1. GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN KAPSAMI ve UYGULAMALARI

Transkript

1 PROF. DR. HAC BODR. GÜÇ EEKRONİĞİNİN KAPSAM ve YGAMAAR GÜÇ EEKRONİĞİNİN ANM Gü Elektroniği, temel olarak yüke verilen enerjinin kontrol eilmesi ve enerji şekillerinin birbirine önüştürülmesini inceleyen bilim alıır. Gü Elektroniği, Elektrik Mühenisliğinin oluka cazip ve önemli bir bilim alıır. Gü Elektroniği, temel olarak Matematik ve Devre eorisi ile Elektronik bilisi erektirir. YÜKE VERİEN ENERJİNİN KONROÜ Yüke verilen enerjinin kontrolü, enerjinin aılması ve kapanması ile ayarlanmasını ierir.. Statik (Yarı İletken) Şalterler a) Statik AC şalterler b) Statik DC şalterler. Statik (Yarı İletken) Ayarlayıcılar a) Statik AC ayarlayıcılar b) Statik DC ayarlayıcılar ENERJİ ŞEKİERİNİN BİRBİRİNE DÖNÜŞÜRÜMESİ Elektrik enerji şekillerini birbirine önüştüren evrelere enel olarak Dönüştürücüler aı verilir. Dört temel önüştürücü varır. Bu önüştürücüler aşağıaki iyarama özetlenmiştir. Dönüştürücüler. AC-DC Dönüştürücüler Doğrultucular, Reresörler Dönüştürücülere kullanılan kısaltmalar DC : Doğru Akım şeklineki elektrik enerjisi AC : Alternati Akım şeklineki elektrik enerjisi : DC erilim (ortalama eğer) : AC erilim (eekti eğer) : Frekans q : Faz sayısı 3. DC-DC Dönüştürücüler DC Kıyıcılar, DC Ayarlayıcılar AC DC,, q Enerji DC Enerji DC <. DC-AC Dönüştürücüler İnverterler, Eviriciler 4. AC-AC Dönüştürücüler AC Kıyıcılar, AC Ayarlayıcılar DC Enerji AC,, q AC AC,, q,, q Enerji q q AC KYC

2 PROF. DR. HAC BODR AC şebekeye oğruan bağlı olan Doğrultucu ve AC Kıyıcılara Doğal Komütasyonlu Devreler, bir DC kaynak taraınan beslenen İnverter ve DC Kıyıcılara ise Zorlamalı Komütasyonlu Devreler enilmekteir. YAR İEKEN GÜÇ EEMANAR Dönüştürücüler, yarı iletken ü elemanları ile erekleştirilmekteir. Bu ü elemanları, Kontrolsüz Gü Elemanları : DİYO emel Kontrollü Gü Elemanları : SCR, BJ, MOSFE Diğer Kontrollü Gü Elemanları : RİYAK, GO, GB, MC vb Şekline 3 temel ruba ayrılabilir. Bu erste önce Önemli Yarı İletken Gü Elemanları ve sonra bu elemanlar ieal kabul eilerek emel Dönüştürücüler incelenecektir. GÜÇ EEKRONİĞİNİN ENDÜSRİYE YGAMAAR Gü Elektroniğinin statik ve inamik temel enüstriyel uyulama alanları ile iğer önemli enüstriyel uyulama alanları aşağıaki ibi sıralanabilir. emel Statik yulamalar Kesintisiz Gü Kaynakları (KGK, PS) Anahtarlamalı Gü Kaynakları (AGK, SMPS) Rezonanslı Gü Kaynakları (RGK, RMPS) Enüksiyonla sıtma (E, EH) Elektronik Balastlar (EB, EB) Yüksek Gerilim DC aşıma (YGDC, HVDC) Statik VAR Kompanzasyonu (SVK, SVC) emel Dinamik yulamalar Genel Olarak DC Motor Kontrolü Genel Olarak AC Motor Kontrolü Sincap Kaesli (Kısa Devre Rotorlu) Asenkron Motor Kontrolü Bilezikli (Sarılı Rotorlu) Asenkron Motor Kontrolü ineer Asenkron Motor Kontrolü Senkron Motor Kontrolü Üniversal Motor Kontrolü Aım Motoru Kontrolü Relüktans Motor Kontrolü Diğer Önemli yulamalar Ayınlatma ve şık Kontrolü Sistemleri sıtma ve Soğuma Sistemleri ehim ve Kaynak Yapma Sistemleri Eritme ve Sertleştirme Sistemleri Eleme ve Öğütme Sistemleri Asansör ve Vin Sistemleri Yürüyen Meriven ve Bant Sistemleri Pompa ve Kompresör Sistemleri Havalanırma ve Fan Sistemleri Alternati Enerji Kaynağı Sistemleri Akümülatör Şarjı ve Enerji Depolama Sistemleri Elektrikli aşıma ve Elektrikli Ara Sistemleri zay ve Askeri Ara Sistemleri Yer Kazma ve Maen Çıkarma Sistemleri Ayrıca, Gü Elektroniği, Disiplinlerarası Bilim Alanları olarak bilinen Enüstriyel Otomasyon Mekatronik Robotik bilimleri ierisine e yoğun bir şekile yer almaktaır. 3

3 PROF. DR. HAC BODR. ÖNEMİ YAR İEKEN GÜÇ EEMANAR A) KONROSÜZ GÜÇ EEMAN DİYO Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği Yapı İletim Karakteristiği Sembol A : Anot K : Katot Aıklama En basit yapılı kontrolsüz yarı iletken elemanır. İletim yönüne, eşik eriliminin üzerine küük eğerli bir i irence sahip olan bir iletken ibiir. Kesim yönüne ise, elinme erilimine kaar ok küük sızıntı akımlar eiren bir yalıtkan ibiir. : Delinme Gerilimi O : Eşik Gerilimi r : Eşeğer Diren (μω - mω mertebelerine) Gü iyou, erilimine tahrip olur ve iletken hale elir. Yüksek ve sabit bir erilim altına akımın sonsuza ittiği bu tür evrilmelere, enel olarak ığ evrilme enilmekteir. Çığ evrilmeye maruz kalan yarı iletken elemanlar, ü kaybınan olayı enellikle tahrip olur yani bozulurlar. ahrip olan yarı iletken elemanlar ise, enellikle kısa evre olurlar. Gü iyotları, poziti yöne akımı eirmeleri ve ters yöne akımı tutmaları iin, oluka yayın olarak kullanılmaktaır. Normal, hızlı ve ok hızlı iyot türleri mevcuttur. Normal iyotlar, enellikle AC şebekeye bağlı oğrultucu ve AC kıyıcı evrelerine kullanılmaktaır. Hızlı iyotlar ise, enellikle inverter ve DC kıyıcılara kullanılmaktaır. Günümüze ers oparlanma Süresi veya Sönme Süresi birka 0 ns olan iyotlar üretilebilmekteir. 4

4 PROF. DR. HAC BODR B) EME KONROÜ GÜÇ EEMANAR. RİSÖR (SCR) Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği Yapı ve Sembol İletim Karakteristiği Karakteristik Değerler G : etikleme Akımı. G : etikleme Gerilimi GM : Max. Kapı Akımı GM : Max. Kapı Gerilimi B0 : Sıır Devrilme Gerilimi H : utma Akımı (ma) : Kilitleme Akımı (ma) > H : Delinme Gerilimi u krt : Kritik Gerilim Yükseltme Hızı (V/μs) t i krt : Kritik Akım Yükseltme Hızı (A/μs) t t q : Sönme Süresi (μs) Q s : aban abakalarına Biriken Elektrik Yükü (μas) DRM : Max. Periyoik (+) Dayanma Gerilimi DRM < B0 RRM : Max. Periyoik (-) Dayanma Gerilimi RRM < AVM : Sürekli Çalışmaa ristörün Max. Ortalama Akımı EFM : Sürekli Çalışmaa ristörün Max. Eekti Akımı max t: 0 ms : 0 ms iin ristörün Max. Akımı i t : ristörün Max. Sınır Yükü (μa s) θ vj : Jonksiyon Sıcaklığı θ vjmax : Max. Jonksiyon Sıcaklığı NO : G ( M, θ Vj ), G : Her türlü şartlar altına tristörü tetikleyebilen eğerir. 5

