MÜHENDİSLİK DÜNYASI

mühendislik dünyası uygulama

ÜÇ FAZLI TİRİSTÖRLÜ KÖPRÜ DOÖRULTUCUSU İÇİN ATEŞLEME DEVRESİ

B. ILANGO R. KRISHNAN R. SUBRAMANIAN S. SADASIVAM

Çeviren: Erdal BOZDAG

ÖZET:

Endüstri uygulamalarında, üç fazlı Denetimli Silisyum Doğrultucu (DSD) köprü doğrultuculannın ateşlenme sinde kullanılan bugünkü ateşleme yöntemlerinde eş uzaklıklı ateşleme vuruşlarından yararlanılmaktadır. Bu dizgeler, genellikle birbirleriyle aynı altı evre denetim devresinden oluşmaktadır. Bu yazıda en az sayıda tümle şik devre öğesi kullanılarak yapılan bir dizge anlatılmak tadır. Dizgenin tetikteme açı düzeltmesine tepkesi hızlı olup gerilim aralığında tam denetim vardır.

SUMMARY

Existing firing schemes far the ftring of three phase SCR bridge rediften used far industrial applications employ equidistant firing pulses. Mostly, they consist of six identical phase control circuits. in this paper, a compact scheme using minimum integrated circuıt companents is described. it has a fast response far triggering angle correction and gives a full range control.

1. GİRİŞ

Endüstri uygulamalarında üç fazlı doğrultucuların tek tek evre denetimlerinde geniş sayida devre öğesi kullanıl maktadır. Bu yöntemin üstünlüğü, ateşleme açısı düzelti minin bir dönemin altıda biri kadar küçük bir zaman içe risinde yapılabilmesidir (1). Mümkün olduğu kadar az bir sayıda tümleşik devre öğesi kullanılarak yapılan ekono mik bir eş uzaklıklı vuruş ateşleme yöntemi, ateşleme açısı eş uzaklık aralarında önemsiz bir hata oluşturmuş tur. Eşgüdümlü ve faz denetimli vuruş dizgelerinin üreti mi, varolan diğer yöntemlerden daha basittir. Bu yönte min temel zayıflığı ateşleme açısı düzeltimini A.A. besle menin bir dönemlik zamanı içerisinde yapabilme yeter sizliğidir.

Yarım dalga doğrultulmuş bir gerilim dalgacıkları bir köprüdeki DSD'lerin eş zamanlı vuruş tetiklemesinde kullanılır (3). Bu basit ateşleme yöntemi iletim açısın da 25 100 aralığında bir denetim sağlar.

öngörülen yöntemde gerilim doğrultumu bir tam dalga doğrultucusu ile yapılır ve d. a. gerilimi tıkanır. Dalgacık lar tetikleme vuruşları ve eşgüdüm ereğiyle kullanılır. Vuruşların uygun DSD'lere yöneltimi bir mantık devre siyle yapılır, ateşleme açısından tam denetim sağlanır. Bir denetim gerilimi ateşleme açısını en fazla bir döne min altıda biri bir zaman içerisinde değiştirir. Bu dizge en az sayıda tümleşik devre öğesi kullanılarak yapılmış tır.

B. ILANGO, Mandras üniversitesi R. KRISHNAN, Mandras üniversitesi R. SUBRAMANIAN, Mandras üniversitesi S. SADASIVAM, Mandras üniversitesi Erdal B O Z D A Ğ , ODTÜ

S 75

2. ÖNGÖRÜLEN YÖNTEM

2.2. DA. GERİLİM TIKANMASI

Şekil 1, üç fazlı tam dalga denetimli doğrultucu ateşle me devresinin öbek çizimini göstermektedir. Bu dizgenin her katının tasarımı aşağıda açıklanmıştır. Ateşleme dev resinin tamamı şekil 2'dedir.

2.1. ATEŞLEME DEVRESİNİN GELİŞİMİ

Üç fazlı tam dalga doğrultucuda belirli bir DSD (şekil 1 ), anot gerilimi pozitif olduğundan )gerilim 60°'yi aş makta) bir geçit vuruşu uygulanırsa iletime başlar. Bir çevirim içerisinde 6 DSD'nin ateşlenmesi gerekir. Böyle ce geçit vuruşlarının sıklığı besleme sıklığının altı katı olur.

İkincil sargıları ortalı, birbirinin ayrı üç tek evreli trafo yu göz önüne alalım. İkincil sargılar çift yıldız bağlanmış tır. 6 diyot yardımı ile iki yarım dalga doğrultumu sağ lanmaktadır. Y anm dalga doğrultucu için doğrultulan gerilim üçüncü bileşen dalgacıkları üzerine bindirilmiş bir d.a. gerilimi olacaktır (Şekil 3.1). Şekil 3.3 aynı durumu ikinci doğrultucu için göstermektedir.

