• Sonuç bulunamadı

5. AGF SİSTEMİNİN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

5.3. AGF Elektronik Donanım Tasarımı

Elektronik devreler, sistem parametrelerinin ölçülüp, AGF güç yarı iletkenlerinin, kullanılan denetim yöntemlerine göre uygun zamanlarda anahtarlanması için tasarlanmıştır. Elektronik devreleri temel olarak 4 gruba ayırabiliriz. Bunlar; ölçüm devreleri, işaret işleme ve anahtarlama devreleri, koruma devreleri ve besleme devreleridir (Şekil 5-5).

Şekil 5-5 AGF elektronik donanım şeması

5.3.1. Ölçüm devreleri

Ölçüm devreleri, bu tezin 3. kısmında aktarılan denetim yöntemlerini gerçeklerken kullanılan akım ve gerilimlerin izole bir biçimde ölçülmesi için kullanılmışlardır. Ölçüm devreleri; akım ölçüm devreleri ve gerilim ölçüm devreleri olmak üzere iki kısma ayrılabilir. Akım ölçüm devreleriyle, 3 faz AGF akımı, 3 faz harmonik yük akımı ölçülmüştür. Gerilim ölçüm devreleriyle ise, DA bağ gerilimi ve 3 faz şebeke gerilimi ölçülmüştür.

Şekil 5-6 AGF sistem parametreleri ölçüm noktaları

İzole ölçüm için Hall etkili (Hall effect) duyargalar ve transformatörler kullanılmıştır. Hall etkili duyargalar, transformatörlere göre, yüksek maliyetli ve aktif elemanlar olmasına rağmen, DA işaretlerini izole bir biçimde ölçebilmeleri, belirli bir frekansa kadar tepkilerinin değişmemesi ve sıcaklıkla değişmeyen kompanze edilebilir faz farkı getirmeleri bakımından transformatörlere üstünlük kurmaktadırlar. Bu yüzden yük ve şebeke akımı ölçümünde LEM firmasının üretmiş olduğu LA 25NP akım duyargası kullanılmıştır. Çünkü uygulanan akım denetim sistemlerinde filtre akımı üzerindeki anahtarlamadan kaynaklanan dalgacıklar önem arz etmektedir ve hassas olarak ölçülmesi gerekmektedir. DA bağ gerilimi ölçümünde ise DA ölçüm kabiliyeti yüzünden LEM firmasının üretmiş olduğu LV 25P kodlu duyarga kullanılmıştır. Ancak şebeke geriliminin ölçülmesinde transformatörler sorun teşkil etmeyeceği için 300V/5V gerilim transformatörü kullanılmıştır. (Şekil 5-7)

Şekil 5-7 Elektronik Devreler

5.3.2. İşaret işleme ve anahtarlama devreleri

İşaret işleme ve anahtarlama devreleri, izole bir biçimde ölçülen AGF değişkenlerinin analog olarak düzenlenmesinin ardından sayısal işaret işleyicinin örnekleyebileceği aralığa çekmektedir (0-3V). Sayısal işaret işleyici tarafından sayısala çevrilen AGF değişkenleri daha sonra tezin 3. kısmında aktarılan denetim yöntemlerinin uygulanması ve uygun anahtarlama sinyallerinin üretilmesi için kullanılmışlardır.

İşaret işleme ve anahtarlama kartına, 3 gerilim, 6 akım olmak üzere 9 adet analog işaret girilmektedir. Bununla beraber, IGBT sürücülerden gelen 3 adet hata işareti ve koruma kartından gelen hata işaretleri alınmaktadır. Bütün analog ve sayısal işaretler 0-3V seviyesine çekilmekte ve tamponlanarak DSP’ye iletilmektedir.

Şebeke gerilimleri 0-3V seviyesine çekilmeden önce 50Hz bir pasif filtreden geçirilmiştir. Böylece yazılımda FKD döngüsünde kullanılan gerilim işaretlerinin üzerindeki ana bileşen dışındaki bileşenler süzülmektedir. Ancak daha sonra pasif filtrenin getirdiği faz farkının zamanla malzeme toleranslarından dolayı değişim göstermesinden ötürü bu pasif filtreler sayısal işaret işleyicide sayısal olarak uygulanmıştır.

Sayısal işaretler ise özelliklerine göre optik izolasyonlu ve izolasyonsuz olmak üzere 0-3 V seviyesine çekilmektedir. IGBT sürücülerinden gelen hata sinyallerinin referans topraklarının kontrol sistemi besleme toprağıyla aynı olması sebebiyle hata sinyalleri doğrudan alınmakta ve 0-3 V aralığına çekilmektedir.

AGF’nin Start/Stop komutları için 2 adet optik izolasyonlu giriş ayrılmıştır. Bu girişlerden girilen işaretler optik bağdaştırıcı yardımıyla alınmakta ve 0-3V aralığına çekilmektedir.

