DEĞİŞKEN AKIMLE BESLENEN ELEKTRİKLİ ULAŞIM SİSTEMLERİNDE GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN ÖNEMİ

DEĞİŞKEN AKIMLA BESLENEN ELEKTRİKLİ ULAŞIM SİSTEMLERİNDE GUC ELEKTRONİĞİNİN ÖNEMİ

ATIF URAL

UDK: 621.33

ÖZET

Bu yazıda değişken akımla beslenen elektrikli ulaşım sistemlerinde güç elektroniğinin önemi anlatılmıştır. Tiristorlarm elektrikli ulaşım sistemlerinde kullanılmasının birçok yararının yanında sakıncaları da vardır. Bu sakıncalar geniş biçimde verilmiştir.

SUMMARY in this paper, the importance of the power electronics in the electric traction supplied by altemative current, is presented. Applica tion of thyristors to the electric traction bring many advantages and some disadvantages. These disadvantages were largely explained.

1. GİRİŞ

Güç elektroniğinin değişken akımla beslenen cer'de kullanılması çok önemli faydalar sağla mıştır. Bunları şu şekilde özetleyebiliriz:

Kademesiz kumanda ve uygun cer kuvveti hız [z = f(v)] eğrilerinin mümkün olan seçimi sa yesinde sürtünmeden yüksek oranda yararlanma. Elektronik giriş elemanı sayesinde otomatik bir cer işletmesine giriş olanağı sağlaması.

Bu üstünlüklerine rağmen, sakıncaları da bulun maktadır. Bunlar bazı koşullarda o kadar önem kazanırlar ki, güç elektroniğinin kullanılışı geciktirilir veya kullanılışına engel olunur.

önemli sakıncaları şunlardır:

Zahiri ve bozucu güce olan büyük gereksinme. Bu ikincil santralların ve hatların ek bir yüklenmesine neden olur. örneğin uziletişim dizgeleri ve koruma tesis lerinin doğru akın devreleri gibi dizgelerde elektromagnetik etkilenmeleri.

2. İLKELER

Akım doğrultucuların işletmesinde, sinüs şeklin den oldukça farklı şebeke akımları doğar.

Şebeke ve değişken akım tarafındaki şelflerin ihmal edilmesi ve doğru akım tarafında büyük bir şelf bulunduğu öngörülürse, şebeke akımı, .tek fazlı akım doğrultucu durumunda dikdörtgen, değişimi gösterir. Bu akımın Fourier çözümleme si, şebeke frekansında akım ve onun tek sayılı harmoniklerini verir (Şekil 1 ) .

i (t)= Î İ— (coswt zr cos3tot + ğ cos5(ot ...)

Harmoniklerin (tek harmonikler) genliğinin bü yüklüğü üzerine "kumanda açısı"nın oldukça önem li bir etkisi vardır (Şekil 2 ) .

Pratikte şebeke ve transformatör kaçak şelfi

Atıf Ural, Doç.Dr., İTÜ Elk.Fak. Elektrik Mühendisliği 225

gözönüne alınmalıdır, çünkü bunlar komutasyon süresindeki ventil akımlarının değişimi etkiler.

Ağırlık nedenleriyle, sonsuz büyük bir şelfin motor devresinde olduğunu varsaymak ta mümkün değildir; motor ve sonra şebeke akımı, dolayı sıyla göze çarpıcı bir dalgalılık gösterirler. Mümkün olabildiği kadar, çerde kullanılan akım doğrultucu, seri bağlanmış veya ayrık olarak kumanda edilen birçok köprülerden oluşur, öyle ki primer akımın şekli birçok aralıklardan oluş sun. Harmoniklerin hesabı bir bilgisayarı gerek tirir veya belli sınırlarda yaklaşım bağıntıla rıyla bulunur.

Akım doğrultucu taşıtlar olmaksızın değişken akimli işletmede mıknatıslanma ve oluk harmo nikler i nedeniyle, şebeke akımında bozulmalar olduğundan, cer akım doğrultucularının eğri şekli üzerindeki düşünceler açıkça göstermekte dir ki, seyir iletkenindeki harmonik sayısı, taşıtlar diyotlu doğrultmaçlı veya tiristor kumandalı iseler, oldukça yükselir.

Böyle taşıtların işletmeye alınması bazı yer lerde yukardaki nedenlerle güvenceli olmayan etkiler yaratır.

3. ETKİ ALTINA GİRECEK TESİSLER

Tiristor kumandalı taşıtlar kendi şebekelerini ilave zahiri akım yüküyle etkilerler. Burada bu nunla ilgili olarak ayrıntılı açıklama yapılma yacaktır. Ençok etkilenilen doğru akım ve uzi letişim tesisleri ele alınacaktır.

Doğru Akım Devreleri

Doğru akım devreleri derken bir, sinyalizasyon tesisinin, bir katarla işgal edilen yol parça larının (raylar) gözetimini yapan kısımları an laşılmaktadır. Şekil 3, bir veya iki raylı izo lasyonlu doğru akım devrelerini göstermektedir.

