Elektronik akım transformatörü tasarımı ve kalibrasyonu

Abstract

Bu çalışmada ülkemizde kullanım alanı az olan, düşük güç kayıplı, hem doğru akım hem de alternatif akım ölçebilen, ölçme ve frekans aralığı geniş, ölçme güvenirliği yüksek bir elektronik akım transformatörü gerçekleştirilmiştir. Öncelikle konu ile ilgili yerli ve yabancı yayınlar taranmış, gerekli konular incelenerek araştırmanın zenginleştirilmesine çalışılmıştır. Böylece sadece uygulama alanı ile değil aynı zamanda bu konu ile ilgili araştırma yapmak isteyenlere ve teknik eğitime gerekli olan bilgilerin bir araya getirilmesi sağlanmıştır. Araştırma konuları Hall etkili sensörler, işlemsel yükselticiler, manyetik devreler, nüve hesabı, sürücü devreler, bulanık mantık ve bulanık denetleyiciler, enstrümantasyon, gerçek zamanlı simülasyon üzerine yapılmıştır. Öncelikle ülkemiz şartlarına uygun en iyi kapalı çevrimli akım transformatörü gerçekleştirebilmek amaçlanmıştır. Bunun için ilgili firmaların Türkiye temsilcilikleri ile temasa geçilerek gerekli elemanlar alım veya hibe yoluyla elde edilmiştir. Seçilen elektriksel parametrelere uygun nüve hesabı yapılmış ve nüve su jeti yöntemiyle kesilerek üzerine sekonder sargısı sarılarak uygulamaya hazır hale getirilmiştir. Gerekli gerilim-akım çevrimini sağlamak amacı ile hesaplamalar yapılmış, işlemsel yükseltici fark alma devresi, enstrümantasyon yükseltme devresi ve gerilim kontrollü akım kaynağı devresi PSpice simülasyonu ve devre uygulaması gerçekleştirilerek kapalı çevrimli akım transformatörü tamamlanmış ve gerekli ölçümler alınmıştır Bir sonraki aşamada gerçek zamanlı simülasyon için gerekli tampon devreler oluşturularak deneyden alınan veriler bilgisayar ortamına aktarılmış, giriş ve çıkış kalibrasyonu yapılmıştır. Kapalı çevrimli akım transformatörün performansını arttırmak için çeşitli alternatifler araştırılmış uygulamanın bulanık mantık kontrollü bir devre ile sekonder sargısı üzerinden yapılmasına karar verilmiştir. Bu amaca uygun giriş ve çıkış değişkenleri tanımlanıp değer aralıkları belirlenmiş, gerekli kurallar oluşturulmuş böylelikle bulanık mantık denetleyicisi tamamlanarak enstrümantasyon bulanık denetim uygulama alanları birleştirilmeye çalışılmıştır. Son aşamada sensör doğrusallığını etkileyen faktörler belirlenerek simülasyon devresine uygulanmış ve bulanık mantık denetleyicisinin bu etkileri dengeleyip dengeleyemediği test edilmiştir. Uygun değerler elde edildikten sonra bir ölçüm direnci ile gerilim bilgisine çevrilen sekonder akımı- primer akımı kalibrasyonu sağlanmıştır. Uygulama aşaması sonucunda elde edilen elektronik akım transformatörünün benzerlerine göre daha dinamik, performansı ve güvenirliği arttırılmış, sensörden kaynaklanan hataları azaltılmış bir akım transformatörü olduğu sayısal sonuçlarla ortaya konulmuştur..

In this study, an electronic current transformer that can measure both direct current and alternating current and has lower power loss, large frequency and measurement range, high accurate measurement, insufficient application field in Turkey, has been realized. Initially domestic and foreign publications related to this study were scanned. Required information was examined so that the study was made to enrichment. In this way, not only for application field but also for researchers, required documentations were made to accumulate. Research topics are Hall effect sensors, op-amps, magnetic circuits, core calculation, driving circuits, fuzzy logic and fuzzy controller, instrumentation and real time simulation. First of all, the best closed loop current transformer that is suitable for Turkey conditions has been aimed to realise. For this aim, we contacted to Turkey representatives of related firms so that we had required elements by buying and donation. Suitable core calculation was made. The core was cut by water-jet and made to be ready for application by placing secondary winding. To provide required voltage-current loop, calculations, op-amp differentiate circuit, instrumentational amplifier and voltage controlled current source. PSpice simulation and circuit application were realised in this way closed loop current transformer and required measurement were completed. In the next section, for real time simulation, required buffer circuits were made, data from experiment were transferred to computer environment, then input-output calibration was made. To increase performance of the closed loop current transformer, various alternatives were researched. Finally secondary winding application was chosen with fuzzy logic controlled circuit. Suitable input-output variables were defined and fuzzy logic controller was completed so instrumentation and fuzzy logic control application were made to join. In the last section, factors that effected to sensor linearity were determined and applicated to simulation circuit so fuzzy logic controller was tested whether to compansate for this effects or not. After obtaining suitable results, secondary current that was converted to voltage data with measurement resistance, primary current calibration were provided. At the end of application section, realised current transformer that had more dynamic, better performance and accurateness than similar transformers, had errors originate from sensors were reduced, was manifested with numerical results.