tristörlü kompanzasyonlar  Profesyonel Çözüm Ortağınız..

3.2.1. Tristörlü Statik VAR Kompanzatörleri

 

 

 

 

 

AC akım kıyıcı ve seri selften meydana gelen tristör kontrollü reaktör daima endüktif karakterlidir. Bu sisteme uygun boyutlarda sabit paralel (şönt) kapasite bağlanırsa tetikleme açısına bağlı olarak, toplam sistem endüktif veya kapasitif karakterli yapılabilir. (Şekil 1.11)

 

 

 

 

 

 

Şekil 1.12. Kontaktörlü yalın kondansatör bankalarıyla kompanzasyon

Bunun nedeni, bu sistemlerin ekonomik ve kolay bir çözüm sunmasıdır. Bu yöntem, yükün reaktif güç ihtiyacına göre, belli bir dizine sahip kondansatör kademelerinin, elektronik reaktif güç kontrol (RGK) rölesi ve kontaktörler yardımıyla devreye alınıp, devreden çıkarılmasına dayanır. Hızlı değişmeyen yükler için ekonomik ve kolay bir yöntem olmasına karşın, bu yöntemin çeşitli sakıncaları vardır. Kontaktörler şebeke gerilimi ve kondansatör üzerindeki gerilimi dikkate almadan rastgele bir anda ateşleme yaptıklarından dolayı, bara üzerinde ani ve hızlı gerilim yükselmeleri veya çukurları ile kondansatörler üzerinde aşırı geçiş akımları oluşabilmektedir. Bir kondansatör bankasının enerjilendirilmesiyle, ilk tepe gerilimi nominal gerilimin rms değerinin katına kadar ulaşabilen bir geçici rejim (transient) aşırı gerilimi (örnek: kondansatör henüz deşarj olmamış ve gerilimi negatif tepe değerinde, bara ise pozitif tepe değerinde olması durumu) ve tepe değeri kondansatörün nominal akımının 100 katına kadar ulaşabilen geçici rejim aşırı akımı oluşabilir. Bu durum aynı baradan beslenen PLC,CNC ve motor sürücü gibi hassas sistemlerin bozulmasına ya da yanlış çalışmasına ve kondansatörlerin ömürlerinin kısalmasına neden olmaktadır. Kontaktör yapışması ise sıkça karşılaşılan diğer bir önemli mekanik sorundur. Bununla birlikte yalın kondansatörlerin şebeke empedansı ile rezonansa girip patlama tehlikesi de vardır. Kontaktörlü filtreli kondansatör çözümü ile yalın kondansatör yönteminin bazı sakıncalarının önlenmesi amaçlanmıştır (Şekil 1.13).

 

 

 

 

 

 

 

Hızlı değişen yük durumlarında güç faktörünün elektromekanik olarak sürülen kondansatör    kademeleriyle değişmesi zordur. Böyle durumlarda geleneksel sistem, yükün  ihtiyacı olan reaktif gücü karşılamakta gecikir. Dolayısı ile, tristör anahtarlamalı kondansatör bankalarının kullanımı zorunluluk haline gelmiştir. Tristör anahtarlamalı kompanzasyon sistemleri, bara gerilimi ile kondansatör geriliminin sıfır noktasında kondansatör bankalarını devreye alma ve akımın sıfır noktasında devreden çıkarma esasına göre çalışır. Bununla birlikte, kondansatörlere seri olarak bağlanan anti­harmonik filtresi ile rezonans riski de bertaraf edilmektedir.

 

 

 

Burada Xc ve XL kademedeki kondansatör ve reaktörün reaktansını, Vm kaynağın maximum anlık gerilim değerini, α kondansatörün bağlı olduğu baradaki gerilimin faz açısını, wr sistem rezonans frekansını , Vcot = 0 anındaki kondansatör gerilimini   belirlemektedir.
 (Bu denklemde sistemin eşdeğer direnci ihmal edilmiştir.)
18
Geçici rejimleri olmayan bir anahtarlama için cosα =0 ve Vco = ± Vm (XC / (XC – XL )) koşulları eş zamanlı olarak sağlanmalıdır. Sürekli değişen koşullarda, mükemmel geçici rejimsiz bir anahtarlamayı sağlamak imkansızdır, ancak uygun bir kontrol stratejisiyle tristörün, kabul edilebilir sınırlarda anahtarlama yapması sağlanabilir. Tristör anahtarlamalı kondansatör sistemlerinin avantajları aşağıdaki şekilde sıralanabilir.