5 PROF. DR. HAC BODR ristörün İletim ve Kesime Kilitlenme Özelliği Kapısına kısa süreli ve yeterli bir akım sinyali uyulanan tristör tetiklenir ve iletime irer. Kısa süreli bir sinyal ile iletime iriği iin tristöre etiklemeli Eleman a enmekteir. İletimeki bir tristörün iinen een akım kilitleme akımına eriştiğine, tristör iletime olarak kilitlenir ve artık kapı akımı kesilse e iletime kalır. İletime olan bir tristörün iinen een akım herhani bir şekile tutma akımının altına üşerse, tristör otomatik olarak kesime irer. Bu anaan itibaren en az sönme süresi kaar tristör neati bir erilimle tutulur veya tekrar bir poziti erilim ( 0,6 V) uyulanmaz ise, tristör kesime olarak kilitlenir ve artık poziti erilim uyulansa a kesime kalır. Bu neenle, tristöre Kilitlemeli Eleman a enilmekteir. ristöre iletime irme işlemi kontrollü olup, kesime irme işlemi kontrolsüzür. Bu neenle tristöre Yarı Kontrollü Eleman a enilmekteir. ristörün Keniliğinen İletime Geme Sebepleri. Bir tristörün ularınaki erilimin eğeri bu tristörün sıır evrilme erilimi eğerine erişirse, yani u B0 ise, bu tristör keniliğinen iletime eer.. Bir tristörün ularınaki erilimin yükselme hızı eğeri bu tristörün kritik erilim yükselme hızı eğerine erişirse, yani u u krt ise, bu tristör keniliğinen iletime eer. t t 3. Yeni iletimen ıkan bir tristörün neati erilimle tutulma süresi bu tristörün sönme süresinen küükse, yani t N < t q ise, bu tristör keniliğinen iletime eer. ristörün ahrip Olma Sebepleri. u > ise, ığ evrilme ve aşırı ü kaybı ile mak. sıcaklık sınırı aşılır ve tristör bozulur.. AV > AVM ve EF > EFM ise, aşırı ü kaybı ile mak. sıcaklık sınırı aşılır ve tristör bozulur. 3. i t > i t ise, aşırı ü kaybı neeniyle mak. sıcaklık sınırı aşılır ve tristör tahrip olur. 3. i t i > krt ise, iletime irmee ilk oluşan ar iletken kanala mak. sıcaklık sınırı t aşılır ve tristör bozulur.buna sicim olayı aı verilir. 4. θ vj > θ vjmax ise, aşırı ü kayıplarının sonucu olarak, yarı iletken yapı bozulur. Bu urumlara tristör enellikle iletken hale elir veya kısa evre olur. 6

6 PROF. DR. HAC BODR ristörün etiklenmesi t : Gecikme Süresi t r : Yükselme Süresi, Ama Süresi t s : Yayılma Süresi t t + t + t ON r s t r süresi sonuna, kapı akımı civarına ana akımın etiği ar bir kanal oluşur. t s süresi sonuna ise, ısınma etkisi ile akım bütün jonksiyon yüzeyine yayılır. t r süresi sonuna oluşan kanalan een akım bu kanalın iletkenliğini arttırır. İletkenliği artan kanalan aha ok akım eer. Bu olay zincirleme bir şekile sürer ve akım bütün yüzeye yayılır. Fakat, akımın yükselme hızı kritik akım yükselme hızına erişirse, akım bütün yüzeye yayılmaan bu kanalın sıcaklığı max. eğere erişir ve bu kanal tahrip olur. Böylece, yarı iletken yapı bozulur ve iletken hale elir. Bu şekileki bozulmaya sicim olayı enir. ristörün Sönürülmesi Q s : aban abaklarına Biriken Elektrik Yükü (μas) M : Sönme Öncesi ristören Geen Akım (A) i / t : Sönme Esnasına ristör Akımının Azalma Hızı (A/μs) t : Sönme Süresi (μs) q : İletim Gerilim Düşümü (V) ristör ve Diyoun İletim Gerilim Düşümü u 0 + r. i 0 : Eşik Gerilimi r : Eşeğer Diren (μω-mω mertebelerine) ristörün yulama Alanları ristör, kontrollü bir iyottur. Kapısına sürekli ve yeterli bir sinyal verilen tristör, iyoa eşeğerir ve iyot ibi avranır. Diyoun a kontrolsüz bir tristör oluğu söylenebilir. İletimen ıkma olayı ikisine e aynıır. ristör ve iyotlar, normal akım ve kısa süreli ani akım eğerleri en yüksek olan elemanlarır. 7

7 PROF. DR. HAC BODR ristörlerin e normal ve hızlı türleri mevcuttur. Sönme Süresi, normal tristörlere birka 00 μs civarına, hızlı tristörlere ise 00 μs nin altınaır. Normal ristörler, AC şebekeye bağlı oğrultucular ile AC kıyıcılara yayın olarak kullanılmaktaır. Hızlı ristörler ise, tam kontrollü ü elemanlarının üleri yetmeiğine, inverter ve DC kıyıcılara kullanılmaktaır. Elektrikli taşıma sistemlerine kullanılan DC kıyıcılar ile enüksiyonla ısıtma sistemlerine kullanılan inverterler buna örnek österilebilir. ristörlü Örnek Devreler. Bir AC yulama etikleme Sinyali Bu evree, tristör, α anına kısa süreli bir sinyalle tetiklenir ve iletime olarak kilitlenir. ristör ierisinen akım etiği sürece iletime kalır. anına akımın 0 olmasıyla, tristör keniliğinen oğal olarak söner yani kesime irer. Yeni bir poziti yarım alaa yeni bir α anına tekrar tetikleninceye kaar tristör kesime kalır. Sonu olarak, tristör, poziti yarım alalara ve α- aralıklarına iletime kalır ve sinüsoial bir akım eirir. α aıları eğiştirilerek yükün ücü ayarlanabilir yani ü kontrolü yapılabilir. Bu evre, yarım ala kontrollü bir oğrultucu olup, oğal komütasyonlu bir evreir.. Bir DC yulama Bu evree ise, yine kısa süreli bir sinyal ile iletime iren tristör, ierisinen een akım hi kesilmeyeceğine öre, oğal olarak hi iletimen ıkmaz ve sürekli akım eirir. Ancak, ilave evre ve üzenlerle isteniliği zaman zorla sönürülebilir. ristörün iletime kalma oranı eğiştirilerek ü kontrolü yapılabilir. Bu evre ise, bir DC kıyıcı olup, zorlamalı komütasyonlu bir evreir. 8

8 PROF. DR. HAC BODR. BİPOAR RANSİSÖR ( BJ ) Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği npn türü Yapı Sembol pnp türü C : Kollektör, E : Emiter, B : aban İletim Karakteristiği emel bir ransistör Devresi emel Özellikler Yük enellikle C ucuna bağlanır. aban akımı aima E B arasına eer ve akımın yönü p en n ye oğruur. Ana akım ile taban akımı aima aynı yöneir. B ile C arasına bir akım eerek, transistör ters ve istenmeyen kötü bir iletime irebilir. Bu urum önlenmeliir. ransistörün ığ evrilmeye irmesi elemanı tahrip eer. Gü evrelerine transistör ya tam iletime (kalın izi üzerine) ya a tam kesime alıştırılmalıır. Buna Anahtarlama Elemanı olarak alışma enilir. ristörler oğal olarak böyle alışır. ransistöre iriş oluğu sürece ıkış varır. ransistör bir am Kontrollü Elemanır. Giriş akım, ıkış akımır. 9

9 PROF. DR. HAC BODR İletim erilim üşümü veya iletim kaybı en üşük olan elemanır. Anahtarlama ü kaybı en yüksek olan elemanır. Alt bölelere karakteristikler paralel ve eşit aralıklıır. Bu bölee sabit kazanla akım yükseltme işlemi yapılabilir. Fakat ü evrelerine bu yapılamaz. Genel anımlar i C β F. i B i E i C + i B ( + β F ) i B β F : DC Akım Kazancı i C β F. i B u R R. i C u CE - u R u CE - R.i C Yük Doğrusu BE 0,6 V u ib R B BE İletime ve Kesime Girme t r : Yükselme Süresi t s : Yayılma Süresi t : Düşme Süresi t ON t r t OFF t s + t t SW t ON + t OFF t r + t s + t Anahtarlama esnasınaki ani ü kaybı ok yüksektir. Bir yarı iletkenin toplam ü kaybı, anahtarlama ve iletim ü kayıplarının toplamına eşittir. Düşük rekanslara iletim ü kaybı, yüksek rekanslara ise anahtarlama ü kaybı aha etkiliir. Yüksek rekanslara (yaklaşık olarak khz nin üzerine), iletimen ıkma işlemine enellikle neati sinyal uyulanır. Bu uruma, yayılma süresi büyük ölüe azalır. ransistörler, orta ü ve orta rekanslara en yayın olarak kullanılan en ucuz yarı iletken ü elemanlarıır. ransistörün yulama Alanları ransistörler, normal olarak, orta ü ve rekanslara, zorlamalı komütasyonlu olan inverter ve DC kıyıcı evrelerine kullanılmaktaır. Ancak, uyulama alanları ittike azalmaktaır. 0

