Ders 07. Elektronik Devre Tasarımı. Güç Elektroniği 1. Ders Notları Ege Üniversitesi Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mehmet Necdet YILDIZ a aittir.

Transkript

1 Elektronik Devre Tasarımı Ders 07 Ders Notları Ege Üniversitesi Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mehmet Necdet YILDIZ a aittir. / 1

2 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Omik Yük); 3 fazlı yarım kontrollü köprü doğrultucu güç devresi bağlantısı omik yük için şekilde gösterilmiştir. Bu devrede de 1 fazlı köprüde olduğu gibi sürme kolaylığı açısından üstteki elemanlar tristör, alttaki elemanlar ise diyottur. Şekilden görüldüğü gibi, 3 faz yarım kontrollü köprü doğrultucu devresini sürmek için, daha önce 3 faz yarım dalga kontrollu doğrultucu devresini sürmekte kullanılan 3 fazlı uyarma devresi aynen kullanılmıştır. / 2

3 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Omik Yük); Yan taraftaki dalga temel şekillerinden görülebileceği gibi, T1 tristörü Vab geriliminin, T2 tristörü Vbc geriliminin, T3 tristörü ise Vca geriliminin 90 ıncı derecesinde uyarılmıştır. Bunun sonucunda çıkış gerilimi ve çıkış akımı kesikli olarak oluşmuştur. A fazından çekilen akım ise T1 iletimde olduğunda pozitif, T2 iletimde olduğunda negatif olarak akmakta, T3 iletimde olduğuna ise A fazından herhangi yönde bir akım akmamaktadır. / 3

4 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Omik Yük); Çıkış Geriliminin Ortalama Değeri (Vdc); 3 fazlı yarım kontrollü köprü doğrultucunun omik yükteki çıkış gerilim dalga sekli aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik. Bu durumda gerilim ortalama değeri α 60 derece için yandaki gibidir. / 4

5 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Omik Yük); Çıkış Akımının Ortalama Değeri (Idc); 3 fazlı yarım kontrollü köprü doğrultucunun omik yükteki çıkış akımının dalga sekli aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik. Bu durumda akımın ortalama değeri α 60 derece için yandaki gibidir. / 5

6 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Omik Yük); Ortalama Çıkış Gücü (Pdc); Pdc= Idc. Vdc Kaynak Akımının Etkin Değeri (IA(rms)); Kaynağın bir fazından çekilen akım şekilde görülmekte olup, etkin değeri yandaki gibi bulunabilecektir. / 6

7 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Omik Yük); Kaynaktan Çekilen Toplam Etkin Güç (PS(rms)); PA(rms)= IA(rms). Vf(rms) Üç fazdan çekilen toplam güç; PS(rms)= 3. PA(rms) Devrenin Güç Katsayısı (cosφ); Kaynağın bir fazından çekilen akım ve ilgili hat gerilimi yan tarafta şekilde görülmektedir. Şekilden görüldüğü gibi, kaynak akımı, kaynaktan kesikli olarak çekilmekte ve güç katsayısı aşağıdaki sekil üzerinden tam olarak belirlenememektedir. Bu durumda güç katsayısı, aktif gücün görünür güce oranından yani, cosφ= P / S ile bulunabilir. / 7

8 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Omik Yük); Anahtar (Diyot-tristör) Akımı (ID); Devredeki anahtar (diyot-tristör) akımının dalga sekli şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar akımı, diğer uygulamalarda da olduğu gibi, üzerinden geçen akımın tepe değerine en az %30 tolerans payı eklenerek bulunabilir. ID= Im+(%30.Im)= 1,3. 3.Vm/R Anahtar (Diyot-tristör) Gerilimi (VD); Devredeki anahtar (diyot-tristör) geriliminin dalga sekli şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar gerilimi de, diğer uygulamalarda da olduğu gibi, üzerindeki gerilimin tepe değerine en az %30 tolerans payı eklenerek bulunabilir. VD= 1,3. 3.Vm / 8

9 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); 3 fazlı yarım kontrollü köprü doğrultucu güç devresi bağlantısı endüktif yük için şekilde gösterilmiştir. Bu devrede de 1 fazlı köprüde olduğu gibi sürme kolaylığı açısından üstteki elemanlar tristör, alttaki elemanlar ise diyottur. Şekilden görüldüğü gibi, 3 faz yarım kontrollü köprü doğrultucu devresini sürmek için, daha önce 3 faz yarım dalga kontrollu doğrultucu devresini sürmekte kullanılan 3 fazlı uyarma devresi aynen kullanılmıştır. / 9

