Anahtarlama Elemanları

Advertisement

  • Twitter
  • Facebook
  • Google+
  • Pinterest
  • Linkedin

Tristör nedir
Tristör, kontrollü yarı iletken bir anahtarlama elemanıdır. SCR olarak da bilinirler. SCR silikon kontrollü doğrıltucu anlamına gelmektedir. Özellikle güç elektroniği devrelerinde kullanılan tristörler çok hızlı açma ve kapama özelliğine sahiptirler. Son teknikle saniyede 25.000 defa açıp kapama yapan tristörler yapılmıştır. Dört katlı bir yarı iletkenden meydana gelen tristörler (P-N-P-N) kapı (gate) ucu ile iletken yapılabilmektedir. Doğru akımda çalışırlar. Yani tek yönlü akım geçirirler. Anot-Katot ve gate olmak üzere üç bağlantı ucu mevcuttur. Yüksek güçlü tristörlerde anot geniş bir taban üzerine tespit edilir. Bu tristörün hem kolay soğutulmasını hem de kolay monte edilmesini sağlar. Katot kalın bir kablo ile gate ucu ince bir bükülebilir kablo ile çıkartılmıştır.Tristörler bir kere iletken oldu mu (eğer besleme voltajı kesilmezse) devamlı iletken kalır. Bunun için özel metodlarla tristörleri yalıtkan duruma geçirmek gerekir. Bu davranışa iki durumu kararlı (bistable) davranış denir. Tristörler güç elektroniğinin gelişmesinde çok önemli rol oynamıştır. Bunun için 2000 Volt ve 3300 Ampere kadar çalışabilen tristörler yapılmıştır. Tristörlerde en büyük problem, açma-kapama esnasında meydana gelen ısıyı ve enerji birikimini dağıtmaktır. Bunun için çok çeşitli metodlar geliştirilmiştir.SCRlerin yüksek gerilim ve amper değerlerinde kullanılabilmelerinin sebebi gerilim düşümlerinin 1-2 volt kadar az olması ve dolayısıyla iletim durumundayken ısı kaybının oldukça düşük olmasıdır. Gerilim düşümü u elemanın üzerinden geçen akım ise I ise ısı kaybı p aşağıdaki formülle hesaplanabilir.p = u.ITristörler diğer yarıiletken elemanlar gibi teorik olarak sonsuz ömre sahiptirler ancak aşırı sıcaklıkta bu eleman tahrip olur.
TRİSTÖRÜN KENDİLİĞİNDEN İLETİME GEÇMESİ…Tristörler tetikleme sinyalleri ile iletime sokulurlar ancak bazı durumlarda eleman kendiliğinden iletime girebilir. Bu durumda elemanı kontrol edemeyiz. Bu durumları sıralayalım:1.Elemanın uçlarındaki gerilimin yükselme hızı kritik yükselme hızından büyükse 2.Elemanın uçlarındaki gerilim sıfır devrilme gerilimi değerinden eşit veya büyükse 3.Elemanı kesime sokmak için elemana ters yönde gerilim uygularız. Ters yönde gerilim uygulama süresi sönme süresinden küçükse Tristörümüz kendiliğinden iletime girer.

 

TRIAC
Thyristör ailesinden olan TRIAC özellikle AC güç kontrolü için yapılmış bir devre elemanıdır. Aşağıdaki şekilde bir TRIAC ın içi yapısı ve sembolü görülmektedir.

Triac iç yapısına dikkat edilirse paralel bağlanmış iki SCR şeklindedir.Gerçekte de SCR ile AC güç kontrolü yapılmak istendiğinde iki SCR yi paralel bağlamak gereklidir. Kısaca aynı kılıf içinde iki SCR olarak düşünebiliriz. Bu yapı özelliğinden bir triac üzerinden geçen her iki yöndeki akımı kontrol edebilir. Aşağıdaki şekilde bir triac ın V-I karakterristiği görülmektedir. Şekle dikkat edilirse simetrik iki SCR karakteristiğidir.

Devrenin akım iletmesi şu şekilde olmaktadır.

