由单芯片微机控制的GTO直流断路器
直流断路器的起源是来自于所有的断路器品种被开发出来后，它们都发生了一些变化。然而，人们对直流晶闸管断路器用于电气化铁路、工业厂房和其他方面的短路故障保护的兴趣越来越大。1981年，东芝开发了直流两端双向晶闸管断路器。该原型设备临时替代了安装在TRTA千代田线绫濑变电站的传统直流高速断路器，并在1983年10月满意地完成了一年的测试。随后，东芝向阪急宝冢线的Isibashi变电站交付了两台晶闸管断路器。
然而，由于目前的晶闸管断路器跟踪了传统的高速断路器的功能，它们没有潜在的经济优势。在这种情况下，东芝推动了新的功率半导体直流断路器的开发，适用于直流电铁变电站。这涉及到GTO阀和单芯片微控制器的使用。尽管GTO断路器具有固有的简单性，但有几个理由敦促采用微控制器。原则上，断路器的运行可以通过测量电流，并在电流超过拾取设置时中断来保证。
然而，当GTO断路器为电动火车等负载供电时，简单的中断技术不能被接受，因为允许的电流是非常重要的。因此，必须观察GTO结点温度，以便最可靠和最经济地使用GTO断路器。当然，还有其他原因需要说明断路器的创新。本文描述了一个直流15lXi-VGTO断路器的原型。很多注意力都集中在单芯片微机的使用上。
GTO结点温度，以便最可靠和最经济地使用GTO断路器。当然，还有其他原因需要说明断路器的创新。本文描述了一个直流15lXi-VGTO断路器的原型。很多注意力都集中在单芯片微机的使用上。表一显示了GTO断路器的原型规格。图中显示的是由背对背断路器组成的框图。
背面连接的GTO有一个能量吸收器和控制模块。在图中，根据GTO断路器的终端电压极性和施加oN门脉冲时的数值，选择合适的GTO。在GTO断路器关闭后，GTO的导通电流来回走动。在负载电流减少到低于维持ON状态的最小电流或负载电流极性反转以及施加OFF门脉冲时，导电的GTO在该瞬间被强制关闭。假设在负载侧发生了短路故障，导致Gf中流过故障电流，使其上升到持续值。在故障电流超过拾取设定值后，Gf门脉冲立即被应用。
当能量吸收器IVR终端电压达到NR耐受电压时，VI迫使让渡电流下降到零。被困在电路电感中的电磁能和在吸能过程中从直流电源释放的能量都耗散在NO中。一个氧化锌变阻器，显示出尖锐的非线性电压-电流特性，作为能量吸收器Vf提供了一个理想的特性。电弧显示出类似的断路器，因为GTO断路器不受换向器的影响。摄取电容器。东芝SG600EX212500V-600AGTO被选为主GTO阀。两个GTO被串联起来，8个串联的GTO被并联到前进方向。图中显示了与运行、短路故障保护、过载保护和警告控制有关的信号处理流程图。
控制模块根据输入信号的优先级进行处理：电流、运行/停止、拾取设置等。采样率被设定为10kHz。控制模块使用i87518位单芯片微机。i8751有一个4K字节的EPROM，一个128字节的RAM，32条I/O线，和两个定时器。高速断路器保护直流电源、电动列车和自身免受过载或短路故障的影响。比GTO断路器更大的电流可以会损坏GTO的。微机是计算保护协调的一个新的强大工具。
如图所示，较低的GTO冷却翅片温度增加了过载极限。使用GTO断路器的一个有趣的方面是，打开时间比晶闸管断路器要短。另一方面，GTO的峰值关断电流限制了在发生短路故障时允许的峰值穿越电流。以下三个项目是保护的对象：（1）短路故障跳闸；（2）对AZ敏感的跳闸；（3）过载跳闸。
表中显示了过程中的采样和终止期。对于每一个采样周期，当前的In被更新，并首先计算比较结果。在这之后，另一个进程被执行。在已实现的例程中，所有的任务每64次抽样都会重复。与开放时间相对应的开销包括当前的比较周期和GTO关闭时间。因此，估计最大开放时间为150ps。
如果希望从环境中观察结温，必须修改基本过程。也许对基本结温观察过程最明显的改进是避免使用温度传感器。在这种情况下，单台处理器的计算时间需要几百微秒。虽然这不可能对缓慢的过程造成任何问题，但采样在这个范围内，对于当前的比较过程来说，时间太长了。为了使处理器能够自由地执行其他任务，观察程序可以被分成若干进程或片段，因为冷却翅片的热电容相对较大。该程序重复进行，直到所有的温度观察过程段都被执行。
图中显示了典型的短路故障振荡图。假设长线短循环故障的中断时间取决于电路参数。原型设备在故障电流上升率为0.3-3.0kA/ms和取电设置为4000A的情况下，中断短路故障电流多达几十次。研究实际的可靠性，使这项技术具有吸引力。在8位微机上实施过载跳闸可能出现的问题，截断的影响和采样时间对GTO结温精度的影响，通过离线计算机模拟进行了研究。图中显示了过载保护的振荡图来模拟，正如本文所指出的，在测量翅片温度和识别可以对未来的产品进行改进。
