DENEY 12 SCR ile İki yönlü DC Motor Kontrolü DENEYİN AMACI 1. Elektromanyetik rölelerin çalışmasını ve yapısını öğrenmek 2. SCR kesime görüme yöntemlerini öğrenmek 3. Bir dc motorun dönme yönünü kontrol etmek GİRİŞ Tek yönlü iletimleri ve kolay kontrol edilebilmeleri nedeniyle SCR ler, dc motor dönme yönü kontrolünde genellikle tercih edilirler. Röle Uygulamaları Röleler elektrikle çalışan anahtarlardır. Röleler, kuvvetlendirme, uzaktan kontrol ve işaret dönüşümü özellikleriyle, bir dizi olayı açıp kapayan uzaktan kontrol edilen mekanik anahtarlar olarak modern endüstriyel elektronik devrelerinde sıklıkla kullanılırlar. Bir elektromanyetik rölede, bobinden geçen akımın oluşturduğu manyetik alan ile kontaklar hareket eder. Eğer bobinden geçen akım yeterli ise, oluşan manyetik alan armatürü kendine doğru çeker, bunun sonucunda hareketli kontak sabit kontağa değer. Bobindeki akım sona erince, hareketli kontağın yayı kontakları birbirinden ayırır. Bir elektromanyetik rölenin iç yapısı ve dış görünümü Şekil 12-1 de gösterilmiştir. Armatür, boyunduruk (yoke), bobin, çekirdek, ve yaylardan oluşur. Rölenin dış kaplaması plastik yada metal olabilir, kaplama röleyi dış etkilerden ve elektromanyetik alan girişiminden korur. Genellikle kullanılan devre sembolleri Şekil 12-2 de gösterilmiştir. Şekil 12-2(a) daki daire yada dikdörtgen röle bobinini gösterir. genellikle NO (Normally Open) olarak kısaltılan normalde açık kontaklar Şekil 12-2(b) de gösterilmiştir. NO kontakları, röle enerjilendiğinde kapanırlar. Normalde kapalı kontaklar (Normally Closed: NC) Şekil 12-2(c) de gösterilmiştir, röle enerjilendiğinde açılırlar. İki sabit ve bir hareketli kontak kullanılarak, röle enerjili iken bir kontak grubu, enerjili değilken diğer kontak grubu kapalı konumda olan tek kutuplu çift kontaklı (single-pole-double-throw SPDT) röleler elde edilir, Şekil 12-2(d). 12-1
Şekil 12-1 Elektromanyetik Röle Şekil 12-2 Röle Devre Sembolleri Röle kontrolünde kullanılan üç popüler sürücü devresi vardır. Bunlar: (1) DC kaynak sürücülü Röle bobinine uygulanan bir dc gerilimle röle enerjilenir, Şekil 12-3(a). Uygulanan gerilim ve akım röle karakteristiklerine uygun olmalıdır. (2) Transistör sürücülü Şekil 12-3(b), röleyi enerjilendirmek için bir transistör dürücü kullanılan devreyi gösterir. Kontrol işareti transistör uygulanır. İletime geçen transistör, röleyi enerjilendirecek yeterli akımı sağlar. (3) Tristör sürücülü DC devrelerde röle sürmek için Şekil 12-3(c) de gösterildiği gibi bir tristör kullanılabilir. Bu uygulamada, SCR yi kesime götürmek için bir RESET anahtarına ihtiyaç vardır. 12-2
