Atölye test masasında PWM sürücü ile kontaktör bobinine yumuşak start verme

Giriş ve kapsam

Tekirdağ fabrikadaki bakım işlerimde kontaktör değişimini sık yapıyorum. Klasik senaryo şu: bir röle veya transistor kontaktör bobinini aniden ON yapıyor, kontaktör mekanik olarak çekiliyor, milisaniye içinde bobin akımı zirve yapıyor, ardından bobin doymuş haline düşüyor. Mekanik ömür buna göre şekilleniyor. Yumuşak start denilen yöntemle bu tepe akımı ve mekanik şoku azaltmak mümkün.

Bu rehber bilgi derlemesi olarak hazırladım; kendi test masamda yaptığım ölçümlere referans veriyorum ama her kontaktör farklı davranır. Üreticinin veri sayfasında bobin direnci, tutma akımı ve çekme akımı değerlerine bakın. Benim ölçtüğüm Schneider LC1D09 tipi 24V DC bobinli kontaktörde çekme akımı yaklaşık 7.2A, tutma akımı 0.85A seviyesindeydi. Sizdeki kontaktörde bu değerler farklı olabilir.

Kapsam: 24V DC bobinli kontaktör, 1A altı nominal bobin akımı, Arduino tabanlı PWM kontrol. 230V AC kontaktör bobinleri ve şebeke gerilimi bu kapsamda değil.

Güvenlik uyarıları

Bu çalışma 24V DC seviyesinde yapılıyor, şebeke gerilimi içermiyor. Yinece dikkat edilmesi gereken noktalar var. Güç kaynağının çıkış sigortasını bobin nominal akımının 1.5 katı civarında seçin. Kontak kıvılcımı oluşabilir, yanıcı malzeme uzakta olsun. Lehim ve kablo bağlantısı yaparken güç kaynağını tamamen kesin.

Şebeke gerilimine bağlı kontaktör ana kontaklarıyla çalışacaksanız bu işi yetkili elektrikçiye bırakın. Bu rehber yalnızca DC bobin kontrol devresini anlatır.

Devre bağlantısı

Arduino Nano D9 pinini BTS7960 sürücünün PWM girişine bağlıyorum. BTS7960'in VCC ve GND pinleri Arduino 5V ve GND'ye gidiyor. Sürücünün motor çıkışları kontaktör bobininin iki ucuna bağlanıyor. Bobin paraleline 1N4007 diyot katot artı yöne gelecek şekilde takılı. Diyotun yanı sıra 100nF kondansatör de bobin uçlarına paralel, yüksek frekanslı paraziti filtreliyor.

24V güç kaynağının artı ucu BTS7960 B+ terminaline, eksi ucu B- terminaline gidiyor. Güç kaynağın çıkışına 5A otomatik sigorta koydum. Ampermetreyi güç kaynağı artı hattında seri olarak bağladım, çekilen akımı gözlemlemek için.

Klemensler arası bağlantıları sağlam yapın. Kontaktör bobini endüktif bir yüktür, kablo boyunca akım transiyenti gezebilir. Kısa kablo kullanın.

PWM parametreleri ve yazılım

Kullandığım BTS7960 kartı 25 kHz'e kadar PWM alıyor. Kontaktör bobini için bu kadar yüksek frekans gereksiz. Ben 500 Hz'de çalıştırıyorum. Bobinin endüktansı düşük olduğundan çok düşük frekansda akım ripple'ı yüksek olur, çok yüksek frekansda ise sürücü MOSFET'lerde anahtarlama kaybı artar. 500 Hz pragmatik bir değer oldu.

Yumuşak start rampası şöyle işliyor: PWM duty cycle 0'dan başlıyor, 20 milisaniyede bir yüzde 2 artırıyorum. Yüzde 35'e ulaşınca kontaktör mekanik olarak çekiyor. O noktada 50 milisaniye duty cycle sabit tutuluyor, bobin doymaya bırakılıyor. Sonra duty cycle yüzde 60'a çıkarılıp tutma moduna geçiliyor.

int pwmPin = 9;
void setup() {
pinMode(pwmPin, OUTPUT);
}
void loop() {
for (int duty = 0; duty <= 35; duty += 2) {
analogWrite(pwmPin, duty * 2.55);
delay(20);
}
delay(50);
analogWrite(pwmPin, 153);
}

Tutma duty cycle'ı yüzde 60 civarında tutuyorum. Kontaktörümün tutma akımı 0.85A, nominal 24V'da tam duty'de 1A çekiyor. Yüzde 60 duty'de efektif akım yaklaşık 0.6A çıkıyor. Bu değer kontaktörün tutma için yeterli ama veri sayfanızda minimum tutma akımını kontrol edin. Bazı kontaktörlerde yüzde 40 altına düşerseniz titreşim yapabilir.

Ölçüm sonuçları

Doğrudan röle ile sürdüğümde çekme anında güç kaynağı akımmetresi 7A civarına sıçradığını gördüm. Yumuşak start uyguladığımda tepe akım 3.2A'yı geçmedi. Rampa süresini 350 milisaniyeye ayarladım, kontaktör mekanik çekme sesi belirgin şekilde yumuşadı.

Duty cycle yüzde 35'e ulaşınca kontaktör çekmeye başlıyor. Bu eşik kontaktör tipine göre değişir. Sizdeki kontaktörde yüzde 25'de çekebilir, yüzde 45'de çekebilir. Rampayı yavaşça artırıp hangi duty'de mekanik çekme olduğunu dinleyerek bulun.

Tutma modunda bobin sıcaklığı 25 dakika sonra 38°C'ye stabilize oldu. Doğrudan sürümde aynı süre sonunda 52°C ölçmüştüm. Bobin sıcaklığı düşmesi kontaktör ömrünü etkileyen faktörlerden biri.

Sorun giderme

Kontakt çekmiyorsa önce güç kaynağın 24V verdiğini multimetreyle doğrulayın. BTS7960 çıkışında PWM sinyali var mı osiloskopla bakın, osiloskop yoksa DC voltmetre duty cycle'ın yaklaşık değerini verebilir. Bobin direncini ölçün, veri sayfasıyla karşılaştırın. Bobin açık veya kısa devre olabilir.

Kontakt titriyorsa tutma duty cycle'ı düşük olabilir. Yüzde 60'dan başlayıp titreşim durana kadar artırın. PWM frekansı çok düşükse de titreşim olur. 500 Hz iyi bir başlangıç ama 1 kHz'e çıkmayı deneyin.

Sürücü kart ısınıyorsa MOSFET üzerinde kayıp yüksek demektir. Frekansı düşürün veya daha uygun sürücü kart seçin. BTS7960 benim 1A altı bobinler için yeterli oldu, daha yüksek akımlı bobinler için büyük MOSFET'li sürücü gerekir.

Bobin paraleline taktığınız diyotun yönü yanlışsa güç kaynağı kısa devre korumasına girer. Diyot kutuplarını tekrar kontrol edin.