Genel Amaçlı Tristör Sürücü Eğitim Setinin Tasarımı ve Uygulaması

Metin Kesler1, Murat Karabacak

2, Engin Özdemir

3

1,3Kocaeli Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Elektrik Eğitimi Bölümü

2Düzce Meslek Yüksekokulu Endüstriyel Elektronik Bölümü

1metinkesler@kocaeli.edu.tr,

2muratkarabacak@duzce.edu.tr,

3eozdemir@kocaeli.edu.tr

Özet

Bu çalışmada, endüstriyel kulalnıma yönelik genel amaçlı

tirstör sürücü kartının tasarımı ve uygulama sonuçları

verilmektedir.

1. Giriş

Güç elektroniği uygulamalarında, tristörlü güç denetim

uygulamalarına çok sık rastlanmaktadır. DA güç denetim

uygulamalarında tristörlü kontrollü doğrultucular, AA güç

denetim uygulamalarında tristörlü AA gerilim

denetleyicileri kullanılmaktadır. Tristörlü kontrollü

doğrultucular Doğru Akım (DA) motor sürücü

devrelerinde, AA dan DA’a dönüşüm devrelerinde ve

kesintisiz güç kaynakları gibi uygulamalarda oldukça sık

kullanılmaktadır. Tristörlü AA gerilim denetleyicileri ise

Asenkron Motor hız denetiminde, yumuşak yol vericilerde

(Soft Starter) ve sıcaklık kontrol uygulamalarında

yoğunlukla kullanılmaktadır. Tristörlü uygulamaların en

büyük zorluğu tristör sürücü devrelerin hazırlanmasıdır,

çünkü tristör akım denetimli bir yarı iletken güç anahtarıdır.

Şekil 1’de (a) genel amaçlı tristör sürücü devresi blok

diyagramı (b) dsPIC program akış şeması görülmektedir.

dsPIC30F4011 mikrodenetleyicisi tabanlı tasarlanan genel

amaçlı tristör sürücü kartı, 3-fazlı veya 1-fazlı tam

denetimli doğrultucu olarak, 3-fazlı veya 1-fazlı AA

gerilim denetleyicisi olarak veya 3-fazlı veya 1-fazlı statik

anahtar olmak üzere üç farklı durumda çalışabilmektedir. a-

b-c fazlarından alınan referans sinyallerin yalıtımı opto-

izolatörle sağlanmakta ve kaynak gerilimi ile senkron sıfır

geçiş sinyalleri elde edilmektedir. Senkron sıfır geçiş

sinyali aracılığı ile, tristör tetikleme sinyallerinin süre ve

zamanını belirlenmektedir. Tristör sürücü kartının hangi

modda çalışacağı mod seçme anahtarı ile belirlenmektedir.

Tristör sürücü kartı, tam denetimli doğrultucu, AA gerilim

denetleyicisi veya statik anahtar modunda çalıştığında alfa

tetikleme açısı, seçenekli olarak dijital port veya analog

POT ile ayarlanabilmektedir. Örneğin sistemde arıza olması

durumunda dijital porttan mikrodenetleyiciye iletilen hata

sinyali ile mikrodenetleyici tetikleme sinyallerini

kesmektedir. Sürücü kartının anlık tetikleme alfa açısının,

işlem durumunu ve çalışma modunu göstermek için LCD

gösterge kullanılmaktadır. Şekil 2’de tasarlanan genel

amaçlı tristör sürücü kartının fotoğrafı verilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 1. (a) genel amaçlı tristör sürücü devresi blok

diyagramı (b) dsPIC program akış şeması.

GLCD Menu

Tuşuna Basıldı mı ?

Başla

DSP Başlangıç

Değerlerini Ayarla

GLCD Ana Menü

Göster, Kesintileri durdur

KSA=0, SAGF=0, PAGF=0,

SD=0, GLCD=1, Tüm Kesintileri Aktif

Yap

PAGF

PAGF

Menü=1

?

mm

SAGF

Menü=1

?

Smm

Sinyal

Menü=1

?

Sinyal Münü Göster ve Siçilen sinyali GLCD

de göster

1

Çıkış=1?

1

Kesintileri

Aktif yap

Buffer

Dijital Girişler

(Dijital Alfa, ,Hata girişi vs )

a

b

c

Alfa Açısı

Tetikleme

Trafoları

Senkron Referans Sinyali

Dijital I/O ve

Alfa Açısı POT

LCD

3-Fazlı Tristörler

Çalışma Modu

Mod Seçici

Buffer dSPIC30F4011

Opto izalatör ve Senkron Sinyal Üretici

(a)

(b)

Şekil 2: Genel amaçlı tristör sürücü kartı (a) LCD siz (b)

LCD’li fotoğrafı

2. 3-Fazlı 6-Darbeli Tam Denetimli Tristörlü

Doğrultucu

3 Fazlı tam denetimli doğrultucular için, Şekil 3’ deki

topoloji literatürde güç şeması olarak kullanılmaktadır.

alfa=30o için omik bir yük durumuna göre tristörlerin iletim

durumları ve gerilimler ise Şekil 4’ de verilmektedir.

