Akım Kesici Gerilim Düşüşü Geçiş için Akıllı Kontrol Modülü Çözümü

1. Tasarım Arka Planı ve İhtiyaç Analizi​
Elektrik sistemleri işlemesi sırasında, yıldırım vuruşları, kısa devre hataları veya büyük ekipmanların başlatılması nedeniyle, nominal değerin %10-%90'ına düşen RMS gerilimin 10 ms ile 1 dakika arasında süren gerilim düşüşleri (sag) sıkça ortaya çıkar. Bu olaylar, geleneksel AC kontakörlerin triplerine neden olabilir, bu da sürekli üretim süreçlerinde planlanmayan duruşlara ve önemli ekonomik kayıplara yol açabilir.

Bu sorunla ilgili olarak, yüksek gerilimli DC başlatma, PWM kontrol gibi birkaç akıllı kontrol çözümü önerilmiştir, ancak bu çözümlerin bir ana sınırlaması vardır: otomatik modül arızası geçiş işlevselliğinin gerilim sag atlatma yeteneğiyle entegrasyonun eksik olması. Bu sorunu çözmek için, bu çözüm CDC17-115 AC kontakörü kontrol hedefi olarak kullanır ve modül arızası durumunda bile üretim sürekliliğini koruyacak şekilde kusur yedekliği olan akıllı bir kontrol modülü tasarlar.

​2. Modül Çalışma Prensibi ve Sistem Tasarımı​
​2.1 Genel İşlem Mantığı Mimarisi​
Akıllı kontrol modülü, çeşitli koşullarda güvenilir çalışmayı sağlamak için çift modlu güç kaynağı tasarısını benimser:

​2.2 Ana Bileşen Teknik Detayları​
​2.2.1 Anahtarlı Güç Kaynağı Tasarımı​
Yüksek performanslı anahtarlı güç kaynağı, aşağıdaki özelliklere sahip temel güç birimi olarak hizmet verir:

• Temel Mimarisi: Pulse-width modulation IC (anahtar frekansı 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), özel dönüşüm cihazı (birincil indüktans 900 μH, sızıntı indüktans 15 μH, sarım oranı 0.11) ve π-tipi çıkış filtresi (L3, C2, C3)
• Çoklu Koruma Fonksiyonları: Giriş aşırı gerilim/düşük gerilim, çıkış aşırı gerilim/aşırı akım/kısa devre/aşırı ısı koruması, entegre yumuşak başlangıç ve frekans titreşim teknolojisi
• Performans:
• Stabil yük başlangıç süresi < 35 ms, hızlı atlatma ve normal durumlar arasında geçiş desteği
• Kısa devre sırasında otomatik güç sınırlandırma ve hata temizlenmesinden sonra hızlı istikrar sağlama
• Geri besleme döngüsü açık olduğunda aşırı gerilim korumasını tetikleme ve hemen PWM çıktısını kapatma

Tablo 1: Filtre Parazit Parametrelerinin Kısa Devre Kurtarma Gerilimine Etkisi

​2.2.2 Hata Geçiş Devresi Tasarımı​
İletken ve iletken olmayan anahtarların yenilikçi bir kombinasyonu kullanılır:

• Yapısal Tasarım: İletken anahtarlar, yüksek güç anahtarlama için tam kesme ve izolasyon fonksiyonlarını ele alır; güç elektronik anahtarlar arkasız, yüksek frekansta işlemi sağlar
• Akıllı Geçiş Mantığı:
• Başlangıçta AC gücü genellikle kapalı kontaklar aracılığıyla sağlanır
• Normal işlem sırasında otomatik olarak DC güç kaynağına geçilir
• Hata tespiti üzerine, kontakt anahtarı sürücüsü devre dışı bırakılır; resetten sonra AC doğrudan beslemeye dönülerek süreklilik sağlanır
• Kontak Koruma Teknolojisi: Evrensel AC/DC emilim bastırma devresi (diod RC + çift yönlü TVS diod D3) kullanarak aşırı gerilimleri etkili bir şekilde kısıtlar, endüktif manyetik enerjiyi dağıtır ve arka oluşumunu önemli ölçüde azaltır