(a) Vdc sürücülü (b) Transistör sürücülü (c) Tristör sürücülü Şekil 12-3 Röle Sürücüleri İşaret devresi ile izole edilmiş yüksek akımlı yükleri kontrol etmek için kullanılan uzaktan kontrollü mekanik anahtarlar gibi elektronik devre uygulamalarının çoğunda röleler kullanılırlar. Şekil 12-4, röle, CDS, ve transistörden oluşan bir otomatik ışık kontrol devresini gösterir. R ve CDS, Q transistörünün bazına kutuplama sağlayacak gerilim bölücü devresini oluştururlar. R değeri, normal ışık seviyesindeki bir CDS nin direncinin 10 katı olacak şekilde tasarlanmıştır. Bu düzenleme ile gün ışığında transistörün iletime geçmesi engellenir ve dolayısıyla lamba yanmaz. Geceleyin CDS direnci, transistörü iletime geçirecek kutuplamayı sağlayacak kadar artar. Kollektör akımı röle bobinini enerjilendirir ve NO kontak kapanır ve lamba yanar. Bir dc motorun yönünü değiştirmek için, motora uygulanan gerilimin kutuplarını değiştirmek yeterlidir. Yapacağımız deneyde, uyguladığımız gerilimin kutuplarını değiştirmek için iki elektromanyetik röle kullanacağız. Şekil 12-5, SPDT kontaklı tipik bir elektromanyetik röleyi gösterir. Röle bobininde akım yokken, COM kontağı NC kontağına temas etmektedir. Yeterli bobin akımı akınca COM kontağı elektromanyetik çekim kuvveti etkisiyle çekilerek NO kontağına temas eder. Dolayısıyla röle bir anahtar olarak çalışır. Şekil 12-4 Otomatik Röle Kontrol Devresi 12-3
Şekil 12-5 Elektromanyetik Röle SCR nin Kesime Götürülmesi SCR kesime götürme yöntemleri Deney 7 de incelenmişti. Hatırlatma amacıyla, kesime götürme yöntemleri altta özetlenmiştir. 1. I AK anot katot akımının, tutma akımı I H nin altına düşürülmesi ile 2. Anot ve katot uçlarının kısa devre edilmesi ile 3. Anot katot çevriminin açık devre edilmesi ile 4. Anot katot geriliminin ters çevrilmesi ile 5. Self-komutasyon tekniğini kullanılması ile Şekil 12-6 da, SCR lerin ikisi de iletimde değilken C kapasitöründe yük yoktur. SCR1 in kapısına bir tetikleme darbesi uygulanırsa, RL, R1 ve SCR1 yolundan akım geçer. Aynı zamanda R2, C, ve SCR1 yolundan da akım geçer, ve kapasitör sağ tarafı pozitif, sol tarafı da negatif olacak şekilde şarj olur. SCR2 ye bir tetikleme darbesi uygulandığında, SCR2 iletime geçer, anot gerilimi yaklaşık 1V ye düşer. Kapasitör gerilimi anottan SCR1 in katotuna geçer. Bu ters anot katot gerilimi SCR1 in kesime gitmesine neden olur. Kapasitör deşarj yolu RL, R1, ve SCR2 olur. Akım R1 ve SCR2 den akar ve kapasitörü ters kutuplar. Bu durumdaki devre SCR1 e bir kapı tetikleme işareti vermeye hazırdır ve çevrim böyle tekrar eder. Şekil 12-6 SCR self-komutasyon tekniği 12-4
Deney Devresinin Açıklaması Şekil 12-7, bir dc motor ileri/geri yön kontrolü devresini gösterir. Motor yönünü kontrol etmek için SCR self-komutasyon tekniği kullanılmıştır. Dc güç uygulandığı anda, SCR ler ve röleler OFF durumlarındadırlar. Rölelerin NC kontakları ile topraklanmış olduğundan dc motor çalışmaz. CDS1 penceresi kapatılırsa, CDS1 direnci artacağından SCR1 ve RÖLE1 ON durumlarına geçerler. COM1 NO1 kontağına temas eder, böylece dc motor ileri yönde çalışmaya başlar. C1 kapasitörü RÖLE2 bobini ve SCR1 üzerinden şarj olur. C1 in soldaki ucunda negatif yük birikmiştir. CDS2 penceresi kapatılınca, SCR2 iletime geçer ve SCR1 anotundaki negatif potansiyel SCR1 i kesime götürür. İletimdeki SCR2 RÖLE2 yi enerjilendirir ve COM2 NO2 ye geçer. Böylece dc motor ters yönde dönmeye başlar. S1 butonu dc motoru durdurmak için kullanılmıştır. S1 temel olarak normalde kapalı bir anahtardır, butona basılınca iletimdeki SCR kesime gider ve devre başlangıç durumuna döner. Şekil 12-7 Deney Devresi KULLANILACAK ELEMANLAR KL-51001 Güç Kaynağı Ünitesi KL-53006 Modülü Multimetre 12-5