Şekil 3: 3-Fazlı tam denetimli doğrultucu

Burada alan A1 üzerinden, doğrultucu çıkışı Vd’ nin

ortalama değeri hesaplanabilir. ( /2)

1

( /6)/ 3

3 2co

_

s( )

d ab

LL

Alan AV V d t

Vd V

Burada VLL fazlar arası gerilimdir. Görüldüğü gibi

doğrultucu çıkışı ortalama gerilimi fazlar arası gerilimin ve

alfa tetikleme açısının bir fonksiyonudur. Aynı şekilde

doğrultucu çıkışı Id akımı,

d

d

load

VI

Z

olarak elde edilmektedir. Endüktif ve kapasitif yükler için

doğrultucu çıkış geriliminin ve akımının analitik çözümü,

süreksiz akım durumları, eviren ve dinamik firenleme

modları için başvurulabilir [2].

Şekil 4: 3-Fazlı tam denetimli doğrultucu iletim durumları

Deneysel çalışmalarda, Şekil 3’ deki topoloji, genel amaçlı

tristör sürücü kartına, tristörlerin Şekil 5’de verildiği gibi

bağlanması ile uygulanmıştır.

Tam denetimli doğrultucu modunda, harici olarak

gönderilen açma-kapama denetimi kart üzerinde bulunan

dijital port vasıtasıyla yapılmaktadır. Tristörlerin tetikleme

açısı olan alfa, harici olarak dijital port veya kart üzerindeki

analog POT ile ayarlanmaktadır. Şekil 5’de 3-fazlı tam

denetimli doğrultucunun güç şema fotoğrafı verilmektedir.

Şekil 5: 3-Fazlı tam denetimli tristörlü doğrultucu fotoğrafı.

Şekil 6’da 3-fazlı tam denetimli doğrultucu (a) alfa=15°,

(b) alfa=60° için doğrultucu çıkışı VDA gerilimi, a-b faz

gerilimi VAB ve senkron sinyali örnek deneysel sonuçları

verilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 6: 3-fazlı tam denetimli doğrultucu (a) alfa=15°, (b)

alfa=60° için DA gerilimi, a-b faz gerilimi Vab ve senkron

sinyali örnek deneysel sonuçları.

3. 3-Fazlı AA Gerilim Denetleyici ve Statik

Anahtar

3 Fazlı AA gerilim denetleyiciler için, Şekil 7’ deki topoloji

literatürde güç şeması olarak kullanılmaktadır. Bu topoloji

tristörlerin kontrolünün kolaylığı açısından en çok

kullanılan yöntemdir. Bununla birlikte, daha farklı

topolojiler de mevcuttur [3,4]. alfa=90o için ve yük açısı

30o olan endüktif bir yük durumuna göre gerilimler ve

akımlar ise Şekil 8’ de verilmektedir.

Şekil 7: Y bağlı yükler için 3-Fazlı AA gerilim

denetleyicisi

Deneysel çalışmalarda, Şekil 7’ deki topoloji, genel amaçlı

tristör sürücü kartına, tristörlerin Şekil 9’ da verildiği gibi

bağlanması ile uygulanmıştır.

Şekil 8: Endüktif yük için alfa=90

o’ de gerilimler ve

akımlar

Burada ∝, tetikleme açısı, θ, 180-∝ ve β ise sönüm açısıdır. Sönüm açısı ile yük açısı aynı açılardır.

Şekil 9: Statik anahtar veya AA Denetleyici kartı fotoğrafı

Şekil 10’da tetikleme açısının değişimine göre çıkış faz

geriliminin etkin değerinin değişimi verilmektedir.

Şekil 10: Çıkış faz geriliminin (VAN) alfa ile değişimi

VA

N(B

irim

Değ

er)

Tetikleme açısı (derece)

1

0

Deneysel çalışma için, Şekil 11’ de alfa 5o ve 55

o’ de AA

denetleyici çıkışı 3-fazlı gerilimler verilmektedir.

(a)

(b)

Şekil 11: AA gerilim denetleyici için (a) alfa=5°, (b)

alfa=55° 3-fazlı kaynak gerilimleri deneysel sonuçları

Deneysel Çalışmalar

Genel amaçlı tristör sürücü deneysel laboratuar

düzeneğinde ….

Şekil 7: 3-fazlı tam denetimli doğrultucu (a) alfa=5° için

DA gerilimi, 3-faz yük akımları deneysel sonuçları.

Şekil 8: 3-fazlı tam denetimli doğrultucu (a) alfa=45° için

DA gerilimi, 3-faz yük akımları deneysel sonuçları.

Şekil 9: 3-fazlı tam denetimli doğrultucu (a) alfa=60° için

DA gerilimi, 3-faz yük akımları deneysel sonuçları.

Şekil 10: 3-fazlı tam denetimli doğrultucu (a) alfa=90° için

DA gerilimi, 3-faz yük akımları deneysel sonuçları.

1. Sonuçlar

Bu çalışmada, endüstriyel kullnıma yönelik genel amaçlı

tirstör sürücü kartının tasarımı ve uygulama sonuçları

verilmektedir…

2. Kaynaklar

[1] Kesler M., “Paralel Aktif Güç Filtresi Tasarımı ve

Vissim Yazılımı ile DSP Üzerinden Denetimi”

Kocaeli Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü,

Yüksek Lisans Tezi, (Temmuz 2005).

[2] Shepherd, W., “Power Converter Circuits”, 0-8247-

5054-3, sayfa:231-281

[3] 2006 - Comparison Analysis of AC Voltage

Controllers Based on Experimental and

Simulated Application Studies

[4] 1985 - Analysis and Performance of Three-

Phase Phase-Controlled Thyristor AC Voltage

Controllers