10 PROF. DR. HAC BODR 3. İZOE KAP AAN EKİİ RANSİSÖR (GFE, MOSFE) Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği Sembol İletim Karakteristiği emel Özellikler MOSFE aima oyuma kullanılmalıır. Giriş oluğu sürece ıkış varır. Giriş erilim, ıkış akımır. Kazan sonsuz kabul eilir. En hızlı yarı iletken elemanır. İletime iriş ns ve iletimen ıkış ns civarınaır. Anahtarlama kaybı en üşük olan elemanır. İletim erilim üşümü veya iletim ü kaybı en yüksek olan elemanır. ek ezavantajı, sıcaklıkla artan yüksek eğerli bir i irence sahip olmasıır. Düşük ü ve yüksek rekanslara kullanılır. Giriş akımı nanoamperler mertebesineir. Ancak, erilim sinyali ilk veriliğine yüksek eğerli bir şarj akımı eker. Bu akımın karşılanmasına ikkat eilmeliir. Aksi hale hız üşer. Kapı ayanma erilimi ± 0 V tur. Gerekte, uyulanan erilim ± 8 V u ememeliir. yulamalara, enellikle sürme erilimi olarak ± 5 V kullanılmaktaır. MOSFE lerin yulama Alanları MOSFE ler, normal olarak, üşük ü ve yüksek rekanslara, zorlamalı komütasyonlu olan inverter ve DC kıyıcı evrelerine kullanılmaktaır. Bu elemanlara iyat erilime ok bağlıır. Düşük erilimli MOSFE lerin iyatları oluka üşük oluğunan, üşük erilimli uyulamalara MOSFE ler yayın olarak kullanılmaktaır. Buna örnek olarak, üşük erilimli akümülatör-inverter rubuna sahip olan kesintisiz ü kaynakları ile üşük erilimli DC kıyıcı evresine sahip olan anahtarlamalı ü kaynakları österilebilir. Ayrıca, MOSFE ler alışma rekansı en yüksek olan elemanlarır. Yüksek rekans ve üşük ülü uyulamalara a MOSFE ler yayın olarak kullanılmaktaır. Buna örnek olarak, üşük ülü kesintisiz ve anahtarlamalı ü kaynakları ile enüksiyonla ısıtma ve elektronik balastlar österilebilir. Ancak, BJ ve MOSFE lerin uyulama alanları sürekli olarak aralmakta, bunların yerini hız ve üleri sürekli olarak elişen GB elemanları almaktaır.

11 PROF. DR. HAC BODR C) DİĞER GÜÇ EEMANAR RİSÖR ERO 4 ulu özel bir tristörür. Her iki kapıan a tetiklenebilir. etiklemee, i G ve i G akımları ayrı ayrı kullanılabilir. FOO RİSÖR Normal ortama özle örülen ışıkla iletime iren iki, ü veya ört ulu özel bir tristörür. şıkla veya bir kapı akımıyla kontrol eilebilir. RİYAK (İKİ YÖNÜ RİSÖR RİYO) riyak ters-paralel bağlı iki tristöre eşeğerir. İki yönlü tristör e enir. etikleme ve montaj kolaylığı sağlar. Saece AC uyulamalara kullanılmak üzere üretilmekteir. AC kıyıcılara ücün yettiği yere kaar bir triyak kullanılır. Aksi hale tristörlere eilir. Yaklaşık A lere kaar triyaklar üretilmekteir. riyak - ve - belelerine üşük akımlarla kolay tetiklenir. + belesine tetikleme ok zor veya imkansızır. yulamalara, + ve - bölelerine alışma kolayır.

12 PROF. DR. HAC BODR KAP SÖNÜMÜ RİSÖR (GO) Kısa süreli i G ile tetiklenir ve i G ile sönürülür. i G ok küük eğerlereir (normal trsitörlereki ibi). i G ok büyük eğerlereir ( ¼ ana akım kaar). Hızlı özel bir tristörür. Düşük rekans ve yüksek ülere kullanılır. Sönürme sinyalinin büyüklüğünen olayı tetikleme evreleri karmaşık ve pahalıır. MOS KONROÜ RİSÖR (MC) MOSFE ve tristör karışımı, oluka hızlı, erilim kontrollü, karma bir elemanır. MOSFE in ieal sürme özelliği ile tristörün ieal iletim karakteristiğini birlikte taşır. Neati erilim sinyali ile tetiklenir. Poziti erilim sinyali ile söner. Yine iletime ve kesime kilitlenme özelliği varır. Şu ana en üstün eleman örünümüneir. Fakat henüz elişimi tamamlanamamıştır. Halen ticari olarak üretilememekteir. İZOE KAP BİPOAR RANSİSÖR (GB) Sembol u-i karakteristiği CE : Çıkış Eşik Gerilimi GE : Kapı Eşik Gerilimi Genellikle, CE > V ve GE : 4 V civarınaır. MOSFE in MOS kontrolü ve BJ nin ana akım karakteristiğini birlikte taşıyan karma bir elemanır. ek ezavantajı ıkış eşik eriliminin oluşuur. Ancak i irenci ok küük oluğunan, yüksek akımlara yine avantajlı uruma eer. Günümüze GB ortanın biraz üzerineki ü ve rekanslara, en yayın olarak kullanılan elemanlarır. 3

13 PROF. DR. HAC BODR D) GÜÇ EEMANARNN KARŞAŞRMAS EME Yİ GÜÇ EEMANARNN İYİDEN KÖÜYE DOĞR SRAAMAS Sürme Kolaylığı MOSFE GB GO BJ Sönme Kolaylığı MOSFE GB BJ GO İletim Gerilim Düşümü BJ GO GB MOSFE (.0 V) (.0 V) (3.0 V) (5.0V) Anahtarlama Gü Kaybı MOSFE GB GO BJ Akım Dayanımı Gerilim Dayanımı Devre Gücü Çalışma Frekansı GO (3000 A) GO (3000 V) GO (0 MW) MOSFE (00 khz) GB (800 A) GB (500 V) GB (500 kw) GB (0 khz) BJ (600 A) BJ (00 V) BJ (00 kw) BJ (0 khz) MOSFE (00 A) MOSFE (000 V) MOSFE (0 kw) GO ( khz) Fiyat BJ GO GB MOSFE Not :. Gü BJ leri enellikle Darlinton yapıa ve npn türüneir.. Buraa GO tristör ailesini temsil etmekteir. KON İE İGİİ ÇÖZÜMÜŞ PROBEMER Problem Bir tristör u 000 Sin 6800 t (V) şekline bir erilime maruz kalacaktır. Bu tristörün, keniliğinen iletime ememesi iin, a) B0 eğeri ne olmalıır? u b) krt eğeri ne olmalıır? t Çözüm a) max < B0 olmalıır. B0 > max 000 V u b) ( ) max < t u u t max u krt olmalıır. t sin ωt ω max cosωt u ω max t max V/s 6.8 V/μs u krt > 6,8 V/μs olmalıır. t 4

14 PROF. DR. HAC BODR Problem Kritik erilim yükselme hızı 5 V / μs olan bir tristöre, enliği 000 V olan bir sinüsoial erilim uyulanmaktaır. Frekans ittike yükseltilirse, bu rekans hani eğere ulaştığına tristör keniliğinen iletime eer? Çözüm u u max krt t t u m Sinωt u m.ω.cosωt t u max m. ω t V/s khz bulunur. Problem 3 t0 anına yeni iletimen ıkan ve şekileki ibi bir erilime maruz kalan bir tristörün keniliğinen iletime ememesi iin, bu tristörün, u B0, krt ve t q eğerleri t ne olmalıır? Çözüm B0 > max Şekilen, B0 > 3000 V olmalıır. tq t N Şekilen, 0 μs olmalıır. t q 0 μ s t 50 μs iin, 3000 u ( t 0 ) 30 u u krt > ( ) max, t t u krt > 00 V / μs olmalıır. t 5

15 PROF. DR. HAC BODR Problem 4 0 Ω luk bir yükü 50 V luk bir DC kaynak ile beslemek üzere, şekile verilen bir npn tipi transistörün emiter montajı kullanılmıştır. ransistörün akım kazancı 00 oluğuna öre, a) aban evresi irenci 5 kω iken, yük akımı ve erilimi ne olur? b) Yükte harcanan ücün 60 W olabilmesi iin, taban evresi irenci ka kω a ayarlanmalıır? Çözüm a) C BE B R B B 0mA C A Y R V Problem 5 b) P 60 W P R B 4 / 00 B 0 ma BE 50 0 R B 3 B 0.0 R B,5 kω bulunur. 4 A C Peryoik bir alışmaa, kesim ışınaki alışma urumları iin, bir transistörün ularınaki erilim ve iinen een akımın eğişimleri şekile verilmiştir. Bu transistör P 0 khz lik bir rekansta anahtarlanığına öre, a) ransistörün verilen her bir aralıktaki enerji kaybını hesaplayınız. b) ransistörün toplam enerji ve ü kaybını hesaplayınız. Çözüm. böle iin, u V 50 6 t t i t t A 4μs 6 W ( 6.0 t) 0... P 06,3 W tt 6,6773 mj 6 6

