ÖZEL YARI İLETKEN ELEMANLAR
VE UYGULAMALARI – 3:
AC yüklerinin açıp kapatılmalarında anahtar olarak bir SCR
kullanılıyorsa, SCR' nin kapısından (gate) uygun büyüklükte bir akım
akıtmak yeterlidir. Fakat bir şey hiç unutulmamalıdır. Bir SCR' nin
anodu ile katodu arasına AC voltaj uygulansa bile, SCR her iletime
geçtiğinde üzerinden sadece yarım dalga akım geçecektir. Yani
üzerinden geçen akım her ne kadar AC olsa da tam değil yarısı. Bunun
faydaları da vardır. Özellikle büyük güç harcayan doğrultucu
devrelerde voltaj ayarlamak için çok kullanılır. Bir örnek verecek
olursak büyük DC motorlarda mesela trenlerde, motor hız kontrolü
olarak SCR'li devreler kullanılır.
Aşağıdaki şekilde tam ON olmuş yani tamamen iletime geçmiş bir
SCR üzerinden geçen akım dalga şekli görülmektedir.
Bir SCR yi iletime geçiren akım yaklaşık hep aynıdır. Tabi ki
SCR'nin modeline bağlı olarak değişiklik olur. Fakat aynı SCR için,
SCR yi iletime geçiren akım aynıdır. Şimdi bu özelliği göz önüne
alarak bir SCR üzerinden geçen akımı değiştirelim! Aslında akımı
değiştirmeyeceğiz. SCR yi devreye uygulanan AC voltajın değişik faz
derecelerinde ateşleyelim.
Yukarıdaki devrede girişe uygulanan AC voltaj sıfırdan başlayarak
maksimum değerine kadar bir zaman içinde yükselecektir. Bu yükseliş
sırasında SCR'nin kapısına bağlı R potansiyometresini üzerinden bir
akım akıtmaya çalışacaktır. Giriş voltajı belli bir seviyeye
geldiğinde kapı üzerinden akan akım SCR yi ateşleyerek ON durumuna
getirecektir. SCR bir kere ON olduktan sonra ancak anodu ile katodu
arasında ki voltaj "tutma voltajının altına" yaklaşık sıfır volta
düşene kadar ON olarak kalacaktır. Giriş voltajı bir önceki voltaj
seviyesine kadar tekrar yükselene kadar da OFF olarak kalacaktır.
Şimdi potansiyometreyi biraz açalım yani direncini düşürelim. Bu
sefer giriş voltajı daha erken zamanda SCR'nin kapısından
yeterli akım geçirerek SCR'yi ON yapacaktır. Potansiyometreyi
kısarsak yani direncini arttırırsak bu kez de giriş voltajının daha
yüksek seviyelerinde yeterli kapı akımı oluşacak ve SCR daha geç ON
olacaktır. Anlaşılacağı gibi potansiyometreyi açarak SCR üzerinden
daha fazla, potansiyometreyi kısarak daha az akım!!
geçiriyoruz.
Şimdi neden " akım! " yazdım. Dalga şekillerine dikkat
ederseniz aslında akımın büyüklüğü değişmiyor. Sizin daha basit
anlamanız için "akım" sözcüğünü kullandım. Değişen akımın akma
zamanı. Potansiyometrenin açılıp kısılması ile bir zaman aralığı
içinde SCR üzerinden geçen akımın süresini değiştiriyoruz. Aslında
bu yeterli sonucu sağlar. Çünkü sonuç olarak bizim yük üzerinde
harcadığımız güç önemlidir. Yük üzerinden küçük sinüs parçaları
halinde akım geçirirsek az güç harcarız, yada büyük sinüs parçaları
halinde akım geçirirsek çok güç harcarız.
Bu şekilde faz kontrolünü sinüs içiminde bir dalga şekli için
0-90 dereceler arası yapmak mümkündür. Çünkü giriş dalga şekli 90
dereceye eriştiğinde zaten olabilecek maksimum giriş voltajına
erişilmiş ve SCR ateşlenmiş olacaktır. Eğer 900 den daha
yüksek açılarda ateşleme gerekiyorsa aşağıdaki şekilde görüldüğü
gibi devreye bir C kondansatörü ilave edilir. Potansiyometre (R) ile
C nin oluşturduğu sabit gecikme süresi kadar bir gecikme, C
kondansatörü olmadan olacak ateşleme süresinin üzerine ilave edilir.