Gözlenecek yol parçasının başlangıcında blok a kımı verilir; uçta sonda serbest parçada (yol parçası) uyarılan bir röle bulunur. Röle, taşı tın eksenleri üzerinden kısa devre edildiğinde, düşer ve yolun meşgul olduğunu bildirir.

Şekil 1. Kumandasız doğru akım doğrultucusu, tek fazlı köprü bağlaması. LJJ: Doğru akım taratındaki şelf UD: Doğru akımın ortalama değeri X&: Şebeke akımı !<*. Doğru akım t : Zaman Ud: Doğru gerilimin ani değeri ULS Şebeke gerilimi v : Harmonik sıra sayısı

o' 30' 60* 90* no' ıso' ıao'

Şekil 2. Simetrik olmayan yarı kumandalı akım doğrultucusunun I^^ıarmonik genliğinin ct kumanda açısına göre değişimi il,: Harmonik akımı UL: Şebeke gerilimi t : Zaman : Akım akma süresi Y •' Harmonik sıra sayısı

Şekil 3. Elektrik ayrılma yerli doğru akım devreleri a. İki raylı izolasyonlu doğru akım devresi b. Tek raylı izolasyonlu ve toprak raylı değişken akım doğru akım devresi c. İki raylı izolasyonlu, yol bobinli değişken akım doğru akım devresi

Taşıtın dönüş akımını geçiren raylar, sinyal a kımını da ilettiklerinden bu sinyalizasyon te sislerinin elektrikli cer işletmesinden etkilen mesi olasılığı büyüktür. örneğin, İsviçre'de en sık rastlanılan tip, tek raylı izole yol parçasından, öndirençli büyük sayıdaki doğru akım devresi ve kabul rölesi için enerji kaynağı olarak 12 V'luk bir merkezi batar yadan oluşur. Bu basit sükûnet akımı bağlantısı cer1in harmo niklerine karşı duyarlı değildir. Çünkü röle bo bininin empedansı önceden devreye girmiştir. Bunlar kısmen değişken akım doğru akım devrele riyle önlenebilirler. Devamlı değişken gerilim ler yerine; örneğin, 125 Hz'lik darbeleri modü

le edilmiş değişken gerilimler faydalı sinyal olarak gönderilir ve bir darbe sukûnet oranı rö lenin çalışma ölçütü olarak seçilebilir.

Bir bozucu gerilim bu durumda serbest yol parça larını meşgulmüş gibi haber verebilir. Bu haber güvence anlamında olabilir, fakat işletme bakı mından iyi değildir.

Yanlış meşgul sinyallerini ortadan kaldırmak i çin, alıcıdan önce seri bir süzgeç konulmalıdır.

Uluslararası çalışmaların sonucu olarak bundan sonra yeni tesislerde doğru akım devresi kulla nılmamaya çalışılacaktır.

4. UZÎLETİŞÎM TESİSLERİ

Demiryolu boyunca kural olarak işletmenin uzi letişim hatları yerleştirilir. PTT'nin telefon kabloları da demiryolunun yakınından geçer.

Seyir iletkeniyle endüktif bağlantı nedeniyle, kablolar elektrik akımından etkilenirler. Kab loda boyuna gerilim şeklinde bozucu bir gerilim ortaya çıkar. Madeni mantolu kablolarda bu, man toda bir gerilim düşümü olarak gözükür. Bu boyu na gerilimle ortaya çıkan harmonikler arasında bir ilişki vardır.

5. ŞEBEKE DAVRANIŞINI DÜZELTMEDE OLANAKLAR

Şebeke Tarafındaki Harmonik Akımının Akım Doğrultucusu Tarafındaki Süzgeç Yardımıyla Azaltılması

Cer akım doğrultucusu tarafından besleme şebeke sine sunulan harmonik akım, akım doğrultucu ta rafından süzgeç yardımıyla azaltılabilir, örne ğin 50 Hz i l e 3 KHz arasındaki frekans bölgesin de, bozucu akımı yok etmek için (bastırmak için) 80 rezonans devresi gereklidir. Bu süzgeçlerin taşıt için zararı; ağırlığın önemli oranda art masına neden olmasıdır. Bir yüksek güçlü taşıt ta, bu süzgeçlerin ağırlığı 2,5 ila 4 t'a eri şebilir.

B e l l i Bazı Harmoniklerin Bastırılması î ç i n Aynı Andaki Takip Kumandası

Harmonikler Şekil 2'den de görüldüğü üzere ku manda açısıyla değişirler ve bazı b e l l i yerler de s ı f ı r olurlar. Bundan, örneğin doğru akım dev relerini rahatsız eden harmonikleri küçük tutmak için yararlanılır.

Akim Doğrultucunun Spar B a ğ l a n t ı s ı n d a Birçok D e f a l ı Takip Kumandası

Önceki iki önlem hiçbir uygun çözüm vermiyorsa, (çevreyi etkilememe bakımından) burada adı ge çen bağlantılar ve kumanda yöntemi uygulanmalı dır.

KAYNAKLAR <

[ l ] AEG Mitteilungen 1974 [2] BROHN BOVERÎ Mitteilungen 1974 [3] SÎEMENS Z e i t s c h r i f t 1974