16 İzoleli ek Yönlü DC Gerilim Kaynağı İzoleli DC erilim kaynakları, enellikle reüleli olarak, kontrol evreleri veya kartları ile yarı iletken ü elemanlarının tetikleme veya sürme evrelerinin beslemesine yayın olarak kullanılmaktaır. Genellikle, tristörlerin tetiklenmesine tek yönlü 5 V, transistörlerin sürülmesine it yönlü 5 V, MOSFE ve GB lerin sürülmesine tek yönlü 5 V, kontrol kartlarının beslemesine izoleli tek veya it yönlü 5 V luk DC erilim kaynakları kullanılmaktaır. Şekile, izoleli, tek yönlü, reüleli ve 5 V luk bir DC erilim kaynağının evre şeması örülmekteir. 5 V luk izoleli ve reüleli bir DC erilim kaynağına, enellikle 0/x5 V luk bir transormatör, iki iyot, bir elektrolitik konansatör ve bir 785 nolu reülatör kullanılmaktaır. N4007 N μ F - 5 VDC 0 k Ω - /4 W μ F - 5 VDC 00 nf - 63 VAC 0 k Ω - /4 W Bu evree, AC şebeke erilimi transormatör ile izole eilir ve üşürülür. ransormatörün orta ulu sekoner sarısı, orta uca öre azlı 5 V luk bir AC erilim üretir. Çıkıştaki azlı yarım ala kontrolsüz oğrultucu, azın poziti yarım alalarını oğrultur ve orta u sıır (0) olmak üzere DC erilim üretir. Doğrultulmuş sinüsoial erilim, tek yönlü (kutuplu, elektrolitik) iriş konansatörü taraınan büyük ölüe üzeltilir ve reülatör ile 5 V ta tam üzün hale etirilir. Reülatör ıkışınaki konansatörler, ekilebilecek ok kısa süreli ani akım arbelerine cevap verir ve ıkış erilimine kısa süreli ani öküntülerin oluşmasını önler. Yüksek rekanslı veya kısa süreli ani akım arbelerine karşı, enellikle ıkış katına küük ve arklı eğerlere kaliteli konansatörler bağlanır. Giriş ve ıkıştaki irenler, alışmaya ara veriliğine konansatörlerin resetlenmesini veya boşalmasını sağlar. Bu evree üzün ve reüleli bir DC erilimin sağlanabilmesi veya evam eebilmesi iin, maksimum ıkış akımına, reülatör irişineki alalı DC erilimin minimum eğerinin ıkış eriliminen en az V azla olması erekmekteir. Doğrultucu ıkış eriliminin maksimum eğeri, VF V cmax. VAK a

17 şekline bulunabilir. Yaklaşık olarak AC şebekenin yarı peryou boyunca (0 ms) maksimum yükü konansatörün besleiği kabul eilirse, erilimeki alalanma miktarı, ΔV max. y / C olur. Bu uruma, oğrultucu ıkış eriliminin minimum eğeri, V cmin V cmax - ΔV bulunur. Çıkış eriliminin bozulmaması iin, V cmin V c + V olmalıır. Maksimum ıkış ücü iin, P max V c. max bağıntısı yazılabilir. Bu bağıntılaraki sembollerin anlamları aşağıa verilmiştir. V F : AC şebekenin eekti az erilimi V AK : Bir iyoun iletim erilim üşümü V c : Reülatör irişineki DC erilim V c : Reülatör ıkışınaki DC erilim : DC ıkış akımı P max : Maksimum ıkış ücü a : ransormatörün önüşüm oranı ΔV : Reülatör irişineki DC erilimin alalanma miktarı y : AC şebeke eriliminin yarı peryou (0 ms) : Reülatör irişineki üzeltme konansatörü C İzoleli Çit Yönlü DC Gerilim Kaynağı Şekile, izoleli, it (iki) yönlü, reüleli ve 5 V luk bir DC erilim kaynağının evre şeması örülmekteir. Çalışma prensibi ve hesabı önceki evrenin aynısıır. Ancak bu evree, +5 V iin 785 ve 5 V iin 795 nolu olmak üzere reülatör ve transormatör ıkışına azlı tam ala kontrolsüz oğrultucu kullanılmıştır.

18 785 V c F V ac 0 N,0 5 W 0 / x5 V V c 795 ÇYDCGK ( 5 V ) azlı tam ala kontrolsüz oğrultucu, yine sekoner sarının orta ucu sıır (0) olmak üzere, iki yönlü DC erilim üretmekteir. Doğrultucu ıkışınaki elektrolitik konansatörler, yine bu oğrultulmuş erilimleri biraz üzeltmekteir. Reülatörler ise, bu erilimleri +5 V ve 5 V eğerlerine sabit tutmaktaır. Bu kaynaklara, enellikle neati kaynak aha üşük ülere kullanılır ve bu kaynağın konansatörü aha küük eğerlere seilir. İzolasyon erektirmeyen uyulamalara, normal olarak izolesiz DC erilim kaynakları kullanılır, ancak izoleli kaynaklar a kullanılabilir. Fakat, izolasyon erektiren uyulamalara, mutlaka izoleli DC erilim kaynakları kullanılmalıır. 3

19 PROF. DR. HAC BODR 3. AC-DC DÖNÜŞÜRÜCÜER / DOĞRCAR GİRİŞ AC-DC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri Enüstrie en eski ve en yayın olarak kullanılan önüştürücü türüür. emel Özellikleri : AC irişteki eekti az erilimi : Frekans q : Faz sayısı, y : DC ıkış veya yük akımı (ortalama eğer) α : DC ıkış erilimi, α (α) : Maksimum DC ıkış erilimi, α 0 α α : Faz Kesme veya Faz Kontrol aısı : Gecikme Aısı veya etikleme Gecikmesi D : Serbest Geiş (Komütasyon, Sönürme) iyou 3 : Eekti Faz Gerilimi 3 h : Eekti Fazlar Arası Gerilim m : Faz Gerilimi Maksimum Değeri hm : Hat (Fazlar Arası) Gerilimi Maksimum Değeri Enüstriyel olarak, oğrultucular aha ok omikenükti yüklere kullanılmaktaır. Kontrol lineer eğilir. Faz Kontrol Yöntemi ile kontrol sağlanır. Çıkış erilimi ortalama olarak kontrol eilir. Şebeke taraına yüksek eğerli harmonikler, yük taraına yüksek eğerli alalanmalar oluşur. Doğal komütasyonluur. Diyot ve/veya tristörler ile erekleştirilir. Başlıca yulama Alanları DC motor kontrolu Akümülatör şarjı Galvanoteknikle kaplama DC motor alan besleme DC kaynak makinaları DC reülatörler DC erilim kaynakları AC-DC Dönüştürücülerin Genel Olarak Sınılanırılması 7

20 PROF. DR. HAC BODR AC-DC Dönüştürücülerin Kontrol Aısınan Karşılaştırılması Kontrolsüz Doğrultucu am Kontrollü Dönüştürücü Yarı Kontrollü Doğrultucu Diyotlarla erekleştirilir Saece oğrultucu mouna alışır. Genellikle serbest eiş iyou yoktur. α 0 α Sabit ristörlerle erekleştirilir. Hem oğrultucu hem e inverter mouna alışır. Serbest eiş iyou yoktur. Konursa inverter mouna alışmaz. 0 < α < + > α > - ristör ve iyotlarla erekleştirilir. Saece oğrultucu mouna alışır. Genellikle serbest eiş iyou varır. 0 < α < + > α > 0 AC-DC Dönüştürücülerin Dala Sayısı Aısınan Karşılaştırılması Yarım Dala Doğrultucua, şebekenin nötrüne (N) öre bir ıkış erilimi üretilir yani ıkıştaki DC hatların birisi şebekenin N ucuna bağlıır. am Dala Doğrultucu, Poziti (+) ve Neati (-) Yarım Dala Doğrultucuların toplamına eşeğerir. Çıkışta N ucu kullanılmaz. Ancak, ıkış erilimi potansiyel olarak N ucunu ortalar. emel AC-DC Dönüştürücülerin emel Devre Şemaları 8