SCR ile yapılan çeşitli uygulamalarda farlı bağlantılar ve tetik
devreleri kullanılır. Bu tamamen amaca bağlı olup, dalga
şekillerinde farklılıkları açıkca görülmektedir.
Günümüz UPS lerinde (Kesintisiz Güç Kaynakları) çıkış
devrelerinde SCR kullanılır. Bunun nedeni büyük güç altına çalışan
bu devrelerin verimlerinin yükseltilmesi ve üzerlerine daha az güç
harcamalarını sağlamaktır. Aşağıdaki şekilde bir UPS nin invereter
adı verilen basitleştirilmiş çıkış katı görülmektedir.
Sürekli tekrar ettiğim önemli bir konuyu tekrarlayacağım.
Unutmayalım ki bir thyristörler bir kere ON olduktan sonra anod -
katot arası voltaj 0V olmadan OFF olmaz. Bu nedenle thyristörlerin
DC ile çalışmasında, OFF konumunun sağlanması için bir takım özel
devrelere ihtiyaç duyulur. Bu devrelere komütasyon devreleri
denmekte idi.
Yukarda ki devrede SCR1' in kapısına pozitif bir pals
uygulayalım. Bu durumda SCR1 iletime geçer ve o durumda kalır. Akım,
L bobininden trafonun n1 sargısından ve SCR1 üzerinden geçecektir.
SCR1 ateşlendiğinde, SCR1' in anodu arasındaki voltaj farkı kalmaz.
C kondansatörünün üst ucu negatif yada toprak voltajına iner. C
kondansatörünün alt ucu ise kaynak voltajına eşit olur.
Tetikleme palsı istediğimiz çıkış dalgasının periyodunun yarı
zamanında SCR2 uygulanın. Bu durumda SCR1 zaten ON durumda
idi. SCR2 ON olunca üst ucu negatif alt ucu pozitif olan C
kondansatörü ikisi de ON olan SCR1 ve SCR2 üzerinden boşalır. Şimdi
bu duruma dikkat edelim. C kondansatörünün boşalması anında SCR2'
nin anodu kondansatör üzerindeki yük nedeniyle pozitif, buna bağlı
olarak SCR2 üzerinden geçen akım doğru yönde olacaktır. Aynı
anda SCR1' in anodu C kondansatörü üzerindeki yük nedeniyle
negatiftir. Bundan dolayı SCR1 üzerinden katotdan anoda doğru ters
yönde bir akım akacaktır. Bu ters akım SCR1' i OFF yapacaktır. SCR1
OFF olduğu zaman C kondansatör üzerindeki gerilim bu kez ters yönde
yani -2E olarak görünür. Tekrar yarım periyot süresinde bu kez SCR1
tetiklenir ve SCR2 OFF olur ve bu şekilde devam eder. Devredeki L
bobinin amacı C kondansatörünün boşalma hızını kontrol eder.
SCR ler DC ve AC motorlarda güç kontrolü yaparak hız
değişiklikleri yapabilir. Örneğin bazı el tipi elektrikli
matkapların tetiklerine basarak hızlarının değiştirilebilme
özellikleri gibi.
Aşağıdaki şekil tipik bir DC motor hız kontrol devresi
görülmektedir.
Girişteki devre köprü tipi bir doğrultucudur. Devrede dikkatimizi
çeken bir nokta devredeki SCR' nin her ateşlemeden sonra
kendiliğinden sönmesini sağlamak için doğrultucu çıkışında herhangi
bir süzgeç kondansatör kullanılmamasıdır. Şekildeki R2 direnci hız
kontrolü için kullanılır. L bobini oluşacak parazitik gürültüleri
önlemek, D diyodu ise bu diyot üzerinde oluşan ters yöndeki
gerilimleri kendi üzerinde kısa devre etmek için kullanılır.
Önümüzdeki ay görüşmek üzere.. |