KESĐNTĐSĐZ GÜÇ KAYNAKLARI. Uninterruptible Power Supplies

Transkript

1 KESĐNTĐSĐZ GÜÇ KAYNAKLARI Uninterruptible Power Supplies

2 Giriş Sunu Planı Enerji Problemleri ve Çözümleri KGK ve Farklı Tasarımlar Standartlar ve & Teknolojileri KGK Çevrebirimleri Güç Kalitesi Ürünleri Standartlar ve Teknolojileri

3 Güç Problemleri Deşarj lambalarının sönmesi veya aydınlatma şiddetindeki sürekli değişim, motorlarda hız değişikliği veya durması, kontaktörlerin açması, Bigisayarlarda disk crash, ölçme hataları, Transformatörlerin aşırı ısınması, Kompanzasyon sistemindeki kondansatörlerin aşırı akımdan bozulması, motorların aşırı ısınması, Elektronik cihazlardan düşük kalitede yararlanabilme veya fonksiyonlarını tamamen yitirmesi vb.

4 GEREKLİLİK! Elektrik enerjisi ile beslenen her türlü cihaz kararlı, temiz ve limitler dahilindeki bir gerilim ile sağlıklı çalışabilir. Bilgisayar, tıbbi ve haberleşme cihazları, çeşitli askeri ve endüstriyel uygulamalar gibi birçok alanda ise çalışmanın kesintiye uğramaması temel koşuldur.

5 Gerilim Çökmesi Voltage Sag

6 Geçici Enerji Kesintisi Voltage interruption

7 Gerilim Yükselmesi Voltage Swell

8 Gerilim Dengesizliği Voltage Unbalance

9 Geçici Durumlar Transients, impulse

10 CBEMA-ITIC Eğrisi Information Technology Industry Council Curve Computer Business Manufacturers Association

11 Çekilen Akımın veya Kaynak Geriliminin Harmonik İçermesi 1 V s Is,peak i s i s1 0 φ 1 0

12 Bilgisayar, televizyon gibi Doğrultucu içeren bir fazlı alıcılar harmonik içeren akım çekerler! % THD = h= 2 V V 1/ 2 2 h 1

13 Temel Bileşen ve Harmonikler s 4ms 8ms 12ms 16ms 20ms Time

14 Çözümler Geçici gerilim sıçraması bastırıcılar, TVSS EMI/RFI Filtreleri, İzolasyon Transformatörleri, Gerilim Regülatörleri, Motor-Alternatörler, Dinamik KGK ları, Statik kesintisiz güç kaynakları, Dizel jeneratörler, Harmonik Filtreleri (Aktif-Pasif)

15 KGK Teknolojileri STATİK Back-up/Standby (artık üretilmemektedir) Hat etkileşimli (Line Interactive) KGK Çift dönüşümlü (Double Conversion) On-line KGK Dinamik KGK Motor- Generatör Flywheel

16 KGK Terimleri THD Toplam harmonik bozulma (giriş İ thd, çıkış V thd ) Crest Factor- Tepe değer faktörü (I max /I eff ) Power Factor Correction (PFC)- Güç factörü düzeltme Buck/Boost - Ekleme- Çıkarma Modified Sine Wave/True Sine Wave- Sinüse benzetilmiş, gerçek sinüs Transfer Time- Transfer süresi Akü Terimleri Float- Yüzer şarj Equalization- dengeleme şarjı Constant Current Charging Sabit akımda şarj, Constant Voltage Charging Sabit gerilimde şarj VRLA Valve Regulated Lead Acid, Kuru Akü

17 Off-Line KGK Şebekede enerji bulunduğu sürece yük şebekeden beslenir, ancak evirici hazır bekletilir. Şebekede enerji kesildiği anda devreye girerek yükü beslemeye devam eder. Devreye girme süresi önemlidir. Günümüzde neredeyse hiç kullanılmamaktadır. (Maliyetin performanstan çok daha önemli olduğu hassas olmayan elektronik cihazların beslenmesinde (ör: tek bilgisayar) kullanılabilir.)

18 Line İnteraktif KGK Şebeke varolduğu Sürece yük şebekeden beslenir, 2-4 ms Transfer zamanı 20ms/peryot Yük şebekeden izole değildir, Şebeke filtre edilmeli ve Surge koruması olmalıdır. Şebeke regüle edilmelidir, ekleme-çıkarma- Buck & Boost-, Geliştirilmiş kare dalga-modified Sine Wave (PWM) veya benzetilmiş sinüs Güçleri genellikle 3 kva veya daha küçüktür

19 Line İnteraktif: Kare Dalga veya Sinüse benzetilmiş Aküden çalışırken geliştirilmiş kare dalga veya benzetilmiş sinüs üretir, Çıkış RMS değeri Darbe- Boşluk ayarı ile regüle edilir, İnverter sadece şebekenin olmaması durumunda çalışır, Filtreleme ve ekleme çıkarma fonksiyonu şebekenin olduğu durumda çalışabilir.