21 PROF. DR. HAC BODR ek Fazlı Dönüştürücünün Fazlı Eşeğeri ek Fazlı Sistem q s R k k İki Fazlı Eşeğeri q s / R k / k / Enüstrie Fazlı bir AC Şebeke sistemi mevcut eğilir. Ancak, sekoneri orta ulu olan tek azlı bir transormatöre, orta uca öre sekoner ularına 80 az arklı azlı bir AC erilim oluşmaktaır. Enüstriyel olarak azlı bir erilim bu şekile üretilebilir. Ayrıca, teorik analizlere, yukarıa örülüğü ibi, tek azlı bir erilimin azlı eşeğeri kullanılabilmekteir. Faz Kontrol Yöntemi AC şebeke eriliminen beslenen oğrultucu ve AC kıyıcı evreleri, enel olarak Faz Kontrol Yöntemi ile kontrol eilmekteir. Prensip olarak Faz Kontrol Yöntemine, AC şebekenin bir az veya azlar arası eriliminin Sıır Noktaları ile Poziti ve Neati Aralıkları alılanarak, α kontrol aısı ayarlanabilen Poziti ve Neati olmak üzere sinyal üretilir. Doğrultucu ve AC kıyıcılara, Poziti Sinyal ilili azın Poziti Elemanına ve Neati Sinyal ilili azın Neati Elemanına verilir. OMİK YÜKÜ YARM DAGA KONROSÜZ DOĞRCAR Çıkış Gerilimi İaeleri Omik Yüklü Fazlı Yarım Dala Kontrolsüz Doğrultucu msin( ωt) ( ωt) 0 m Cos ωt ( ) 0 m Cos( ωt) 0 m [ ( ) ] m Omik Yüklü 3 Fazlı Yarım Dala Kontrolsüz Doğrultucu 3 mcos( ωt) ( ωt) m 3 Sin( ωt) 3 m m Aıklama Diyotlar ularına poziti erilim uyulanığı sürece iletime kalırlar, bunun ışına kesimeirler ve neati erilim ile tutulurlar. Aynı ana saece bir iyot iletime kalır. Diyotlar yük akımını eşit aralıkla ve sırayla eirirler. 9

22 PROF. DR. HAC BODR İletime olan iyoun bağlı oluğu az erilimi, ıkıştaki yük erilimini oluşturur. AC şebekeen DC akım ekilir ve şebekee cii bozulmalar oluşur. Yük akımı ve bir iyoun akımı kolayca hesaplanabilir. Diyotlar azlar arası erilime maruz kalır. Devre Şeması ve emel Dala Şekilleri Omik Yüklü Fazlı Yarım Dala Kontrolsüz Doğrultucu Omik Yüklü 3 Fazlı Yarım Dala Kontrolsüz Doğrultucu 0

23 PROF. DR. HAC BODR OMİK-ENDÜKİF YÜKÜ YARM DAGA KONROSÜZ DOĞRCAR Devre Şeması ve emel Dala Şekilleri Akım Kaynağı ile Yüklü Fazlı Yarım Dala Kontrolsüz Doğrultucu Akım Kaynağı ile Yüklü 3 Fazlı Yarım Dala Kontrolsüz Doğrultucu Çıkış Gerilimi İaeleri ve Aıklama Çıkış erilimi iaeleri, omik yüklü yarım ala kontrolsüz oğrultucular ile aynıır. az iin : m 3 az iin : m Bu oğrultucuların özellikleri, omik yüklü oğrultuculara sıralanan özellikler ile aynıır.

24 PROF. DR. HAC BODR AM DAGA KONROSÜZ DOĞRC ÖRNEKERİ Devre Şeması ve emel Dala Şekilleri Omik Yüklü Fazlı am Dala Kontrolsüz Doğrultucu Akım Kaynağı ile Yüklü Fazlı am Dala Kontrolsüz Doğrultucu

25 PROF. DR. HAC BODR Çıkış Gerilimi İaesi Aıklama 0 hm Sin ( ωt) ( ωt) hm h Cos( ωt) hm Cos( ωt) 0 hm [ ( ) ] 0 İki azlı tam ala kontrolsüz oğrultuculara, yükün omik ve akım kaynağı olması urumlarına, ıkış erilimi aynıır. am ala oğrultucunun ıkış erilimi, eşeğer olan yarım ala oğrultucu ıkış eriliminin katıır. Üst ve alt sıraaki iyotlar, yük akımını eşit aralıklarla ve sırayla eirirler. Aynı ana, üst ve alt sıraan saece birer iyot iletime kalır. Aynı ana, üst ve alt sıraan aynı az koluna ait iyotlar iletime olamaz. Çıkış erilimi, iletime olan üst ve alt sıraaki iyotlara öre, azlar arası erilimler e oluşmaktaır. AC şebekeen ekilen az akımının DC bileşeni yoktur. AC şebeke aısınan, yarım alaya öre tam ala oğrultucular ok aha iyiir. Omik yüklü tam ala oğrultucunun şebekeen ektiği akıma, az arkı ve harmonik yoktur. Akım kaynaklı yükte ise, şebekeen ekilen akıma, az arkı yoktur, ancak harmonik varır. AC şebekeen ekilen az ve hat akımları birbirine eşittir. Diyotlar azlar arası erilime maruz kalır. Omik yükte sinusoial olan az ve hat akımı eekti olarak, hm h h R Omik-enükti yükte sinusoial olmayan az veya hat akımı eekti olarak, ( ωt) ωt 0 0 şekline bulunur. Bu akımın emel Bileşeni ve oplam Harmonik Distorsiyonu, Fourier analizi yapılarak, ve HD0,48 şekline bulunur. NO : az iin yapılan bu analizin 3 az iin e yapılması önerilir. 3

26 PROF. DR. HAC BODR YARM DAGA KONROÜ DOĞRC ÖRNEKERİ Devre Şeması ve emel Dala Şekilleri Omik Yüklü Fazlı Yarım Dala Kontrollü Doğrultucu Akım Kaynağı ile Yüklü Fazlı Yarım Dala Kontrollü Doğrultucu 4

27 PROF. DR. HAC BODR Çıkış Gerilimi İaeleri Omik Yüklü Fazlı Yarım Dala Kontrollü Doğrultucu α msin( ωt) ( ωt) α ( ωt) α m Cos Cos( ωt) α m m Cosα m ( Cosα ) ( + Cosα ) ( + Cosα ) α + [ ( )] Akım Kaynağı ile Yüklü Fazlı Yarım Dala Kontrollü Doğrultucu + α α msin( ωt) ( ωt) α α m Cos t Cos ωt ( ω ) + α α ( ) α α m + m Cos [ Cosα ( + α )] [ Cosα Cosα ] m + mcosα Cosα Cosα Aıklama Genel olarak yarım ala oğrultucu özellikleri mevcuttur. Omik yükte, α anına iletime iren bir tristör anına akımın sıır olmasıyla kesime irer. Elemanların iletimine ve ıkış erilimine boşluklar oluşur. Omik-enükti yükte, α anına tetiklenerek iletime iren bir tristör, akımın sürekli oluşunan olayı, bir sonraki tristör α+ anına tetikleninceye kaar iletime kalır. Elemanların iletimine ve ıkış erilimine boşluklar oluşmaz. Yine AC şebekeen bir DC akım ekilir. Ayrıca α aısına bağlı olarak, akım erilime öre eri kalır. Prensip olarak, az kesme kontrolu, arışık azların kesişim noktaları (azlar arası erilimlerin sıır noktaları) sıır (α0) olmak üzere 0- aralığına yapılır. Sıır noktaları, azlı sistemlere wt ekseni üzerine, 3 azlı sistemlere ise bu eksenin ışına oluşur. azlı yarım ala kontrollü oğrultucu olan bu evreler ve ala şekilleri, kolayca azlı tam ala kontrollü oğrultucu iin üzenlenebilir. Bu uruma, İletime olan elemanlara ve 4 tristörleri eklenir. ile ve 3 ile 4 aynı sinyallerle ve eşzamanlı olarak tetiklenir. Çıkış erilimi ve azlar arası erilimleri ile oluşur. Faz akımları it yönlü hale elir ve bu akımlara DC bileşen oluşmaz. Ancak, α aısına bağlı olarak, akıma az arkı ve harmonikler oluşur. Akım kaynaklı yük iin, temel bileşenin az kayma aısı, α aısına eşit olur. NO: Yarım ala iin yapılan bu analizin tam ala iin e yapılması önerilir. Ayrıca, az iin yapılan bu analizin 3 az iin e benzer şekile yapılması yararlı olur. 5