10 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Yan taraftaki dalga temel şekillerinden görülebileceği gibi, T1 tristörü Vab geriliminin, T2 tristörü Vbc geriliminin, T3 tristörü ise Vca geriliminin 90 ıncı derecesinde uyarılmıştır. Bu durumda çıkış akımı serbest geçiş diyotunun etkisiyle düz olarak gerçekleşmiştir. A fazından çekilen akım ise T1 iletimde olduğunda pozitif, T2 iletimde olduğunda negatif olarak akmakta, T3 iletimde olduğuna ise A fazından herhangi yönde bir akım akmamaktadır. / 10

11 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Çıkış Geriliminin Ortalama Değeri (Vdc); 3 fazlı yarım kontrollü köprü doğrultucunun endüktif yükteki çıkış gerilim dalga sekli aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik. Bu durumda gerilim ortalama değeri omik yükle aynıdır. Çıkış Akımının Ortalama Değeri (Vdc); 3 fazlı yarım kontrollü köprü doğrultucunun endüktif yükteki çıkış akımı dalga sekli aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik. Bu durumda akımın ortalama değeri, Idc= Im= 3.Vm / Z / 11

12 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Ortalama Çıkış Gücü (Pdc); Pdc= Idc. Vdc Kaynak Akımının Etkin Değeri (IA(rms)); Kaynağın bir fazından çekilen akım şekilde görülmekte olup, etkin değeri yandaki gibi bulunabilecektir. Şekilden görüldüğü gibi AC kare dalga formatında olan kaynak akımı ancak etkin periyotla yaklaşık olarak hesaplanabilecektir. Bu durumda etkin periyot, k= t1 / [t1+(t2+t3)/2] Etkin periyodu kullanarak kaynak akımının etkin değeri, IS(rms)= Im. k veya, IS(rms)= ( 3.Vm / Z). k eşitliğinden hesaplanabilecektir. / 12

13 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Kaynaktan Çekilen Toplam Etkin Güç (PS(rms)); PA(rms)= IA(rms). Vf(rms) Üç fazdan çekilen toplam güç; PS(rms)= 3. PA(rms) Devrenin Güç Katsayısı (cosφ); Kaynağın bir fazından çekilen akım ve ilgili hat gerilimi yan tarafta şekilde görülmektedir. Şekilden görüldüğü gibi, kaynak akımı, kaynaktan kesikli olarak çekilmekte ve güç katsayısı aşağıdaki sekil üzerinden tam olarak belirlenememektedir. Bu durumda güç katsayısı, aktif gücün görünür güce oranından yani, cosφ= P / S ile bulunabilir. / 13

14 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Anahtar (Diyot-Tristör) Akımı (ID); Devredeki anahtar (diyot-tristör) akımının dalga sekli şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar akımı, diğer uygulamalarda da olduğu gibi, üzerinden geçen akımın tepe değerine en az %30 tolerans payı eklenerek bulunabilir. ID= Im+(%30.Im)= 1,3. 3.Vm/Z Anahtar (Diyot-Tristör) Gerilimi (VD); Devredeki anahtar (diyot-tristör) geriliminin dalga şekli şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar gerilimi de, diğer uygulamalarda da olduğu gibi, üzerindeki gerilimin tepe değerine en az %30 tolerans payı eklenerek bulunabilir. VD= 1,3. 3. Vm / 14

15 3 Fazlı Yarım Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Bilindiği gibi yarım kontrollü köprünün endüktif yükte çalıştırılması durumunda yükten kaynağa doğru enerji transferi olamamakta ve aşağıdaki şekilden görüldüğü gibi doğrultucu sadece 1. bölgede çalışmaktadır. Doğrultucunun çift bölgede çalışabilmesi için tam kontrollü doğrultucu olması gerekecektir. / 15

16 3 Fazlı Tam Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); 3 fazlı tam kontrollu köprü doğrultucu güç devresi bağlantısı endüktif yük için şekilde gösterilmiştir. Bu devrede de 1 fazlı köprüde olduğu gibi köprüdeki tüm elemanlar tristördür ve serbest geçiş diyotu kullanılmamıştır. Şekilden görüldüğü gibi, 3 faz tam kontrollü köprü doğrultucu devresini sürmek için, daha önce 3 faz yarım dalga kontrollu doğrultucu devresini sürmekte kullanılan 3 fazlı uyarma devresi yalıtma yapılarak kullanılmıştır. / 16