20 Line İnteraktif KGK Çıkış Dalga şekilleri

21 Line İnteratif: Gerçek Sinüs çıkışlı Her zaman gerçek sinüs çıkış vardır, Gerilim regülasyonu ve filtreleme şebeke var iken çalışabilir, İnverter şebekenin olmadığı durumda çalışır, İşlemci daima şebeke ile senkron olmaya çalışır, Çift yönlü inverter aynı zamanda aküyü şarj eder,

22 Line Interaktif KGK Blok Diyagramı

23 Çift Dönüşümlü Online KGK Transfer Zamanı Sıfır, Daima: AC girişten yükü izole eder, AC girişi doğrultur, Güç faktörünü doğrultucu özelliğine göre 1 e kadar düzeltebilir, İnverter çıkışında gerçek sinüs üretir, Yükü, regüleli ve izole edilmiş bir gerilimle besler, Online durumda iken şebeke ile senkronizedir, (evirici hatasına karşı ikincil bir koruma sağlar).

24 Çift Dönüşümlü-Online KGK

25 On-Line KGK Bileşenleri

26 On-Line KGK Bileşenleri İnverter & Çıkış filtresi Insulated Gate Bipolar Transistors IGBT Unipolar PWM Dalga Üretimi Gerçek Sinüs Çıkışı için filtreleme

27 PWM Üretimi & IGBT Çıkışı Unipolar PWM Dalga Üreteci Referans sinüs taşıyıcı bir üçgen sinyal ile modüle edilir. Üçgen Dalga Frekansı Güce Göre kHz Aralığındadır. Düşük Harmonik, yüksek verim, küçük boyut + V d c 2 V V C A R R I E R ( T R I ) R E F E R E N C E ( S I N E ) - V d c 2

28 Online KGK Çıkış Dalga Formları Filtreli & filteresiz durumdaki Evirici Çıkışları,

29 BYPASS RESERVE P.S. STATIC SWITCH P.S. RESV AUTO-TRANS INVERTER STATIC SWITCH INPUT RECTIFIER FILTER 12 PULSE RECTIFIER R INPUT OPV FIL S T N FIL FILTER RECV BAT. POS. BAT. NEG.

30 On-Line UPS Çalışma Modları Online Mode Back-Up Mode Static Bypass Maintenance/Manual Bypass External Maintenance Bypass

31 On-Line UPS Çalışma Modları Online Mode Back-Up Mode Static Bypass Maintenance/Manual Bypass External Maintenance Bypass

32 On-Line UPS Çalışma Modları Online Mode Back-Up Mode Static Bypass Maintenance/Manual Bypass External Maintenance Bypass

33 On-Line UPS Çalışma Modları Online Mode Back-Up Mode Static Bypass Maintenance/Manual Bypass External Maintenance Bypass

34 UPS, Saha Koşulları, Yük Karekteristikleri Gerilim, Akım, Frekans, Yük çeşidi: motor, PLC, PC, darbeli Güç Kaynağı Gerilim, şebeke veya jenerator? Uzatılmış Akü Süresi Ne kadar? Haberleşme/ izleme gereklilikleri Yer, Çevre Yer Sınırlılığı

35 AKÜLER Normal Şarj: Akü kapasitesinin 1/10-1/20 si kadar bir akımla yapılan şarj işlemidir. Yavaş Şarj: Uzun süre bekletilen veya sülfatlaşan akülere uygulanan sarj sistemidir. Akü 0,5-1A sabit akımla şarj edilir. Hızlı Şarj: Yaklaşık olarak batarya kapasitesinin ¼ ü değerindeki akımla yapılan şarj işlemdir. Kurşun asit aküler 6 hücreden oluşmaktadır. Kullanım anında (şarjlı iken) hücre gerilimi 2,26V-2,38V (dolayısıyla akü gerilimi 13,56V-14,28V) arasında olmalı iken desaj sonu gerilimi hücre başına 1,6V-1,7V un altına düşmemelidir. Çelik tip akülerde (Ni-Fe Nikel Demir, Ni-Cd. Nikel Kadmiyum) ise hücre başına anma gerilim değeri 1,2 V iken deşarj sonu gerilim değeri hücre başına 1 V dur. Çelik aküler kurşun asit akülere göre daha az bakım gerektirir ve daha sağlam bir yapıya sahiptirler. Kullanılmadıkları zaman şarjsız olarak daha uzun süre bekletilebilirler.