Üçüncü bileşen dalgacıkları tetikteme kaynağı olarak kullanılabilirler. Bu nedenle istenilmeyen d .a. gerilimi bir direnç sığaç devresiyle önlenebilir. Şekil 3.2'de doğrul tucu Tin çıkışı görülmektedir. Şekil 3.4 aynı durumu doğrultucu 2 için göstermektedir. Direnç değeri, 1. ve 3. tek konumluların büyül giriş direnciyle belirlenmektedir. D.A. tıkanması için RC zaman değişmesi dalgacık döne mi ile karşılaştırıldığında büyük olmalıdır.

2.3. ATEŞLEME AÇISI DENETİMİ

Y arım dalga doğrultucusu çıkışındaki üçüncü bileşen dalgacıkları tek konumlu Ve tetikteme girişi olarak uy gulanır. Tek konumlu Ti n çıkışı dalgacık sıklığında dik dörtgen vuruşlardır (Şekil 3 5 ) . Tek konumludan çıkış alabilmek için giriş gerilim değerinin 0.8 V'den büyük ol ması gerekir. Ateşleme açısını değiştirmenin yanında gi riş dalgacığının sıfır kesişimlerinde çıkış vuruşları ekle etmek için tek konumlu 2 kullanılır. Tekkonumlu Tin RC değeri değiştirilerek çıkıştaki vuruşun negatif kenarı

TEK KONUMLU

TÜREV ALICI

,§0° YADA MANTIĞI

3# VARIM

DALGA

DOĞRULTU.

b3* BESLEME 3# Y ARIM

t

" DALGA

YADA . MANTIĞI

CB2 3 MOD 6 SAY ICI

ao bo co

TAMPON KAT

DENETİMLİ DOG. RULTUCU

VE GEÇİDİ

EVİRGEC

KODLAY I Cl

sa

MÜLTL

Şekli 1. 3</>tam dalga denetimli doğrultucu ateşleme devresi öbek çizimi

S 76

3 0 besleme

sv

Kodlayıcı 7441 2.7K mit

Türev alıcı

Y ada mantıflı

M s Tek konumlu

, DSD Katodu Vuru»tr«!j«ı.

Tampon Kat (Bir DSL> için;

Şekil 2. 30tam dalga denetimli doflrultucu ateşleme devresi

değiştirilebilir. Bu çıkış vuruşu tekkonumlu 2'ye giriş olarak uygulanır. Tekkonumlu 1 vuruşunun negatif kenarının denetimi ile tekkonumlu 2 çıkışındaki vuru şun pozitif ucu, dalgacıkların af ir kesişim yerlerinden başlamak üzere bile denetlenebilir (Şekil 3.6). Aynı du rum yarım dalga doğrultucusu 2 için Şekil 3.7 ve Şekil 3.8'de gösterilmektedir. Tekkonumlular 2 ve 4'ün çıkış ları (Şekiller 3.6 ve 3.8) Y ADA geçidine giriş olarak ve rilir. Çıkış Şekil 33'da gösterilmektedir. Tekkonumlu 1'in RC devresindeki direnç değerinin değişimi ile iletim açısı Özerinde tam denetim sağlanır.

2.4. MOD 6 SAYICI ve KODLAYICI

Tekkonumlu 2 çıkışındaki vuruşlar Mod 6 sayıcısına saat vuruşları olarak uygulanır. Mod 6 şayiası (Şekil 4.2), bir onlu sayıcının (Şekil 4.1) değişik bağlanmasıy la oluşur. Mod 6 sayıcısının çıkışı kodlayıcıya giriş ola rak verilir. Kodlayıcı giriş vuruşlarını, çıkış, altı vuruş İçin bir vuruş olacak şekilde kodlar (Şekil 3.11). Pozitif vurulşlar elde etmek için bir evirici kullanılır.

2.5. YÖNELTME SÜRECİ

tutar, gerçekte gönderilmesi gereken DSD, DSD 1'dir. Bu durumu önlemek ve doğru vuruşun doğru DSD'nin geçitine gönderilebilmesi için bir yönettim vuruşu üreti lir.

