由單晶片微機控制的GTO直流斷路器
直流斷路器的起源是來自于所有的斷路器品種被開發出來後，它們都發生了一些變化。然而，人們對直流晶閘管斷路器用于電氣化鐵路、工業廠房和其他方面的短路故障保護的興趣越來越大。1981年，東芝開發了直流兩端雙向晶閘管斷路器。該原型裝置臨時替代了安裝在TRTA千代田線绫濑變電站的傳統直流高速斷路器，并在1983年10月滿意地完成了一年的測試。随後，東芝向阪急寶冢線的Isibashi變電站傳遞了兩台晶閘管斷路器。
然而，由于目前的晶閘管斷路器跟蹤了傳統的高速斷路器的功能，它們沒有潛在的經濟優勢。在這種情況下，東芝推動了新的功率半導體直流斷路器的開發，适用于直流電鐵變電站。這涉及到GTO閥和單晶片微控制器的使用。盡管GTO斷路器具有固有的簡單性，但有幾個理由敦促采用微控制器。原則上，斷路器的運作可以通過測量電流，并在電流超過拾取設定時中斷來保證。
然而，當GTO斷路器為電動火車等負載供電時，簡單的中斷技術不能被接受，因為允許的電流是非常重要的。是以，必須觀察GTO結點溫度，以便最可靠和最經濟地使用GTO斷路器。當然，還有其他原因需要說明斷路器的創新。本文描述了一個直流15lXi-VGTO斷路器的原型。很多注意力都集中在單晶片微機的使用上。
GTO結點溫度，以便最可靠和最經濟地使用GTO斷路器。當然，還有其他原因需要說明斷路器的創新。本文描述了一個直流15lXi-VGTO斷路器的原型。很多注意力都集中在單晶片微機的使用上。表一顯示了GTO斷路器的原型規格。圖中顯示的是由背對背斷路器組成的框圖。
背面連接配接的GTO有一個能量吸收器和控制子產品。在圖中，根據GTO斷路器的終端電壓極性和施加oN門脈沖時的數值，選擇合适的GTO。在GTO斷路器關閉後，GTO的導通電流來回走動。在負載電流減少到低于維持ON狀态的最小電流或負載電流極性反轉以及施加OFF門脈沖時，導電的GTO在該瞬間被強制關閉。假設在負載側發生了短路故障，導緻Gf中流過故障電流，使其上升到持續值。在故障電流超過拾取設定值後，Gf門脈沖立即被應用。
當能量吸收器IVR終端電壓達到NR耐受電壓時，VI迫使讓渡電流下降到零。被困在電路電感中的電磁能和在吸能過程中從直流電源釋放的能量都耗散在NO中。一個氧化鋅變阻器，顯示出尖銳的非線性電壓-電流特性，作為能量吸收器Vf提供了一個理想的特性。電弧顯示出類似的斷路器，因為GTO斷路器不受換向器的影響。攝取電容器。東芝SG600EX212500V-600AGTO被選為主GTO閥。兩個GTO被串聯起來，8個串聯的GTO被并聯到前進方向。圖中顯示了與運作、短路故障保護、過載保護和警告控制有關的信号處理流程圖。
控制子產品根據輸入信号的優先級進行處理：電流、運作/停止、拾取設定等。采樣率被設定為10kHz。控制子產品使用i87518位單晶片微機。i8751有一個4K位元組的EPROM，一個128位元組的RAM，32條I/O線，和兩個定時器。高速斷路器保護直流電源、電動列車和自身免受過載或短路故障的影響。比GTO斷路器更大的電流可以會損壞GTO的。微機是計算保護協調的一個新的強大工具。
如圖所示，較低的GTO冷卻翅片溫度增加了過載極限。使用GTO斷路器的一個有趣的方面是，打開時間比晶閘管斷路器要短。另一方面，GTO的峰值關斷電流限制了在發生短路故障時允許的峰值穿越電流。以下三個項目是保護的對象：（1）短路故障跳閘；（2）對AZ敏感的跳閘；（3）過載跳閘。
表中顯示了過程中的采樣和終止期。對于每一個采樣周期，目前的In被更新，并首先計算比較結果。在這之後，另一個程序被執行。在已實作的例程中，所有的任務每64次抽樣都會重複。與開放時間相對應的開銷包括目前的比較周期和GTO關閉時間。是以，估計最大開放時間為150ps。
如果希望從環境中觀察結溫，必須修改基本過程。也許對基本結溫觀察過程最明顯的改進是避免使用溫度傳感器。在這種情況下，單台處理器的計算時間需要幾百微秒。雖然這不可能對緩慢的過程造成任何問題，但采樣在這個範圍内，對于目前的比較過程來說，時間太長了。為了使處理器能夠自由地執行其他任務，觀察程式可以被分成若幹程序或片段，因為冷卻翅片的熱電容相對較大。該程式重複進行，直到所有的溫度觀察過程段都被執行。
圖中顯示了典型的短路故障振蕩圖。假設長線短循環故障的中斷時間取決于電路參數。原型裝置在故障電流上升率為0.3-3.0kA/ms和取電設定為4000A的情況下，中斷短路故障電流多達幾十次。研究實際的可靠性，使這項技術具有吸引力。在8位微機上實施過載跳閘可能出現的問題，截斷的影響和采樣時間對GTO結溫精度的影響，通過離線計算機模拟進行了研究。圖中顯示了過載保護的振蕩圖來模拟，正如本文所指出的，在測量翅片溫度和識别可以對未來的産品進行改進。