36 AKÜLER Yüzer (Floating)Şarj Yavaş (Recovery) Şarj

37 KGK ÖZELLİKLERİ Gerilim Regülasyonu (En kötü şartlarda bile +10%, -15% ) Frekans Kararlılığı Normal çalışma durumunda şebeke frekansının normal sınırlar içinde olduğu durumda UPS sisteminin frekansı ile aynı olmalıdır ve aynı evrede kilitlenmiş olmalıdır. Çıkış Gerilimi Dalga Şekli (%THDv) Verim (=~çalışma maliyeti=gerçek cihaz maliyeti) Farklı çalışma modları (ecomode) ile çalışma verimi yükseltilmeye çalışılmaktadır. Şebekeden Çekilen Akımın Dalga Şekli (%THDi) Güç Faktörü Ani Yük Değişikliklerine Gösterilen Tepki Sistemin %50 lik yük değişikliklerine karşılık (+,-)%10Vpp gerilim değişikliği göstererek, 50 milisaniye içinde (+,-)%2Vpp değerine inmesi istenmektedir. Aşırı Yüklenebilme Yeteneği Cihaz gücüne göre değişken, ör: %120 yükte yaklaşık 10 dakika, %150 yük altında ise 10 saniye veya enerji sahacı özelliği Giriş gerilim ve frekans toleransı

38 DİNAMİK KGK Hareketli parçalar (döner makine) kullanarak yükü beslerler. Genelde yüksek güç uygulamalarında kullanılırlar ve bir alternatör grubu ile birlikte çalışırlar. Şebekenin kesildiği andan itibaren alternatör grubu devreye girinceye kadar yükün beslenmesi için Kinetik enerji depolama teknikleri kullanılır. Volan (%5 frekans düşmesinin (47,5 Hz.) müsaade edilebilir olduğu uygulamalarda) Flying wheel (frekans sapması max. 1 Hz. (genellikle 49,5 Hz.) olur) Volanlı sistem 1500 devirde alternatörle aynı şaftta dönen büyük bir kütlenin hareket enerjisinden faydalanarak jeneratör çalışına kadar elektrik üreten bir sistemdir. Kinetik modül daha kompleks bir yapıyasahiptir, iç ve dış rotordan oluşmaktadır. Sincap kafesli dış rotor ortalama 2600 devirle iç rotorla aynışaftta dönmektedir. İç rotorda DC sargılar bulunmaktadır ve 1500 devirle dönen yüksek performanslı sekronalternatöre bağlanmıştır. Elektrik kesintisi olduğu takdirde iç rotorun manyetik alanı frenleme yapar bu şekilde elektronik kontrolsistemi ile dış rotor senkron alternatörün devrinin 1500 rpm de kalmasını sağlar. Elektrik kesildiği andadizel çalışmaya başlar ve en fazla 3 sn. içinde 1500 devire ulaşır ve senkron alternatörle dizel manyetik kavrama mekanizması ile akuple olur. Bu şekilde Dinamik UPS elektrik gelene kadar çalışmaya devameder. Şebeke normale döndüğünde dizel kapanır ve sistem tekrardan alternatör ve kinetik modülden çalışmaya devam ederek yükü kesintisiz olarak çalıştırır.

39 DİNAMİK KGK Son dönemde yarı iletken teknolojisindeki gelişmelerin etkisiyle, kısmen atatik uygulamaları da içermeye başlamışlardır. Bazı üreticiler, bu alanda da birbirlerinden farklı karma uygulama yöntemleri geliştirmişlerdir. Örne ğin enerji depolama işlemi bir akü grubu aracılığıyla statik olarak sağlanırken, yüke aktarma işleminin dinamik bir alternatörle gerçekleştirildiği uygulamalar mevcuttur. Yine farklı bir yöntem olarak; enerji depolama işleminin bir volan üzerinde dinamik olarak gerçekleş tirildiği, ancak girişte ve çıkışta statik doğrultucu evirici devrelerin kullanıldığı sistemler de, bu tür karmauygulamalaraörnekgösterilebilir. Avantajlar: Yüksek güç (tek modülde 3MVA, paralel çalışma ile 50 MVA), Yüksek verim (>%95), Akü ve Klima gereksiniminin olmaması, Uzun ömür,

40 DİNAMİK KGK

41 DİNAMİK KGK

42 Kaliteli Bir KGK Bozucuları Yok eder. 1 Harmonic Distortion 5 Power Surges 9 Power Failures 2 Switching Transients 6 Power Sags 3 Line Noise 7 High Voltage Spikes 4 Frequency Variations 8 Brownouts