28 PROF. DR. HAC BODR GENEEŞİRİMİŞ İNCEEMEER Genel Devre Şeması ve Aıklamalar Üst ve alt sıraan herhani birisi kullanılırsa Yarım Dala Doğrultucu, her ikisini e kullanılırsa am Dala Doğrultucu ele eilir. Serbest eiş iyou, yük akımının sürekliliğini sağlar. Çıkış erilimi α ok alalı a olsa, büyük eğerli bir yük enüktansınan olayı enellikle ıkış akımı sürekli ve sabit kabul eilir. Serbest eiş iyou olmaığına, sürekli kabul eilen DC yük akımını, hem üst hem e alt sıraa elemanlar eşit aralıklarla ve sırayla eirilirler. Üst ve alt sıraan aynı ana saece birer eleman iletime kalabilir. Hem üst hem e alt sıraa, akımın bir elemanan iğerine aktarılışına Komütasyon Olayı enir ve bu aktarma işlemlerinin başlanı ya a sıır noktaları arışık az erilimlerinin kesişim noktalarıır. Diyotlu evrelere sıır noktalarına keniliğinen oluşan bu aktarım olayları, tristörlü evrelere tetikleme sinyalleriyle eciktirilebilir. Bu α ecikme aıları 0 - aralığına ayarlanabilir. Bu aıya etikleme Gecikmesi veya Gecikme Aısı enir. Enüstriyel uyulamalar aısınan, oğrultucuların akım kaynağı ile yüklenmesi urumu, aha ereki ve anlamlıır. Faz kontrolü, enellikle azlar arası erilimlerin sıır (α0) noktaları reerans alınarak yapılır ve kontrol aralığı 0- şeklineir. Gü elemanları hem üst hem e alt sıraa, akımı eşit aralıklarla ve sırayla eirir. Sürekli akım iin iletim aralığı aza ve 3 aza /3 kaarır. Çıkış erilimi iletime olan elemanlara öre, yarım ala oğrultuculara az erilimleri ve tam ala oğrultuculara azlar arası erilimler ile oluşur. am alaa ıkış erilimi eşeğer yarım alaakinin katıır. AC şebekeen ekilen az akımı, yarım ala oğrultuculara DC şekile ve ayrıca kontrollü olanlara erilime öre eriir. am ala oğrultuculara, az akımına DC bileşen yoktur akat harmonikler bulunabilir. Kontrolsüz olanlara az arkı oluşmaz, ancak kontrollü olanlara kontrol aısına bağlı bir az arkı oluşur. AC şebeke aısınan, tam ala oğrultucuların kullanılması, mümkün ise oğrultucunun kontrolsüz olması, mümkün eğil ise kontrol banının olabiliğince sııra yakın olması önerilmekteir. Doğrultuculara ıkış akımı, aima ü elemanlarının iletim yönüne ve tek yönlüür. Gerilim ise, saece tam kontrollü olan oğrultuculara yönlü olup, iğerlerine tek yönlüür. 6

29 PROF. DR. HAC BODR Çıkış Gerilimi İaeleri Bütün kontrolsüz oğrultuculara, m q s Sin q Bütün yarı kontrollü oğrultucular ile omik yüklü tam kontrollü oğrultuculara, α ( + Cosα ) az iin α Cosα 3 az ve 0 α 30 iin [ + ( + 30 )] α Cos α 3 az ve 30 α 50 iin 3 Akım kaynağı ile yüklü bütün tam kontrollü oğrultuculara, α Cosα Çıkış Gerilimi Değişimleri Çalışma Moları AC şebeke AC şebeke Enerji Enerji DC yük Doğrultucu Mou DC yük İnverter Mou Doğrultuculara ıkış akımı, aima tek yönlüür. Bu yön poziti kabul eilir ve ü elemanlarının iletim yönüür. 7

30 PROF. DR. HAC BODR Çıkış erilimi ise, saece omik enükti yüklü tam kontrollü oğrultuculara, poziti ve neati olmak üzere iki yönlü veya iki böleli olabilmekteir. Çıkış erilimi poziti oluğuna, ü poziti olur, enerji akışı AC şebekeen DC yüke oğruur. Bu alışmaya Doğrultucu Mou enilmekteir. Çıkış eirlimi neati oluğuna ise, enerji akışı DC yükten AC şebekeye oğruur. Bu alışmaya ise İnverter Mou enilir. Doğrultucu mouna AC erilim DC ye, inverter mouna ise DC erilim AC ye önüştürülür. Örnek olarak, oğrultucu mouna AC şebeke erilimi oğrultularak bir aküyü şarj eer veya DC motoru alıştırır. İnverter mouna ise, akümülatör veya DC eneratör ularınaki DC erilim AC erilime önüştürülerek, akü veya DC eneratörün enerjisi AC şebekeye aktarılır. İki yönlü enerji aktarımı sağlayabilen omik-enükti yüklü tam kontrollü önüştürücülerin ıkış erilimi iaesi tekrar yazılarak, aşağıaki yorum yapılabilir. q m s α Cosα.. Sin q α 0 iin, α m α < / iin, α > 0 Doğrultucu Mou α / iin, α 0 α > / iin, α < 0 İnverter Mou Bu yorumlar, ü elemanları ve evre ieal kabul eilerek yapılmaktaır. Doğal olarak erek uyulamalara, erilim üşümleri ve ü kayıpları oluşur. Akti Gü Denesi Devre kayıpları ihmal eiliğine, bir oğrultucunun iriş ve ıkışınaki akti üler birbirine eşit olur. AC şebeke taraınaki akti ü, akımın eekti temel bileşeni ve bu bileşenin kayma aktörü ile hesaplanır. DC tarataki akti ü ise, ortalama erilim ve akım ile bulunur. Genel olarak omik-enükti yüklü q az sayılı tam ala kontrollü bir oğrultucu iin, temel akımın kayma aısı ϕ az kontrol aısı α ya eşit oluğuna öre, ü enesi, P P q Cosα α Cosα şekline, ayrıca şebekeen ekilen reakti ü, Q q Sinα olarak yazılabilir. Ayrıca, Görünen Gü ve Gü Faktörü iaeleri, S q GF P / S Her zaman eerliir. 8

31 PROF. DR. HAC BODR Bir Elemanın Maruz Kalığı Akım ve Gerilim Genel olarak omik-enükti yüklü q az sayılı oğrultuculara, bir ü elemanınan een akımın ala şekli ile bu akımın ortalama ve eekti eğerleri aşağıa verilmiştir. Bu akım şekli ve iaeler, yarım ve tam ala ile kontrolsüz ve kontrollü oğrultuculara eğişmez. AV q EF q Yarım ve tam ala ile kontrolsüz ve kontrollü bütün oğrultuculara, bir ü elemanı aima azlar arası erilime maruz kalır. Genel olarak, bir elemanın peryoik poziti ve neati ayanma erilimi, bu elemanın maruz kalığı maksimum erilimen büyük olmalıır. DRM, RRM > hm > h > Sin q şeklineir. Bu iae, tek azlı sistemler iin, DRM, RRM > azlı sistemler iin, DRM, RRM > ve 3 azlı sistemler iin, DRM, RRM > 6 olarak üzenlenebilir. Faz erilimi 0 V olan AC şebekeye bağlı tek azlı oğrultuculara, en az 400 V luk ve aha emniyetli olması aısınan 600 V luk ü elemanları kullanılmaktaır. 3 azlı oğrultuculara ise, en az 600 V luk ve aha emniyetli olması aısınan 800 V luk elemanlar kullanılmaktaır. 9

32 PROF. DR. HAC BODR KON İE İGİİ ÇÖZÜMÜŞ PROBEMER Problem Faz erilimi 0 V olan azlı yarım ala kontrolsüz bir oğrultucu ile 0 Ω luk bir yük beslenmekteir. Devre kayıplarını ihmal eerek, a) Çıkış erilim ve akımını bulunuz. b) Bir iyottan een akımın ortalama ve eekti eğerlerini hesaplayınız. c) Eekti az akımını bulunuz. ) Bir iyoun maruz kalığı maksimum erilimi bulunuz. Çözüm a) Çıkış erilimi, q s. Sin q 99, 04 V.0. Sin q Çıkış akımı, R 9, 9 99,04 0 A b) Bir iyoun ortalama akımı, DAV DAV.9,9 q 4,95 A Bir iyoun eekti akımı, DEF DEF DEF m 4 m 7,78 A. c) Eekti az akımı, yarım ala oğrultucua bir eleman akımının eekti akımına eşit oluğunan, DEF 0 m m 0 4 Sin ( ωt) ( ωt) + Cos ( ωt) ( ωt) ( ) ( ) ωt Sin ωt m m [ + 0] DEF 7, 78 ) Bir iyoun maruz kalığı maksimum erilim, bulunur. Dmax Dmax hm 3, V A..0 30

33 PROF. DR. HAC BODR Problem Faz erilimi 0 V olan tek azlı tam ala (köprü) kontrolsüz bir oğrultucu ile 0 Ω luk bir alıcı beslenmekteir. Devre kayıplarını ihmal eerek, a) Yükün erilim ve akımını bulunuz. b) Bir iyoun ortalama eekti akımlarını hesaplayınız. c) Eekti az akımını bulunuz. ) Bir iyoun maruz kalığı maksimum erilimi bulunuz. Çözüm ek azlı sistem İki azlı sistem 0 V 0 V q q S s a) Çıkış erilimi, q s. Sin q 98, V 0..Sin q Çıkış akımı, 98, R 0 9,9 A b) Bir iyoun ortalama akımı, DAV DAV q 4,95 A.9,9 Bir iyoun eekti akımı, DEF 0 m m 0 4 Sin ( ωt) ( ωt) + Cos ( ωt) ( ωt) ( ) ( ) ωt Sin ωt m + 0 DEF DEF DEF 4 m m 4 m 7,78 A c) Eekti az akımı, m A [ + 0].. ) Bir iyoun maruz kalığı maksimum erilim, bulunur. D max D max hm 3, V..0 3

