Akım Kesici Gerilim Düşüşü Geçiş İçin Akıllı Kontrol Modülü Çözümü

1. Tasarım Arka Planı ve İhtiyaç Analizi​
Elektrik sistemleri çalışırken, yıldırım çarpmaları, 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 (voltage sags) sıkça ortaya çıkar. Bu olaylar, geleneksel AC kontakörlerin triplerine neden olabilir, bu da sürekli üretim süreçlerinde planlanmamış duruşlara ve önemli ekonomik kayıplara yol açar.

Bu sorunu çözmek için birkaç akıllı kontrol çözümü (örneğin, yüksek gerilimli DC başlatma, PWM kontrol) önerilmiştir, ancak bu çözümler otomatik modül arızası geçiş işlevselliğini gerilim düşüşü atlatma yeteneğiyle entegre etme konusunda bir sınırlılığa sahiptir. Bu çözümde, CDC17-115 AC kontakörü kontrol hedefi olarak kullanılır ve modül arızası durumunda bile üretim sürekliliğini koruyacak şekilde kusur yedekliği olan akıllı bir kontrol modülü tasarlanmıştır.

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

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

• Temel Mimarisi: Pulse-width modulation IC (anahtarlama frekansı 132 kHz), MOSFET (MTD1N80E), özel transformatör (birincil endüktans 900 μH, sızıntı endüktans 15 μH, sarım oranı 0.11) ve π-tipi çıkış filtresi (L3, C2, C3)
• Çoklu Koruma Fonksiyonları: Giriş overvoltage/undervoltage, çıkış overvoltage/overcurrent/short-circuit/overheat koruması, entegre yumuşak başlangıç ve frekans titretme teknolojisi
• Performans:
• Stabil yük başlangıç süresi < 35 ms, hızlı atlatma ve normal durum arasında geçiş sağlar
• Kısa devre sırasında otomatik olarak güç kısıtlaması yapar ve hata temizlendikten sonra hızlıca istikrarlı hale gelir
• Geri besleme döngüsü açık olduğunda overvoltage korumasını tetikler ve hemen PWM çıkışı kapatır

Tablo 1: Filtre Parazit Parametrelerinin Kısa Devre Kurtarma Gerilimine Etkisi

​2.2.2 Hata Geçişi Devre Tasarımı​
İletken ve iletken olmayan anahtarların yenilikçi bir kombinasyonu kullanılmıştır:

• Yapısal Tasarım: İletken anahtarlar yüksek güç anahtarlama için tam kopma ve izolasyon fonksiyonlarını ele alır; güç elektronik anahtarlar yaysız, yüksek frekansta işlem sağlar
• Akıllı Geçiş Mantığı:
• Başlangıçta AC gücü normal kapalı kontaklar aracılığıyla sağlanır
• Normal işlem sırasında otomatik olarak DC güç moduna geçer
• Hata tespit edildiğinde, kontakt anahtarı sürüşünü devre dışı bırakır; resetten sonra AC doğrudan beslemeye geçerek sürekliliği sağlar
• İletken Koruma Teknolojisi: Evrensel AC/DC emilim bastırma devresi (diod RC + çift yönlü TVS diod D3) kullanılarak aşırı gerilim etkili bir şekilde kısılır, endüktif manyetik enerji dağıtılmış ve ark oluşumu önemli ölçüde azaltılmıştır

​2.2.3 Geçiş Süreci Optimizasyonu​

• AC'den DC'ye Geçiş: Güç elektronik anahtarları aracılığıyla tam dalga dikdörtgenize edilmiş titreşimli gerilim uygulanır, düşük voltajlı DC'ye geçişe 10 ms gecikme getirilir, bu sayede çekirdek geri tepmesi önlenir; test edilen geçiş pürüzsüz ve titreşimsizdir
• DC'den AC'ye Geçiş: Hata üzerine DC kesilir ve akıllı bir şekilde AC besleme sunulur; geçiş sırasında ark enerjisi ters diodlar aracılığıyla serbestçe dolaştırılır, faz açısı kontrolü ile gerilim zirvesi interferansından kaçınılmıştır
• Parametre Optimizasyonu (simülasyon sonuçlarına dayanarak):
• Dirençler (R2, R3): Küçük direnç değerleri daha yavaş gerilim genlik azalmasına neden olur ancak geçiş faz açısını etkilemez
• Kapasitörler (C1, C2): Küçük kapasitans değerleri daha yüksek salınım azalma frekansına (C = 2 μF olduğunda f = 174.7 Hz; C = 0.1 μF olduğunda f = 795.4 Hz) neden olur

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

• Anahtarlama güç kaynağı başlangıç özellikleri ve koruma performansı simülasyonu
• Geçiş sırasında direnç, kapasite ve faz açısı etkilerinin gerilim salınımına analizi
• Sistemin istikrarına parazit parametrelerin etkisinin değerlendirilmesi

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

• Anahtarlama güç kaynağı boş yüke/tam yüke (50 A kontakör) dalgaları tasarıma uygun sonuçlar vermiştir
• Kısa devre/geri besleme açık devre hataları altında koruma mekanizmaları hızlı ve etkili bir şekilde yanıt vermiştir
• Geçiş süreçleri pürüzsüz, çekirdek titreşimi olmadan gerçekleşmiş ve tüm fonksiyonlar tasarıma uygun sonuçlar vermiştir

​4. Temel Avantajlar ve Sonuç​

1. ​Yüksek Performanslı Anahtarlama Güç Kaynağı: Kompakt boyut, yüksek verimlilik ve kapsamlı koruma fonksiyonları, elektriksel güvenceli smart elektrik uygulamaları için idealdir.
2. ​Akıllı Hata Geçişi: İletken ve iletken olmayan anahtarların yenilikçi kombinasyonu, modül hataları sırasında AC işlemeye geçişin zamanında gerçekleştirilmesini sağlar, bu da 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 elektromanyetik kuvvete dönüştürerek, üretimde kesintiye uğramadan korunmasını sağlar.
4. ​Gerilim Düşüşü Atlatma Yeteneği: Sistem geriliminin nominal değerinin %60'ına düştüğünde otomatik olarak aktive olur, güvenilir kontaktör çekme durumunu sürdürerek planlanmamış duruşlardan kaçınır.

Bu çözüm, modül hata geçişini gerilim düşüşü atlatma yeteneğiyle başarılı bir şekilde entegre ederek, sürekli üretim süreçleri için çok güvenilir bir güç garantisi çözümü sunar ve gerilim düşüşleri nedeniyle oluşan duruşları etkili bir şekilde azaltır.