21 kytkentäpisteen että kondensaattorien Cu, C12 kytkentäpisteen väliin sekä kondensaattorien C21, C22 kytkentäpisteen väliin on kytketty diodi D, ja vastaavasti D'9 vastakkaissuuntai-10 sesti suhteessa tasajännitenapaan. Piirin ulostulo muodostetaan kytkinosien S12 ja S21 kytkentäpisteellä C. Ulostulo tulee positiiviseksi, kun Su ja S12 on kytketty päälle, ulostulo tulee nollaksi, kun S12 ja S21 on kytketty päälle sekä Su ja S22 on kytketty pois, ja ulostulo tulee negatii-15 viseksi, kun S2l ja S22 on kytketty päälle.

Da, Cn muodostavat Su:n kytkinsuojan, D2l ja C21 muodostavat S12:n kytkinsuojan, D12 ja C12 muodostavat S21:n kytkinsuojan ja D22 ja C22 muodostavat S22:n kytkinsuojan. Piiri toimii seuraavasti.

20 Oletetaan, että kytkinosat Sn ja S12 on kytketty päälle, niin että ulostulossa C on positiivinen potentiaa-·. li. Kondensaattorit Cu ja C21 on tällöin purettu ja konden- ; saattorit C12 ja C22 on varattu jännitteeseen Uc. Kytkettä- : essä ulostulo C positiivisesta potentiaalista 0 potentiaa- 25 liin Su kytketään pois ja S12 pysyy kytkettynä päälle. Vir- . . ta, joka kulkee Sn:sta läpi, otetaan sen suojapiirillä Du ja Cu, jossa on rinnan kytketyt piirit, jotka muodostaa. Kuten yllä selitettiin, kondensaattori Cn vara-. . taan ylös arvoon Uc ja kondensaattori C12 puretaan 0 volt- 30 tiin. Su:sta yli oleva jännite rajoitetaan sen leikkaus- piirillä, joka muodostuu kytkennästä C14-D14-D12 ja joka on jännitteen Uc leikkauspiirin Du-D13-C13 rinnalla. Kuorman läpi kulkeva virta kulkee sitten 0 navasta diodin D, ja S12:n kautta. S21 kytketään tämän jälkeen päälle, niin että 35 virta voi kulkea O-napaan ja siitä pois.

2i 87956

Kytkettäessä ulostulo C nollapotentiaalista aloi-tustasolle, jolla on negatiivinen potentiaali, S12 kytketään pois. Jos S12:n läpi yhä kulkee virta, tämä virta saattaa kulkea edelleen piirin kautta, jonka D21-C21-D25 muo-5 dostaa yhdessä sen rinnalle kytketyn piirin kanssa, jonka C24-D24-C22-D25 muodostaa. Tämän prosessin aikana kondensaattori C21 varataan jännitteeseen Uc ja kondensaattori C22 puretaan 0 volttiin. Kun tämä tilanne saavutetaan, rinnakkainen leikkauspiiri C24-D24-D22-D26-D25 ja vastaavasti D21-D23-10 C2j—D2e—D25 tulevat toimiviksi, niin että poiskytketyn kyt- kinosan S12 yli oleva jännite rajoitetaan jännitteeseen Uc. S22 voidaan sitten kytkeä päälle.

Jos S12:n poiskytkemisen aikana sen läpi kulkisi mitään virtaa, yllä selostettu prosessi suhteessa S12:n 15 avaamiseen ei tapahtuisi. S22:n päällekytkemisen aikana tuotetaan tällöin resonanssivirta piirin kautta, jonka muodostaa (D21-C21-S22-L2)//(C24-D24-C22-S22-L2). Tämän seurauksena kondensaattori C21 varataan jännitteeseen Uc ja kondensaattori C22 puretaan 0 volttiin.

20 Piirin toiminta muiden kytkinosien poiskytkemisen : aikana tapahtuu samalla tavoin ja voidaan helposti johtaa yllä esitetystä. Yllä oleva selitys osoittaa, että kolmi-tasoisen ulostulojännitteen aikaansaava suojapiiri toimii ' . oleellisesti samalla tavoin kuin kuviossa 6 esitetty pii- 25 ri, jossa ulostulo voi ottaa ainoastaan kaksi jänniteta-soa. Tässä piirissä voidaan aina tehdä myös jako primääriseen ja sekundäärisen suojapiiriin ja kaksi piiriä toimivat aina rinnakkain kytkinosien suojaamisen aikana. Ku-- ·. ten kuviossa 12 on katkoviivoilla esitetty, virran kasvua 30 rajoittava kela L4 voi tietenkin olla sisällytetty myös 0 johtoon. On lisäksi mahdollista suunnitella kuviossa 12 esitetty piiri monivaiheiseksi, sellaiseksi kuten kolmivaiheinen piiri, joka on esitetty esimerkiksi kuviossa 11. Välineet energian purkamiseksi voivat olla kytketyt samal-:*·.· 35 la tavoin kuin on esitetty esimerkiksi kuviossa 7 vastaa- 22 87956 viin lisäkondensaattoreihin CM, C13; C24, C23. Mainitussa kolmivaiheisessa suoritusmuodossa nämä lisäkondensaattorit voi olla tarkoitettu yhteisiksi kaikille vaiheille.

On itsestään selvää, että keksintö ei ole rajoitet-5 tu yllä käsiteltyihin ja kuvioissa esitettyihin suoritusmuotoihin, vaan muunnelmat ja täydentämiset ovat mahdollisia ilman että poiketaan keksinnön suojapiiristä.