DENEYİN YAPILIŞI 1. KL-51001 güç kaynağı ünitesinin DC12V çıkışını KL-53006 modülüne bağlayın. 2. Bu durumda SCR kesimde olmalıdır. LED in durumunu gözlemleyin ve kaydedin. Multimetreyi kullanarak, SCR1 ve SCR2 anot-katot gerilimlerini ölçün ve kaydedin. V AK1 = V; V AK2 = V Her bir SCR nin durumunu kaydedin. 3. Multimetreyi kullanarak, RÖLE1 ve RÖLE2 nin COM kontaklarındaki gerilimleri ölçün ve kaydedin. V COM1 = V; V COM2 = V 4. Multimetreyi kullanarak, CDS1 ve CDS2 uçlarındaki gerilimleri ölçün ve kaydedin. V CDS1 = V; V CDS2 = V Her bir SCR nin durumunu kaydedin. 5. CDS1 e yüksek seviyede ışık tutun. Multimetreyi kullanarak CDS1 uçlarındaki gerilimi ölçün. Gerilim değişti mi? SCR1 anot katot gerilimini ölçün. SCR1 iletimde mi kesimde mi? CDS1 penceresini elinizle kapatın. Rölenin durumunu gözlemleyin ve kaydedin. Elinizi CDS1 penceresinden uzaklaştırın. Multimetreyi kullanarak CDS1 uçlarındaki gerilimi ölçün. Gerilim değişti mi? SCR1 anot katot gerilimini ölçün. SCR1 iletimde mi kesimde mi? COM1 noktasındaki gerilimi ölçün ve kaydedin. LED1 yanıyor mu? 6. Multimetreyi kullanarak, C1 kapasitörü uçlarındaki gerilimi ölçün ve kaydedin. V C1 = V SCR1 in anot ucundaki V C1 kutbu (pozitif yada negatif) 12-6
7. CDS2 penceresini elinizle kapatın. LED1 söndü mü? LED2 yanıyor mu? Multimetreyi kullanarak, CDS2 ve SCR2 nin V AK gerilimlerini ölçün ve kaydedin. SCR2 iletimde mi? SCR1 in V AK gerilimini ölçün. SCR1 kesimde mi? RÖLE1 ve RÖLE2 nin COM1 ve COM2 gerilimlerini ölçün ve kaydedin. V COM1 = V; V COM2 = V Elinizi CDS2 penceresinden uzaklaştırın. SCR lerin durumlarını gözlemleyin ve kaydedin. 8. Multimetreyi kullanarak, kapasitör gerilimini ölçün ve kaydedin. SCR2 anot ucundaki kapasitör geriliminin kutbu (pozitif yada negatif) V C = V 9. CDS1 penceresini elinizle kapatın. LED2 söndü mü? LED1 yanık mı? CDS2 penceresini elinizle kapatın. LED1 söndü mü? LED2 yanık mı? 10. Motoru durdurmak için S1 e basın. LED ler söndü mü? Motoru çalıştırmak için, CDS pencerelerinden herhangi birini elinizle kapatın. SONUÇ Bir dc motor devresinin dönme yönü kontrolü deneyini yaptınız. CDS ler bu deneyde sadece bir uygulama örneği olarak kullanılmıştır. Bu uygulamaya benzer kontrol devreleri tasarlamak için farklı sensörler yada anahtarlar kullanabilirsiniz. Self-komutasyon tekniği çok kullanışlı bir tekniktir, ve SCR leri kesime götürmek için sıklıkla kullanılır. Normal çalışmada, SCR nin aniden iletime geçmesinden sakınmak için SCR komutasyon zamanı kısa olmalıdır. Bir SCR nin komutasyon zamanı tipik olarak 10µs olduğundan, bu deneyde ihmal edilmiştir. 12-7