Y öneltme imi için üçüncü bir tekkonumlu kullanılır. Bu nun girişi filaman trafo ikincil sargılarının herhangi birin den gelebilir. (Bu girişin dalga biçimi, örneğin DSD 11n anot gerilimine benzer, Şekil 3.14). Tekkonumlu 5'ten çıkış Q'dan alınır. Çıkış dalga biçimi Şekil 3.16'da gö rülmektedir. Bu çıkışın pozitif kenarının durumu tek konumlu 5'in RC değeri ile değiştirilebilir. Bu pozitif kenar, tekkonumlu 5'in giriş dalga biçimine göre 60°'ye konur. Tekkonumlu 51n bu çıkışının türevi almır, olu şan negatif vuruş kesilebilir ve aynı zamanda DSD'nin anot gerilimi ile aynı nokta olan tekkonumlu giriş gerili minin 60° noktasında bulunan bir pozitif vuruş oluşur (Şekil 3.18). Y ani, bu pozitif vuruşun konumu DSD 1 'in anot geriliminin pozitif olduğunu gösterir. Bu pozitif vu ruş her 360 derecede bir tekrarlanır. Bu, aşağıda açıkla nacağı üzere, onlu sayıcnm sayımını da durdurabilip sıfrlama yapabilir. Böylece " O " saklantını vuruşun DSD T i n geçitine gelmesini sağbr (DSD 11n anotu pozitif).

Ateşleme vuruşları anot geriliminin pozitif olduğu bir OSD'ye (örneğin DSD 1) yöneltilmelidir. Anahtarlama anında sayıcı O'dan 5'e kadar bir sayı saklayabilir. Böyle ce ateşleme vuruşu doğru DSD'ye gitmeyebilir, örneğin, sayıcı, DSD 4'e bir ateşleme vurucu gönderecek olan 3*0

Türev alıcıdan alman pozitif vuruş, iki Y ADA geçkinin birer girişine uygulanır (Şekil 4 3 ) . Bu Y ADA geçitleri nin diğer girişlerine onlu sayıcının B ve C çıkıştan gel mektedir. Y ADA geçidi çıkıştan onlu bölücünün 2 ve 3 numaralı girişlerine verilir. Tablo 1 bu durumun gerçek

Şekil 3 . 1 . Y arım doflrultu 1 çıkısı

Sakil 3.12. Kararsız salınıcı çıkısı

Şekil 3.2. Şekil 3.11n DAgarlIlm takınmasından sonraki BLOCüçüncü bileşen dalgacıkları

Şekil 3.4. Sakil 3.3'Un DA garlllm tıkanmasından sonraki

Ucûncü bileşen dalgacıkları negatif kanar konumu

değişken erişim (120°)

jı_n

Şekil 3.5. Tekkonumlu 1 çıkısı

Şekil 3.13. 'Ve* Geçitleri «IK ISI

VQb Vca

V V b c

ab

Vca

Vbc

VQb

V V c a

bc

Vab

VCQ

Şekli 3.6. Tekkonumlu 2 çıkısı

Şekli 3.7. Tekkonumlu 3 çıkışı

JLJLJLJL

Şekil 3.14. Tekkonumlu 5'e uygulanan dalga blçIml/DSD 1 Anodu

1 5

I3

I5

I1

6 I 2 I i •I 6 1 2 1 4

Şekli 3.15. Ateşleme sırası (herblr DSD 120 İçin İletimdedir)

Şekil 3.8. Tekkonumlu 4 çıkısı

_rLJUi_n_rLTLn_n_ şekil 3.9. •yma geçidi çıkısı

Şekil 3.10. MOD 6 Sayıcı sinsi

il

•JL

J

lJ

Şekil 3 . 1 1 . Evrim İşleminden sonra kodlayıcı çıkısı

şekil 3.16. Tekkonumlu 5 çıkısı

r

Şekil 3.17. Türev alıcı çıkısı

Şekli 3.18. DSD'In Anot geriliminin 60 VI her astığında pozitif vuruş vardır.

lik tablosunu vermektedir. Sadece 6. vuruşta B ve *" kışları 1 ve 1 verirler. Ne zaman B ve C onlu sayıc ve 3 numaralı girişlerine 1 ve 1 vermeye çalışsalar, kendini sıfırlar. Böylece sayıcı bir Mod 6 sayıcı oıaratc davranır (Şekil 4.2). Tablo I I , onlu sayıcının B ve C kışlarından gelen 6 olası giriş için Y ADA geçitlerinin kışlarını ve türev alıcıdan gelen " 1 " i göstermektedir. ( 1, DSD Tin anot geriliminin 60° kesimindeki pozitif ruşu göstermektedir). Onlu sayıcının 2 ve 3 numaralı ı larına gelen Y ADA geçitlerinin çıkışları daima 1 ve 1'< (Şekil 4 3 ) . önceden söylenildiği gibi bu sayıcıyı sıfırl. Tat o I I I , onlu sayıcının B ve C uçlarından gelen çıkış rın altı olası durumunu ve türev alıcıdan gelen O'a gö Y ADA geçitlerinin çıkışlarını göstermektedir. (0 , DS 1 'deki anot gerilim açısının 60°'den düşük olduğun yani DSD 1 anot geriliminin pozitif olmadığını göstc mektedir). Y ADA geçitlerinin çıkışları 1 ve 1 değildi bu yüzden sayıcı sıfırlanmaz (sayma devam etmektedir;, böylece DSD Tin pozitif olmayan anoduna vuruş gel mez. Bu da istenilendir.