 

Tablo1. Kompanzasyon sistemlerinin karşılaştırılması

Özellikler	Kontaktör Anahtarlamalı	Tristör Anahtarlamalı
Anahtarlama metodu	Kontrolsü anahtarlamalı	Sıfır gerilimde anahtarlama
Anahtarlama Dalgalanmaları	Çok yüksek	İhmal edilebilir
Yanıt Süresi	Çok ağır (dakikalar seviyesinde)	Çok hızlı (Milisaniyeler seviyesinde)
Açma \ Kapama Süresi	Sınırlı	Sınırsız
Anahtar Tipi	Elektromekanik,çok aşınma ve bozulma,kısa ömürlü	Yarı iletken,aşınma ve bozulma yok,uzun ömürlü
Bakım Maliyeti	Çok yüksek	İhmal edilebilir

19

 

BÖLÜM-2

 

 

ARA DEĞERLİ HASSAS KOMPANZASYON

              Bu sistemde gerçekleştirilen kompanzasyon tekniğindeki temel mantığımız seçilen küçük güçlü bir endüktif reaktör ve bu endüktif reaktörün 2,4,8 katlarında gücü olan kondansatörler kullanarak kapasitif gücün giderilmesidir.Bu şekildeki bir kompanzasyon klasik kompanzasyon sisteminden daha hassas ve istenilen cos φ ye daha yakın bir değer bulan kompanzasyon tekniğidir.Ayrıca bu sistemin diğer büyük avantajıda hızlı anahtarlama yaptığından ve geri dönüşüm sistemi çok hızlı olduğundan elemanlar devreye girip çıkarken harcanan reaktif güç bu sistemde harcanmaz ve sistemin anlık tepkilerine hızlı cevap verebilir.
              Aşağıdaki şekilde sistemimizin tek hat şeması verilmiştir. Sistemimizin bloklarının işleyişi  ilerideki bölümlerde anlatılmıştır.

 

 

 

 

 

2.1 DEVREMİZİN İZLEDİĞİ YOLLAR  VE BLOK DİYAGRAMI

• Akım ve gerilim değerleri ölçüldü.
• Akım ve gerilim sıfır geçişlerinin yakalanması ile faz farkı elde edilerek cosφ hesaplandı.
• İstenilen cos φ değeri için uygun tetikleme sinyalleri üretildi.
• Reaktör  ve kondansatörler istenilen tetikleme açılarına göre iletime sokuldu.

 

 

Şekil 2.1. Konntrol devresi blok diyagram

 

 

 

 

 

 

 

21

2.2 SIFIR ALGILAMA DEVRESİ

          Tezde cosf yi hesaplamak için akımın ve gerilimin sıfırdan geçişlerini bilmemiz gerekiyor.Bunun için aşağıdaki devreyi uyguladık.Şebeke sinyalini kare dalgaya(0-5V) çevirip bu sinyali pic mikrodenetleyicisinin analog girişlerine veriliyor ve cos ?’yi hesaplıyoruz.Bu devreyi hem akım trafosundan,hem de gerilim trafosundan gelen analog sinyale uygularız.Böylece cos ?’yi hesaplarız.


Şekil 2.2. Sıfır algılama devresinin osiloskop çıkışı
Şekilde görüldüğü gibi her 10 ms de yani her bir saykılda durum değiştirmektedir.Sıfır algılama devresi pozitif saykılda 5V,negatif saykılda 0V vermektedir.

2.3 PROJEMİZİN GİRİŞ DEVRESİ
            Şekil 2.3 te projemizin giriş devresi görülmektedir.
Giriş devremizde akımın ve gerilimin sıfırdan geçtiği noktalar  belirleniyor ve pic mikrodenetleyicimiz ile akımın değeri,gerilimin değeri ve Cos ? hesaplanıyor.Girişlerimiz 220/6 gerilim trafosu ve CT25(1/2500 çevirme oranı) akım trafosu tarafından yapıldı.Akım trafomuzdan 50 sarım geçirerek 1/2500 oranını 1/50 oranına indirdik.Giriş devremizde akım ve gerilim değerlerimizi hesaplamak için Pic’in RA0 (gerilimin değeri) ve RA1 (akımın değeri)  analog girişlerini kullandık. Cos ? hesabı içinde RB0 (akımın sıfırdan geçtiği an için) ve RB1 (gerilimin sıfırdan geçtiği an için) uçlarını kullandık.

 

 

Şekil 2.3.Giriş devresi şeklimiz

2.4 AC KIYICI İLE ENDÜKTİF REAKTÖR  KONTROLÜ
         
             AC kıyıcı ile endüktif reaktör kontrol ederken dikkat etmemiz gereken birinci unsur tristörlerin tetiklenme açılarıdır.Tristörlerin tetikleme açılarına dikkat etmezsek ikinci tristörün tetiklemesi kaçabilir.Projemizde akımın sıfırdan geçtiği anlarda tristörlerimiz tetiklenecektir.Bu durumda ikinci tristörün tetiklenmesi kaçmaz.
Dikkat etmemiz gereken ikinci unsurda AC kıyıcının birinci tristörü sürüldükten sonra ikinci tristörün onun tersi bir pulse ile sürülmesi gerektiğidir.Bunu ister pic ile biz kendimiz yaparız istersekte çıkışa 74HC04 entegresi(NOT kapısı) ile yaparız.Şekil 2.4’te AC kıyıcı ile reaktör kontrolü ve reaktörün üzerindeki gerilim osiloskop ile gözlenmiştir.