DSP’den çıkan anahtarlama işaretleri ise daha önce hata sinyallerinde bahsedildiği üzere toprak bağlantısının aynı olması sebebiyle doğrudan (herhangi bir optik veya galvanik izolasyon olmadan) 0-3V seviyesinden 0-15V seviyesine çekilmektedir. Her bir yarım-köprüdeki IGBT’ler arasındaki ölü zaman (dead-time) sürücü devrelerinde üretildiği için ayrıca işaret işleme kartında herhangi bir ölü-zaman üreteci kullanılmamıştır.

Tez çalışmasında sayısal işaret işleyici olarak Texas Instruments firmasının motor denetim uygulamaları için optimize etmiş olduğu eZdsp F2812 sayısal işaret işleyici kartı kullanılmıştır. Bu kartın üzerinde, özellikleri Çizelge 5-1’de verilen TMS320F2812 kodlu sayısal işaret işleyici mevcuttur. Bu sayısal işaret işleyicinin seçilmesinin sebebi, birçok yararlı çevrebiriminin yanında 150 MIPS hızında işlem yapabilmesi, 16 kanal, 12 bit, 12.5MHz analog-sayısal çevirici çevre birimi bulundurması, matematiksel hesaplarda kullanılabilecek ROM’da hazır data tablosu (sinüs, tanjant) bulundurması ve darbe genişliği modülasyonu çevrebirimi bulundurmasıdır. İşaret işleme ve anahtarlama devreleri Şekil 5-7’ de görülebilir.

Çizelge 5-1 TMS320F2812 DSP ana özellikleri

Çalışma Frekansı 150MHz (6.6ns çevrim hızı)

Programlama ve debug

C derleyici JTAG desteği Eğitim kartı

Saat ve Sistem Denetimi

PLL ile frekans değiştirebilme özelliği Watchdog zamanlayıcısı Gömülü Osilatör Gömülü Hazıfa 18Kx16 RAM 1Kx16 OTP ROM 128Kx16 Flash Hafıza

Gömülü matematik fonksiyonları (sin, tan)

Motor denetim çevresel birimi 2 adet motor sürücü için optimize

edilmiş olay yöneticisi (event managers) Zamanlayıcı (timer) 3 adet 32 bit zamanlayıcı

Kesme (interrupt) 3 dış kesme

45 çevresel ara yüz kesme

Analog Sayısal Çevirici (ADC)

12 bit 16 Kanal 80ns çevrim süresi Giriş/Çıkış 56 adet Seri arayüz SPI CAN 2 x UART Çalışma sıcaklığı -40C° - +85C° Besleme +1.9V -, +3.3V 5.3.3. Koruma devreleri

Koruma devreleri, sistemin denetim dışına çıkması halinde, sistemi sorunsuz bir biçimde kapatmak için tasarlanmıştır. Koruma devreleri olarak; AGF ve şebeke akımını sınırlamak için termik manyetik şalterler, AGF’nin şebekeyle bağlantısını kesebilmek için kontaktör ve acil bir durumda sistemi kapatmak için mantar buton

kullanılmıştır. Ayrıca, AGF’nin denetim dışına çıkıp, DA bağ geriliminin önceden belirlenen sınır değerini aşması durumunda ve yazılımın çakılıp herhangi bir IGBT’nin 2.5ms’den fazla devrede kalması durumunda sistemi devreden çıkartacak analog bir koruma kartı tasarlanmıştır (Şekil 5-7). Bunların yanı sıra evirgecin bir kolundaki 2 IGBT’nin birden iletime geçmesini engelleyen ve bu durumda sistemi devreden çıkartan koruma devresi IGBT sürücü kartında mevcuttur.

5.3.4. Besleme devreleri

Besleme devresinin tasarımında öncelikle her bir birimin ihtiyaçlarının belirlenmesi gerekmektedir. Güç katında bulunan sürücü devresinin +15Vda, ölçüm devrelerinde ki gerilim duyargasının ±15Vda, akım duyargasının +5Vda ve DSP kartının +5Vda/+3.3Vda ihtiyacı bulunmaktadır. Bu durumda, besleme devresinin yukarıda verilen bütün gerilim seviyelerinde çıkışa sahip olması gerekmektedir. Beslemelerin daha çok kontrol birimlerinde kullanılıyor olması, besleme devresinin çıkış gücü ihtiyacını düşürmektedir.

Gerçekleştirilen AGF’nin bir laboratuvar prototipi olması sebebiyle, besleme devresi basit olarak masa tipi güç kaynaklarından oluşturulmuştur. Bu kapsamda GW-Instek marka ±30Vda, 0-18Vda ve 0-5Vda çıkışları bulunan 60W gücünde iki adet güç kaynağı kullanılmıştır. Bu güç kaynakları, AGF’nin besleme ihtiyacını karşılamaktadır.

6. GERÇEKLEŞTİRİLEN AGF’NİN DENEYSEL SONUÇLARI

Benzer Belgeler