TABLO I ONLU SA Y I CI N I N GERÇEKLİK TABLOSU

0 1

3 4 5 6 7 e

ÇIKIŞ

D

c

GİRİŞ NC A D

TB C

14 13 12 II 10 9 8

1 2 3 4 5 67

BO RO| ROgNC Vfcc

Rg2

GİRİŞ

Şekli 4 (a). 7490 Onlu Sayıcı

TABLO 2

Y ADA MANTIĞINA GIRT5 Y ADA MAN.

c fUREVALI. TIÖİ Ç IKIŞL.

iGimş

T,

14 13 12 II 10 t 8

23 4 367

Şekil 4 (b). 7490'nın MOD 6 Sayıcısı olarak bağlanımı

^7490 ONLU SAY ICI

<i TÜREV ALICIDAN SY ADA MAN. TIÖ I 7 4 0 2

Şekil 4 c). Onlu Sayıcı ve 'Y ada' mantığı

NOT: TÜREV ALICIDAN GELEN GİRİŞLER I OLDUĞU ZAMAN SAY ICI SIFIRLANIR. (Y ADA MANTIĞI ÇIKIŞLARI I VE I DİR.)

TABLO 3

Y ADA MANTIĞINA G İ R İ Ş Y ADA MANT.

c TUR EV ALI. ÇIKIŞLARI

NOT: TÜREV ALICIDAN SELEN GİRİŞLER 0 OLDUĞU Z A M A NL A R D A SAY MA Î ŞL E M I SÜRER. (Y ADA MANTIĞININ İKİ ÇIK IS İD A

1 VE I DEĞİL)

Bu şekilde, türev alıcı, Y ADA geçitleri ve sayıcı tarafın dan izlenen tekkonumlu 5, başlama anında saklanan sayı ne olursa olsun, anodu pozitif olan DSD'nin geç iti ne vu ruşu yönlendirecek bir im gönderir.

sağlamak için DSD geçitlerinin vuruş trafolarıyla sürül mesi gereklidir.

2.8. KORUMA

2.6. BİNDİRİM

Farklı geçit ve yük koşullarında güvenilebilir bir çalışma için sürekli tetikleme gereklidir. Sürekli tetikteme vuruş ları üretiminde DSD geçidi için denetim vuruşlarının bin dirimi gereklidir. Denetim vuruşları ve kararsız multivib ratörün yüksek sıklık çıkışı (5 KHzdüzeyinde) (Şekil 3. 12) bir VE geçidine giriş olarak verilir. VE geçidinin çı kışı bindirim uygulanmış denetleme vuruşlarıdır (Şekil 3.13).

Tekkonumlular 1 ve 3'e bağlanan RC devresinin D.A. önleme dirend bir transistörle koşut bağlanmıştır. Güç devresinde bir hata olduğunda bu transistorun tabanına bir im gelir ve transistor doyuma girer. Bu, 1 ve 3 nolu tekkonumlulara giriş vuruşlarını keser, böylece DSD'ler geçit vuruşlarını alamazlar.

3. SONUÇ

2.7. TAMPON KAT

Bir DSD köprü devresinin üç evreli çalışmasında tetikte me devrelerinin yanı sıra farklı evreler arasındaki yalıtımı

Y ukarıJa tartışılan yöntemin toplam iletim döneminde uygun biçimde işlediği saptanmıştır. Y öntemde en kü çük sayıda devre öğesi kullanılmıştır. Vuruş yöneltme, bir mantık devresi kullanılarak yapılmıştır. Denetim ge rilimine ateşleme açısı tepkisi hemen hemen anındadır.

KAYNAKLAR

(1 ) T. Krishnan ve B Ramaswami; "A fast response D.C. motor control", IEEE Trans. Ind.App. a i t IA 10, S. 6 4 3 : 6 5 , 1 9 7 4 (2) Remy Simard ve V. Rajagopalan, "Economical eguidistant pulse flring seneme for thyristorized

D.C. drives, " IEEE Trans. Ind. Electron. Contr. Instnım. a i t IECI 22, No. 3, S. 425 429,1975 (3) ). S. Wade ve L.G. Aya, "Design for slmultaneous pulse triggering of SCRs in three phase bridge configuration, " IEEE Trans. Ind. Electron. Contr. Instrum. a i t IECI 1 8 , No. 3, S. 104 1 0 6 , 1 9 7 1