34 PROF. DR. HAC BODR Problem 3 Faz erilimi 0 V olan iki azlı yarım ala kontrollü bir oğrultucu ile 9,9 A lik bir DC motor beslenmekteir. Yük α60 iken besleniğine öre, evrenin kayıpsız oluğunu ve yük akımının sürekli ve üzün oluğunu kabul eerek, a) Yükün erilimi bulunuz. b) Bir tristörün ortalama eekti akımlarını hesaplayınız. c) Eekti az akımını bulunuz. ) Şebekeen ekilen akti ve reakti üler ile ü katsayısını bulunuz. Çözüm a) α60 iken, yük erilimi, q α Cosα s. Sin Cosα.0. Sin Cos60 q α 49, 5 V b) Bir tristörün ortalama akımı, α an bağımsız olarak, AV AV q 4,95 A.9,9 Bir tristörün eekti akımı, EF EF EF q 9,9 7 A c) Eekti az akımı, yarım ala oğrultucua bir elemanan een akımının eekti eğerine eşit olacağına öre, EF 7 A ) Şebekeen ekilen akti ü, P P q 490, W Cosα P α 49,5.9,9 Şebekeen ekilen örünen ü, S S bulunur. q 540 VA Gükatsayısı, P 490, GK S 540 GK 0,

35 PROF. DR. HAC BODR Problem 4 Faz erilimi 0 V olan tek azlı tam ala (köprü) kontrollü bir oğrultucu ile α45 iken 0 A lik bir alıcı beslenmekteir. Devre kayıplarını ihmal eerek, a) Alıcının besleme erilimi ile ücünü bulunuz. b) Bir tristörün ortalama ve eekti akımlarını hesaplayınız. c) Şebekeen ekilen eekti az akımını bulunuz. ) Faz akımının eekti temel bileşenini bulunuz. e) Şebekeen ekilen reakti ücü bulunuz. ) Şebekeen ekilen örünen ü ile ü katsayısını bulunuz. Çözüm a) Alıcının besleme erilimi, q α Cosα s. Sin Cosα.0. Sin Cos45 q α 40, V Alıcının akti ücü, P P α 40,.0 40 W b) Bir tristörün ortalama akımı, AV.0 q 5 A AV Bir tristörün eekti akımı, EF q EF EF.0 7,07 A c) Şebekeen ekilen eekti az akımı, h 0 0 A ) Giriş ve ıkıştaki akti ülerin eşitliğinen, q Cosα Cosα.0. 9 Cos45 A α 40 e) Şebekeen ekilen reakti ü, Q Q q Sinα.0.9. Sin45 40 VAr ) Şebekeen ekilen örünen ü, S S q 00 VA Gükatsayısı, P GK S GK 0,637 bulunur

36 PROF. DR. HAC BODR 4. AC-AC DÖNÜŞÜRÜCÜER / AC KYCAR GİRİŞ AC-AC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri Enüstrie ok yayın olarak kullanılan önüştürücü türüür. emel Özellikleri : AC irişteki eekti az erilimi : Frekans q : Faz sayısı : AC ıkıştaki eekti az erilimi, (α) max : Maksimum AC ıkış erilimi, α 0 max α : Faz Kesme veya Faz Kontrol aısı : Gecikme Aısı veya etikleme Gecikmesi 3 : Eekti Faz Gerilimi 3 h : Eekti Fazlar Arası Gerilim m : Faz Gerilimi Maksimum Değeri hm : Hat (Fazlar Arası) Gerilimi Maksimum Değeri AC-AC önüştürücülere, rekans ve az sayısı sabit olmak üzere, eekti ıkış eriliminin kontrolü yapılığına bu önüştürücüye AC Ayarlayıcı veya AC Kıyıcı, saece enerjinin anahtarlanması veya aılıp-kapatılması amalanığına ise, evreye AC Şalter enilmekteir. Enüstriyel olarak, AC kıyıcılar ısı ve ışık kontrolü amacıyla aha ok omik yüklere kullanılmaktaır. Kontrol lineer eğilir. Faz Kontrol Yöntemi ile kontrol sağlanır. Çıkış erilimi sabit rekans altına eekti olarak kontrol eilir. Hem şebeke hem e yük taraına yüksek eğerli harmonikler oluşur. Doğal komütasyonluur. ristör veya triyaklar ile erekleştirilir. Başlıca yulama Alanları Bütün omik yüklere (ırın, ısıtıcı, lamba ibi) ü kontrolü Vantilatör karakteristikli küük ülü AC motorlara (an, pompa, kompresör ibi) hız kontrolü Statik AC reülatörlere erilim kontrolü Statik AC şalterlere evreyi ama ve kapama Statik reakti ü kompanzasyonu AC-AC Dönüştürücülerin Genel Olarak Sınılanırılması AC-AC önüştürücüler, Kontrol aısınan, a. AC Şalterler b. AC Ayarlayıcılar (Kıyıcılar) Faz sayısına öre, a. ek Fazlı AC-AC önüştürücüler b. Ü Fazlı AC-AC önüştürücüler 3 azlı yükün bağlantı şekline öre, a. Yükü Y bağlı AC-AC önüştürücüler b. Yükü Δ bağlı AC-AC önüştürücüler şekline sınılanırılmaktaır. 34

37 PROF. DR. HAC BODR AC Kıyıcıların emel Kontrol Özellikleri Faz Kontrol Devreleri, temel olarak bir AC erilimin Sıır Noktaları ile Poziti ve Neati Aralıklarını alılayarak, α kontrol aısı ayarlanabilen Poziti ve Neati olmak üzere sinyal üretir. Faz kesme aısı, α 80 o.(u kont / u tstmax ) şekline hesaplanabilir. Doğrultucu ve AC kıyıcılara, Poziti Sinyal ilili azın Poziti Elemanına ve Neati Sinyal ilili azın Neati Elemanına verilir. Örneğin, yukarıaki temel AC kıyıcı evresine, u erilimini alılayan az kontrol evresi, bu erilimin + ve - yarı peryotlarına olmak üzere sinyal üretmekte, bu sinyalleren + olanı ve - olanı 4 tristörünün tetiklenmesine kullanılmaktaır. AC kıyıcılar, bütün ü elemanlarının sürekli sinyallerle tetiklenmesi veya yine bütün ü elemanlarının aima α 0 olarak tetiklenmesi ile AC Şalterler olarak kullanılmaktaır. riyak, biliniği ibi ters-paralel bağlı tristöre eşeğerir. Ancak, saece bir soğutucu ile saece bir kapıya sahiptir. AC kıyıcı evrelerine, triyakın ücünün yettiği yere kaar, aynı aza ait ters-paralel bağlı tristör yerine aima bir aet triyak kullanılmaktaır. Böylece, AC kıyıcıların maliyeti üşmekte ve kontrolü kolaylaşmaktaır. Bir aza ait + ve sinyallerin her ikisi e, o aza ait triyakın kapısına uyulanmalıır. Bu urum a, yukarıa verilen triyaklı temel evre şemasına örülmekteir. AC şalterlere, evreye iriş ve ıkışlara, AC şebekeen eici harmonikler ekilir. Bunu önlemek iin Sıır Gerilim Şalteri kullanılır. Sıır Gerilim Şalterleri, aima (+) yarım alanın başına evreye irer ve (-) yarım alanın sonuna evreen ıkar. AC kıyıcılara, kesme aısı α ile ü kontrolü yapılığı sürece, yük omik ahi olsa şebekeen reakti ü ekilir ve aima harmonikler oluşur. Bu mahsuru en aza inirebilmek iin, saece omik yüklere Dala Paketleri Yöntemi ile ü kontrolü yapılır. Bu yönteme, örneğin, AC şebekenin 0 tam peryou bir kontrol peryou olarak seilir. 0 peryot ierisine yüke uyulanacak olan tam peryot sayısı eğiştirilerek ü kontrolü sağlanır. Örneğin, kontrol oranı 3/0 iin, şebekenin 0 peryounan 3 ü yüke uyulanır. Bu yöntem motor kontrolüne kullanılamaz. 35

38 PROF. DR. HAC BODR EK FAZ AC KYCAR Devre Şeması ve emel Dala Şekilleri Omik Yüklü ek Fazlı AC Kıyıcı Omik-Enükti Yüklü ek Fazlı AC Kıyıcı 36