Triacın A1(1 numaralı anod) ve A2 (2 numaralı anod) arasına bir AC akım uygulayalım. A1 pozitif, A2 negatif olduğu zamanlarda kapıya (gate) pozitif bir pals verildiğinde triacın A1 ucundan A2 ucuna doğru bir akım akacaktır. Uygulanan AC akım sıfır volt olduğunda triac kendiliğinden akım iletmeyi durduracak yani sönecektir. A2 pozitif A1 negatif olduğunda ise kapıya negatif bir pals uygularsak akım bu kez A2 den A1 e doğru akacak, A1 ve A2 uçlarına uygulanan gerilim sıfır volt olduğunda triac kendiliğinden sönecektir. Triaclar örneğin A1 pozitif A2 negatif olduğunda kapısına negatif pals uygulandığında yada A2 negatif A1 pozitif olduğunda kapısına pozitif pals uygulandıklarında da ateşlenirler.
Triac ın Tetiklenme Durumları
A1 ile A2 arasına uygulanan gerilim
Kapı ile A2 arasına uygulana gerilim
Çalışma Bölgesi
Pozitif
Pozitif
I
Pozitif
Negatif
I
Negatif
Pozitif
II
Negatif
Negatif
II
Triacları ateşlenmesi ve ateşleme teknikleri SCR ile aynıdır. Ateşleme için sadece bir potansiyometre kullanırsak AC sinyalin pozitif bölümlerinde 0-900 derece arası ateşleme yapabilir. Negatif bölümlerinde ise 2700 ile 3600 arasında ateşleme yapabilir. Ateşleme açısını daha da arttırmak için kapı ile A2 arasına bir kondansatör ilave edilir. Bu sayede yaklaşık 3600 dereceye kadar ateşleme elde edilir. Ateşleme yöntemleri ile ilgili şekiller aşağıdadır.

Triaclar tam dalga güç kontrolünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir potansiyometre yardımı ile yük üzerinde harcanan güç ayarlanabilir, Dimmer yada ışığı ayarlanabilir lambalar veya sabit güç anahtarlaması solid relay (elektronik röle) örnek olarak verilebilir. Özellikle solid relay yani elektronik röle teorik olarak sonsuz ömre sahip olması ve hiç bakım gerektirmemesi nedeni ile yaygın olarak endüstride kullanılmaktadır.
Triac uygulamalarında A1 ve A2 arasına uygulanan voltaj küçük değerler ulaştığında triac kendiliğinden sönerek akım iletmeyi keser. Yeniden iletime geçirmek için kapıya yeterli akım ve voltaj sağlamak gereklidir. Buda triac üzerinden geçen akımda kesintiler demektir. Bazı uygulamalarda bu istenen bir durum değildir. Triac üzerinden geçen akımı teorik olarak sürekli hale getirmek yada iletimde olmadığı süreyi en aza indirmek yada iletim açısını çok geniş aralıkta değiştirebilmek için R (direnç), C (kondansatör) ve neon yada DIAC içeren devreler kullanılır. Örneğin AC motor hız kontrol devreleri buna bir örnek olarak verilebilir. Neon ile DIAC karakteristikleri birbirine çok yakın ve DIAC bir yarı iletken olduğu için günümüz devrelerinde DIAC tercih edilmektedir.

DIAC
Diac bir tost biçiminde PNP yarı iletkenlerinden yapılır. P taraflarında birer bacağı vardır. Aşağıdaki şekilde bir diac ın iç yapısı ve sembolü görülmektedir.

Diac´ın bacakları arasına negatif yada pozitif bir gerilim uyguladığımız zaman içindeki PN parçalarından biri ters diğeri ise doğru yönde bayaslanır. Ters bayaslanan PN parçasının üzerinden bir miktar sızıntı akımı akmaya başlar. Diac üzerindeki gerilimi arttırarak PN bağlantısının kırılma voltajın (breakdown) üzerine çıkartırsak, ters bayaslı PN bağlantı kırılma bölgesine geçer. Bu durumda Diac üzerinden geçen akım ani olarak yükselir ve Diac negatif direnç özelliği gösterir. Diac´ın bu durumda çalışmasına ON durumu adı verilir. Diac üzerindeki voltaj azaltıldığında yada breakdown voltajını altına inildiğinde Diac üzerinden geçen akım durur yani OFF durumuna geçer.

Diac içindeki katkı atomları P ve N maddeler içinde eşit oranda olduğu için (hatırlarsanız PNP yapısına sahip BJT transistörlerde PNP maddeleri farklı yoğunlukta katkı atomlarına sahipti) Diac´ın bacaklarının yönü yoktur.
Diac, çoğunlukla Triac devrelerinde Tetikleme elemanı olarak kullanılır. Aşağıda ki şekilde Triac ve Diac ile yapılan bir faz kontrollü güç devresi görülmektedir.