Claims (7)

23 87956

1. Symmetrinen sähköinen suojapiiri ainakin kahden sarjaan kytketyn kytkinosan (Sx; S2) suojaamiseksi, joiden 5 päät, joita ei ole kytketty toinen toisiinsa, muodostavat positiivisen (A) ja vastaavasti negatiivisen (B) kytken-tänavan tasajännitteen (UTC) kytkemiseksi ainakin yhden kelan (Ljj L2) kautta, jolloin ainakin yksi ensimmäinen elementti (D5; D6), jolla on vastakkaissuuntaisesta kytketty 10 dioditoiminta, ja ainakin yhden kondensaattorin (C3; C2)ja ainakin yhden toisen elementin {Dx; D2), jolla on tasajän-nitenapoihin (A; B) nähden myötäsuuntaisesti kytketty dioditoiminta, muodostama sarjapiiri on kytketty vastaavasti kunkin kytkinosan (St; S2) rinnalle, kunkin sarjapiirin 15 mainitun ainakin yhden kondensaattorin (C3; C4) oliossa kytketty kytkinosien (Sx; S2) keskinäiseen kytkentäpisteeseen, suojapiirin ollessa varustettu välineillä konden-saattoreihin (C3; C2) varastoidun energian purkamiseksi, tunnettu siitä, että suojapiirissä on jokaista 20 kytkinosaa (S3; S2) varten ainakin yhden lisäkondensaatto-. . rin (C3; C4) ja ainakin yhden kolmannen elementin (D3; D4), jolla on tasajännite napoihin (A; B) nähden myötäsuuntaisesti kytketty dioditoiminta muodostama lisäsarjapiiri, joka on kytketty vastaavasti ainakin yhden kondensaattorin ' 25 (C1j C2) ja ainakin yhden toisen elementin (Dx; D2), jolla on yhteen kytkinosaan (S1(· S2) liittyvän sarjapiirin diodi-: toiminta, kytkentäpisteen ja toiseen kytkinosaan (S2; S3) liittyvän tasajännitenavan (B; A) väliin, kaiken tämän ollessa suoritettu sellaisella tavalla, että saavutetaan 30 suojapiiri, jolla on mahdollisimman pieni hajainduktanssi, * ja jolloin välineet (ET) varastoituneen energian purkami- seksi on kytketty vastaaviin lisäkondensaattoreihin (C3; c4).

2. Symmetrinen sähköinen suojapiiri käsittäen en-: 35 simmäisen ja toisen sarjaankytketyn patenttivaatimuksen 1 24 87956 mukaisen symmetrisen suojapiirin, tunnettu siitä, että se sisältää kaksi ainakin kahden sarjaan kytketyn kytkinosan muodostamaa sarjaan kytkettyä piiriä (S13, S12; S21, S22), jolloin ensimmäisen piirin negatiivinen tasajän-5 nitenapa (Bx) ja toisen piirin positiivinen tasajännitenapa (A2) on kytketty toisiinsa ja muodostavat 0 potentiaalina-van (0) syötettävää tasa jännitettä (^sU^; ^dc) varten, tämän 0 potentiaalinavan (0) ja yhden ja toisen piirin kyt-kinosien (S12; S21) keskenään kytkettyjen päiden (C) välisen 10 suoran kytkennän ollessa katkaistu ja vastaavien ensimmäisten dioditoiminnan omaavien elementtien (DIS? D16; D25; D26) ollessa kytketty kytkinosien (Su, S12; S21, S22) rinnalle, ja jolloin ainakin yksi elementti (D,; D',), jolla on dioditoiminta vastakkaissuunnassa suhteessa tasajännite-15 napoihin (A1( B1(· A2, B2), on kytketty 0 potentiaalinavan (0) ja symmetrisen suojapiirin ainakin kahden sarjaankyt-ketyn kytkinelementin (Sn, S12; S21, S22) keskinäisten kytkentäpisteiden väliin.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen symmetrinen 20 sähköinen suojapiiri, joka on varustettu ainakin kahden .· ; sarjaan kytketyn kytkinosan (Su, S12; S21, S22, S3l, SJ2) useilla rinnakkaisilla piireillä, tunnettu siitä, että lisäkondensaattorit (C3/ C4; C13/ C14; C23, C24) on tar-: " koitettu yhteisesti kaikkia piirejä varten ja kytketty ‘ ' 25 yhdestä päästään tasajännitenapaan (A^ A2, A,; Bx; B2, B3) ja toisesta päästään niihin liittyviin vastaaviin kolman-siin elementteihin (D3, D23; D33; D14; D24, D34), joilla on dioditoiminta.

4. Patenttivaatimuksen 1, 2 tai 3 mukainen symmet- . 30 rinen sähköinen suojapiiri, tunnettu siitä, että vastaavat kytkinosat (Slf S2; Su-S22; Su-S32) muodostuvat useiden rinnakkaisten kytkinosien ryhmästä.

5. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3 tai 4 mukainen symmetrinen sähköinen suojapiiri, tunnettu siitä, .·. : 35 että piirin kytkinosat (Slf S2; Su; Sl2; S21, S22, S31, S32) on 25 87956 tarkoitettu kaksisuuntaisiksi kytkimiksi.

6. Patenttivaatimuksen 1, 2, 3, 4 tai 5 mukainen symmetrinen sähköinen suojapiiri, tunnettu siitä, että kytkinosat ( Si/ S2; Su-S22; Su—S32) ovat ohjattuja puo- 5 lijohde-elementtejä.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen symmetrinen suojapiiri, tunnettu siitä, että puolijohde-elementit ovat GTO-tyristoreita. 26 '37955