39 PROF. DR. HAC BODR Çıkış Gerilimi İaeleri Omik Yüklü ek Fazlı AC Kıyıcı m sin ( ωt)( ωt) α m α ( cos ( ωt))( ωt) m ( ωt) sin ( ωt) α α + sin α m m ( α + sin α ) ( α + sin α ) m ( α + sin α) ( α + sin α) Çıkış Akım ve Gücü / R P / R α 0 iin, max max max / R P P max max max max / R Omik-Enükti Yüklü ek Fazlı AC Kıyıcı +α m sin ( ωt)( ωt) α +α m α ( cos( ωt))( ωt) +α m ( ωt) sin ( ωt) α m + γ α (sin ( + γ) sin α) m ( + γ α + (sin α sin γ) ( + γ α + (sin α sin γ) m α + γ α + (sin α sin γ) + γ α + (sin α sin γ) Aıklama Faz kesme kontrolü, tek azlı AC kıyıcılara, az eriliminin sıır noktaları reerans (α0) olmak üzere yapılır. Çıkış erilimi, tek azlı AC kıyıcılara, az erilimi ile belirlenir. Omik yükte, enellikle α anına kısa süreli sinyaller ile tetikleme sağlanır. α anına tetiklenerek iletime iren bir tristör, anına akımın sıır olmasıyla kesime irer. Bir elemanın kontrol aralığı 0<α< ve iletim aralığı α<β< şeklineir. Omik-enükti yükte, enellikle α- aralığına uzun süreli sinyaller ile tetikleme sağlanır. α anına tetiklenerek iletime iren bir tristör, +γ anına akımın sıır olmasıyla kesime irer. Bir elemanın kontrol aralığı φ<α< ve iletim aralığı α <β<+γ şeklineir. Her iki yük urumuna a, α aısına bağlı olarak, elemanların iletimine ve ıkış erilimine boşluklar oluşur. Her iki yük urumuna a, AC şebekeen ekilen akımın DC bileşeni yoktur. Ancak, α aısına bağlı olarak, akıma az arkı ve harmonikler oluşur. ek azlı AC kıyıcılara, ü elemanları az erilimine maruz kalır. 37

40 PROF. DR. HAC BODR 3 FAZ AC KYCAR 3 Fazlı AC Kıyıcıların emel Prensipleri 3 Fazlı bir Sisteme Kontrol Aralıkları 3 Fazlı bir Sistemin Vektörel Diyaramı Aıklama Kontrol aralıkları, enellikle az erilimlerine öre belirlenir. Örneğin,, ve 3 az erilimlerin poziti aralıkları sırasıyla, 3 ve 5 neati aralıkları ise 4, 6 ve tristörlerinin kontrol aralıkları olarak kullanılabilir. Ancak, az ve azlar arası erilimler arasınaki ilişkiler ikkate alınarak, kontrol aralıkları az veya azlar arası erilimlere öre tasarlanabilir., 3 ve 3 azlar arası erilimleri, sırasıyla, ve 3 az erilimlerinen 30 o ilerieir. 3, ve 3 azlar arası erilimleri ise, sırasıyla, ve 3 az erilimlerinen 30 o erieir. Çıkış erilimleri, iletime olan elemanlara öre, az ve/veya azlar arası erilimler kullanılarak belirlenir. Genellikle omik olan yük, Y veya Δ bağlı olabilmekte ve her ikisine e maliyet ve kontrol kolaylığı aılarınan arklı evre yapıları oluşturulabilmekteir. Gü Elemanları, enellikle azlar arası erilimlere maruz kalır. 38

41 PROF. DR. HAC BODR Yükü Y Bağlı 3 Fazlı AC Kıyıcıların Muhteli Devre Şemaları Gü elemanları AC şebeke az irişlerine bağlıır. Yükün Y bağlı oluğu enel evre şemasıır. Y noktası N ile bağlı eğilir. Kontrol az erilimlerine öre yapılır. Elemanlar azlar arası erilimlere maruz kalır. Gü elemanları AC şebeke az irişlerine bağlıır. Her bir azın neati elemanları olarak iyotlar kullanılmıştır. Fazlar arası emek zoruna olan akımlar ancak tristörler üzerinen evreyi tamamlayabileceğinen, aynı kontrol sağlanır. Buraa ama, maliyetin azaltılmasıır. Kontrol az erilimlerine öre yapılır. Elemanlar azlar arası erilimlere maruz kalır. Gü elemanları AC şebeke az irişlerine bağlıır. Y noktası N ile bağlıır. Her bir az kolu, bağımsız olarak tek azlı bir AC kıyıcı ibi alışır. Kontrol az erilimlerine öre yapılır. Elemanlar az erilimlerine maruz kalır. Gü elemanları AC şebeke az irişlerine bağlıır. Herhani bir azın elemanları olarak iyotlar kullanılmıştır. Fazlar arası emek zoruna olan akımlar ancak tristörler üzerinen evreyi tamamlayabileceğinen, aynı kontrol sağlanır. Buraa a ama, maliyetin azaltılmasıır. Kontrol az erilimlerine öre yapılır. Elemanlar azlar arası erilimlere maruz kalır. 39

42 PROF. DR. HAC BODR Yükü Δ Bağlı 3 Fazlı AC Kıyıcıların Muhteli Devre Şemaları Gü elemanları AC şebeke az irişlerine bağlıır. Yükün Δ bağlı oluğu enel evre şemasıır. Kontrol az erilimlerine öre yapılır. Elemanlar azlar arası erilimlere maruz kalır. Gü elemanları AC şebeke az irişlerine bağlıır. Her bir azın neati elemanları olarak iyotlar kullanılmıştır. Fazlar arası emek zoruna olan akımlar, ancak tristörler üzerinen evreyi tamamlayabileceğinen, aynı kontrol sağlanır. Buraa ama, maliyetin azaltılmasıır. Kontrol az erilimlerine öre yapılır. Elemanlar azlar arası erilimlere maruz kalır. Gü elemanları Δ yükün azlarına seri bağlıır. Her bir az kolu, azlar arası erilim ile akat bağımsız olarak tek azlı bir AC kıyıcı ibi alışır. Kontrol azlar arası erilimlere öre yapılır. Elemanlar azlar arası erilimlere maruz kalır. Gü elemanları AC şebeke az irişlerine bağlıır. Herhani bir azın elemanları olarak iyotlar kullanılmıştır. Fazlar arası emek zoruna olan akımlar, ancak tristörler üzerinen evreyi tamamlayabileceğinen, aynı kontrol sağlanır. Buraa a ama, maliyetin azaltılmasıır. Kontrol az erilimlerine öre yapılır. Elemanlar azlar arası erilimlere maruz kalır. 40

43 PROF. DR. HAC BODR GENEEŞİRİMİŞ İNCEEMEER Akti Gü Denesi Devre kayıpları ihmal eiliğine, bir AC kıyıcının iriş ve ıkışınaki akti üler birbirine eşit olur. AC şebeke taraınaki akti ü, akımın eekti temel bileşeni ve bu bileşenin kayma aktörü ile hesaplanır. AC ıkıştaki akti ü ise, yükün omik olması urumuna, eekti ıkış erilimi ve yükün irenci ile bulunabilir. Bu uruma, ü enesi, P P q Cos φ q ( /R) şekline iae eilebilir. Bir Elemanın Maruz Kalığı Akım ve Gerilim AC şalter veya ayarlayıcılara az başına öncelikle bir aet triyak veya ters-paralel bağlı aet tristör kullanılmaktaır. Kontrollü veya kontrolsüz hat akımının tamamı bir triyaktan veya yarım alası bir tristören eer. Kontrolsüz akım, kontrollü akımın α 0 olan özel bir urumuur. am ala urumuna, Bir triyaktan een oğrultulmuş ortalama ve eekti akımlar, α AV m sin( ωt)( ωt) m cos( ωt) α m ( + cosα) AV max ( + cosα) α 0 iin, AV max EF m sin ( ωt)( ωt) α α m ( cos ( ωt))( ωt) ( ωt) sin ( ωt) m ( α + sin α ) EF max EF max ( α + sin α) α 0 iin, EF max EF max α 4 Yarım ala urumuna, Bir tristören een ortalama ve eekti akımlar, AV max ( + cosα) ( α + sin α ) EF max EF max ( α + sin α) α 0 iin, AV max EF max EF max şekline hesaplanır.

44 PROF. DR. HAC BODR Gü elemanları, tek azlı ve saece Y noktası N ile bağlı olan 3 azlı AC kıyıcılara, az erilimlerine maruz kalır ve DRM, RRM > şekline, iğer bütün 3 azlı AC kıyıcılara azlar arası erilimlere maruz kalır ve DRM, RRM > 6 şekline seilir. KON İE İGİİ ÇÖZÜMÜŞ PROBEMER Problem, kw lık tek azlı bir ısıtıcı triyaklı bir AC şalter üzerinen beslenmekteir. AC şebekenin az erilimi 0 V oluğuna öre, evre kayıplarını ihmal eerek, a) AC şebeken ekilen az akımını bulunuz. b) riyakın ortalama ve eekti akımlarını hesaplayınız. c) riyakın maruz kalığı maksimum erilimi bulunuz. Çözüm a) AC şebeken ekilen az akımı, P q... cosϕ, A. b) riyakın oğrultulmuş ortalama ve eekti akımları, AV....0 AV 9 A EF EF 0 A c) riyakın maruz kalığı maksimum erilim, max max..0 3, V bulunur. 4