Bu devrede C kondansatörü zerindeki gerilim Diac kırıla gerilimin üzerine geçtiği zaman Diac ON durumuna geçerek Triac´ı tetikler. On durumundaki Diac, triac için gerekli olan kapı akımını sağlar. Triac´ın iletim açısı, Diac´ın devresinde bulunan R ve C nin zaman sabitesi ile sağlanmaktadır.
Aşağıda ki devre bir önce ki devreye büyük benzerlik göstermektedir. Aralarındaki fark, yük olarak endüktif bir yük olan AC motor ile devreye ilave edilmiş olan C2 ve R2 dir. Bilindiği gibi endüktif yüklerde akımla gerilim arasında bir faz farkı vardır. Bu durumda yük üzerindeki gerim sıfıra ulaşmadan üzerinden geçen akım sıfıra ulaşır, yani triac üzerindeki gerilim daha yüksek iken üzerinden geçen akım sıfıra ulaşır ve Triac OFF olur. Fakat bu seferde Triac üzerindeki gerilim çok fazla olduğu için kendiliğinden ateşlenir. İstenmeyen bu durumu ortadan kaldırmak için devreye R2 ve C2 ilave edilmiştir. Bu RC devresi, devrede ki faz farkından dolayı oluşan istenmeyen ateşlenmeleri ortadan kaldırır.

 

YARI İLETKEN ÇEŞİTLERİ
1-Endüstriyel elektronik devre elemanları
a-Tristörler
b-Triyaklar
c-Diyaklar

2-Transistörler
a-Ujt
b-Fet
c-Darlington

3-Diyodlar
a-Kristal
b-Led
c-Zener

1-ENDÜSTRİYEL ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI
A-TRİSTÖRLER
Tristörler: Anot, Katot, Geyt adı verilen üç ayaklı, iç yapısında PNPN olarak dört yarı iletken tabakadan oluşmaktadır. Tristörler hem DC hem de AC akım ve gerilimlerde çalışır. Elektrik-elektronikte “Güç Kontrolü” işlemlerinde kullanılırlar.
TRİSTÖRÜ TETİKLEME YÖNTEMLERİ
-Geyt Kontrollü Tetikleme
a-Ayrı Bir DC Üretecinden Tetikleme Akımı Sağlama
b-Ana Besleme Kaynağından Tetikleme Akımı Sağlama
-İzolasyon Trafosuyla Tetikleme
-Optokuplör İle Tristörün Tetiklenmesi
-Tristörün Anot–katot Arasına Yüksek Gerilim Uygulamak İle Tetikleme
-Yüksek Sıcaklık İle Tetikleme
Geyt Kontrollü Tetikleme
a-Ayrı Bir DC Üretecinden Tetikleme Akımı Sağlama

A anahtarı kapatılırsa, lamba çalışır mı, sorusuna da cevabınız hayır olacaktır.
Çünkü geyt tetikleme akımı almamıştır. A Anahtarının kapalı durumu devam etsin. G anahtarı kapatılıp açılırsa; yani geyt gerilimi bir anlık uygulanırsa, lambanın ışık vermesi gerekir.
b-Ana Besleme Kaynağından Tetikleme Akımı Sağlama

Geyt gerilimi ile anot geriliminin aynı kaynaktan sağlandığına dikkat ediniz. Devrenin gerilimi AC veya DC olabilir. G butonunu kapatırsanız, lambanın ışık vermesi kaçınılmaz olacak; çünkü tristör tetiklenerek katot, anot ve lamba üzerinden yük akımı akıtacaktır. Burada da eğer G anahtarı, kapatılıp açıldığında lamba sürekli ışık vermeye devam ediyorsa, uygulanan gerilim DC gerilimdir, sözü gerçek olur.
İzolasyon Trafosuyla Tetikleme

“İzolasyon ne demektir” sorusuna öncelikle cevap vermemiz gerekir. İzolasyon, iki devreyi birbirinden ayırmak demektir. Yukarıdaki devreye dikkat ederseniz, tristörle darbe üreteci eleman arasında direkt bağlantı yoktur. Tetikleme akımını manyetik yolla darbe trafosu, tristörün geytine aktarıp sürülmesini sağlar.

Tristörü Durdurma (Kesime Sokma) Yöntemleri
Seri–Paralel Anahtarla Tristörü Durdurma
Tersleyici Anahtarla Tristörü Durdurmak
(kapasitif anahtarla durdurma yöntemi)

Leave a Reply

Your email address will not be published.
Required fields are marked *