​2.2.3 Geçiş Süreci Optimizasyonu​

• AC'den DC'ye Geçiş: Güç elektronik anahtarlar aracılığıyla tam dalga dikdörtgenleştirilmiş titreşen gerilim uygulanır, düşük gerilim DC'ye geçişe 10 ms gecikme getirilir, bu sayede çekirdek geri tepmesini etkili bir şekilde önler; test edilen geçiş pürüzsüz ve titreşimsizdir
• DC'den AC'ye Geçiş: Hata durumunda DC kesilir ve akıllıca AC beslemeyi getirir; geçiş sırasında ters diodlar aracılığıyla ark enerjisi serbest bırakılır, faz açısı kontrolü ile voltaj zirvesi interferansından kaçınılır
• Parametre Optimizasyonu (simülasyon sonuçlarına dayanarak):
• Dirençler (R2, R3): Küçük direnç değerleri gerilim genliğinin daha yavaş azalmasına neden olur, ancak geçiş faz açısını etkilemez
• Kapasitörler (C1, C2): Küçük kapasitans değerleri daha yüksek titreşim azalma frekansına (C = 2 μF'de f = 174.7 Hz; C = 0.1 μF'de f = 795.4 Hz) neden olur

​3. Simülasyon ve Deneysel Doğrulama​
​3.1 Simülasyon Analizi​
Sistem simülasyonları Multisim yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir, şunları içerir:

• Anahtarlı güç kaynağı başlangıç özellikleri ve koruma performansı simülasyonu
• Geçiş sırasında direnç, kapasitans ve faz açısı etkilerinin gerilim titreşimine analizi
• Parazit parametrelerin sistem istikrarına etkisinin değerlendirilmesi

​3.2 Deneysel Doğrulama​
CDC17-115 AC kontakörü üzerinde yapılan testler şunları doğrulamıştır:

• Anahtarlı güç kaynağı boş yük/dolu yük (50 A kontakör) dalga formları tasarım beklentilerini karşılar
• Kısa devre/geri besleme açık devre hataları altında koruma mekanizmaları hızlı ve etkili bir şekilde yanıt verir
• Geçiş süreçleri pürüzsüz, çekirdek titreşimi olmadan gerçekleşir ve tüm fonksiyonlar tasarım gereksinimlerini karşılar

​4. Temel Avantajlar ve Sonuç​

1. ​Yüksek Performanslı Anahtarlı Güç Kaynağı: Kompakt boyut, yüksek verimlilik ve kapsamlı koruma fonksiyonları, elektriksel güvenilirliği önemli ölçüde artırır, akıllı elektrik uygulamaları için idealdir.
2. ​Akıllı Hata Geçiş Tasarımı: İletken ve iletken olmayan anahtarların yenilikçi kombinasyonu, modül hataları sırasında AC işlemine zamanında geçiş sağlar, kontakör sisteminin sürekli güç sağlamasını garanti eder.
3. ​Efektif Enerji Yönetimi: Evrensel AC/DC emilim bastırma devresi, geçişler sırasında aşırı gerilim ve ark enerjisini stabil manyetik kuvvete dönüştürerek, üretimin kesintisiz olmasını sağlar.
4. ​Gerilim Sag Atlatma Yeteneği: Sistem geriliminin nominal değerden %60'ına düştüğünde otomatik olarak etkinleşir, güvenilir kontakör çekme durumunu koruyarak planlanmayan duruşları önler.

Bu çözüm, modül hata geçişini ve gerilim sag atlatma yeteneğini başarılı bir şekilde entegre ederek, sürekli üretim süreçleri için çok güvenilir bir güç garantisi çözümü sunar ve gerilim saglarından kaynaklanan duruşları etkili bir şekilde azaltır.