17 3 Fazlı Tam Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Yan taraftaki dalga temel şekillerinden görülebileceği gibi, devredeki tristörler tıpkı 3 fazlı kontrolsüz köprüdeki diyotların doğal hareketlerinde olduğu gibi uyarılmışlardır. Burada kullanılan uyarma tekniği ile her bir tristör 120 derece iletimde tutulmakta, her 60 derecede es değiştirmekte ve çıkışta hat gerilimini doğrultarak kontrol etmektedir. 60 derecelik uyarma açısı için çizilen bu şekilde negatif kısımlar oluşmamıştır. Açı büyüdükçe gerilim negatife doğru sarkmaktadır. / 17

18 3 Fazlı Tam Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Çıkış Geriliminin Ortalama Değeri (Vdc); 3 fazlı tam kontrollu köprü doğrultucunun endüktif yükteki çıkış gerilim dalga sekli aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik. Bu durumda gerilim ortalama değeri için yandaki gibi olacaktır. / 18

19 3 Fazlı Tam Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Çıkış Akımının Ortalama Değeri (Idc); 3 fazlı tam kontrollu köprü doğrultucunun endüktif yükteki çıkış akımı dalga sekli aşağıdaki şekilde görüldüğü gibidir. Bu durumda akımın ortalama değeri, Idc= Im= 3.Vm / Z Kaynak Akımının Etkin Değeri (IA(rms)); Kaynağın bir fazından çekilen akım şekilde görülmekte olup etkin değeri, k= t1 / (t1+t2) IS(rms)= Im. k IS(rms)= ( 3. Vm / Z). k eşitliğinden bulunabilecektir. Ortalama Çıkış Gücü (Pdc); Pdc= Idc. Vdc / 19

20 3 Fazlı Tam Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Kaynaktan Çekilen Toplam Etkin Güç (PS(rms)); PA(rms)= IA(rms). Vf(rms) Üç fazdan çekilen toplam güç; PS(rms)= 3. PA(rms) Devrenin Güç Katsayısı (cosφ); Kaynağın bir fazından çekilen akım ve ilgili hat gerilimi yan tarafta şekilde görülmektedir. Şekilden görüldüğü gibi, kaynak akımı, kaynaktan çift yönlü ve kesikli olarak çekilmekte ve bu akım periyodik olarak değişmektedir. Bu durumda güç katsayısı, cosφ= cos(60 +α/2) eşitliğinden bulunabilecektir. / 20

21 3 Fazlı Tam Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Anahtar (Diyot-Tristör) Akımı (IT); Devredeki anahtar (diyot-tristör) akımının dalga sekli şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar akımı, diğer uygulamalarda da olduğu gibi, üzerinden geçen akımın tepe değerine en az %30 tolerans payı eklenerek bulunabilir. IT= Im+(%30.Im)= 1,3. 3.Vm/Z Anahtar (Diyot-Tristör) Gerilimi (VT); Devredeki anahtar (diyot-tristör) geriliminin dalga sekli şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar gerilimi de, diğer uygulamalarda da olduğu gibi, üzerindeki gerilimin tepe değerine en az %30 tolerans payı eklenerek bulunabilir. VT= 1,3. 3.Vm / 21

22 3 Fazlı Tam Kontrollü Köprü Doğrultucu (Endüktif Yük); Bilindiği gibi tam kontrollü köprü doğrultucu çıkış gerilimi çok endüktif yükte, pozitif maksimum ile negatif maksimum arasında değişmekte ve doğrultucu çift yönlü çalışmaktadır. DC motorlarda yön değişimi için çiftli kullanılan bu devre ile şekilde görüldüğü gibi 4 bölgeli çalışma sağlanabilir. / 22

23 3 Fazlı Tam Kontrollü Çift Köprü Doğrultucu; 3 fazlı tam kontrollü çift köprü doğrultucu güç devresi bağlantısı endüktif yük için şekilde gösterilmiştir. Bu devrede de 1 fazlı uygulamada olduğu gibi iki tan kontrollu köprü birbirine ters paralel olarak bağlanmıştır. Devrenin uyarmasında ise daha önce açıklanan tam kontrollü uyarma düzeneğinden iki adet kullanılmalı ve bu devreler de 1 fazlı çift köprü doğrultucuda olduğu gibi bir lojik kontrol devresiyle kontrol edilmelidir. Bilindiği gibi bu devre tek tek ya da daima α1+α2= 180º sartını sağlayacak şekilde uyarılmalıdır. / 23