23

Şekil 2.4.AC kıyıcı devresi

 

       
2.5 PROJEMİZİN ÇIKIŞ DEVRESİ

         Şekil 2.5 teki devre bizim reaktif rölemizin çıkış tarafıdır.Giriş tarafını yukarıda vermiştik.Çıkış devremizde pic ile tristörler arasında yalıtımı sağlamak amacıyla sıfır geçişsiz (MOC 3021 veya MOC 3022) optocoupler’ler kullanıldı.Kullanılan optocoupler’lerin beslemelerinin topraklarının  ayrı olmasına dikkat etmeliyiz.Çıkışımızı görüntülemek için 4x20 LCD yi kullandık.LCD yi  Pic’in D portlaına bağladık.Gerekli yazılım yazılım bölümünde verilmiştir. Şekil 2.5 endüktif reaktörün ve kondansatörlerin devredeki şekilleri gösterilmiştir.Akımımız sıfırdan geçtiği anda gerekli Qc ye göre AC kıyıcının birinci tristöleri sürülür ve 10 ms sonra AC kıyıcının ikinci tristörleri sürülür.Qc hesabımız aşağıdaki formülle yapılır:

P:Aktif gücümüz
Cos ?1:Sistemin Cos ? değeri
Cos? 2:İstenilen Cos ? değeri
Qc = P*(Tan ?1-Tan?2)

 

24

Şekil 2.5.Projemizin çıkış devresi

         Aşağıdaki tablo2.1 ve tablo2.2 de  20 W ve 40 W olan iki balanstın (endüktif reaktör) akım ve gerilim değişimine göre empedansı (Z),endüktansı(XL),aktif gücü (P) ve reaktif gücü(Q) değişimi gösterilmiştir.
         20 W lık balanstımızın direnci R= 45 Ω , L = 1335 mH ve cos? = 0.35 indüktifdir.

I (A)	V (V)	Z (Ω)	XL  (Ω)	P (W)	Q (VAR)
0.05	62	1240	1239	0.11	3.1
0.1	92	920	918	0.6	9.2
0.15	118	787	785	1	17.65
0.2	147	735	733	1.9	29.35
0.25	175	700	698	2.9	43.65
0.3	200	666	665	4.1	60
0.35	217	625	624	5.6	76.5
0.36	221	614	612	5.9	79.4
0.37	225	608	606	6.2	83
0.38	228	600	598	6.6	86.5
0.4	235	588	585	7.3	93.7
0.45	245	544	542	9.2	110
0.5	255	510	508	11.5	127

Tablo 2.1

25
          40 W lık balanstımızın direnci R = 53 Ω , L=930 mH ve cos? = 0.5 indüktifdir.

I (A)	V (V)	Z (Ω)	XL  (Ω)	P (W)	Q (VAR)
0.05	47	940	938	0.13	2.35
0.1	74	740	738	0.53	7.4
0.15	98	653	651	1.2	14.65
0.2	123	615	613	2.1	24.5
0.25	150	600	597	3.3	37.5
0.3	173	577	574	4.8	52
0.35	194	554	551	6.5	67.6
0.4	214	535	532	8.5	85
0.43	222	516	513	9.8	95
0.45	230	511	508	10.7	103
0.5	242	484	481	13.2	120
0.6	261	435	431	19	155
0.7	275	393	390	26	190

Tablo 2.2

            Şekil 2.6 ta 10 uF lık kondansatör üzerine 220 V gerilim uyguladığımızda akımın değeri gözlenmiştir.Bu devre akım değerleri değiştirilerek birçok kez yapılmış ve Tablo 2.3 elde edilmiştir.

Şekil 2.6.220 V taki kondansatör akım değeri

            Tablo 2.3 tede 10 uF lık bir kondansatörümüzde akım ve gerilim değişimine göre empedansı (Z),endüktansı(XL),aktif gücü (P) ve reaktif gücü(Q) değişimi gösterilmiştir.10 Uf lık kondansatörün direnci R = 0.02 olduğundan ihmal edilebilir.Qc hesabından sonra 10 uF lık ve 10 uF ın yaklaşık 2 ve 4 katı kondansatörler kullanarak gerekli Qc sağlanmaya çalışılacaktır.20 uF ve 40 uF lık kondansatörlerin kapasitif güçleri benzer yöntemlerle hesaplanacaktır.

 

26

 

I (A)	V (V)	Z (Ω)	XL  (Ω)	P (W)	Q (VAR)
0.1	26	416	416	0	41.5
0.2	72	360	360	0	14.4
0.3	98.3	328	328	0	29.5
0.4	128	320	320	0	51
0.5	160	320	320	0	80
0.55	172.2	313	313	0	95
0.6	187	311.66	311.66	0	112.2
0.65	200	307	307	0	130
0.7	218	310	310	0	152
0.71	220	309	309	0	156
0.72	222	308	308	0	160
0.74	230	310	310	0	170
0.75	231	308	308	0	173
0.8	245	306	306	0	196

Tablo 2.3

 

      
Şekil 2.7 de projemizin gerçekte kurulan devresi görülmektedir.
 

 

 

Şekil 2.7.Projenin gerçekteki devresi