Deney 3 5 Üç-Fazlı Tam Dalga Tam-Kontrollü Doğrultucu

Transkript

1 Deney 3 5 Üç-Fazlı Tam Dalga Tam-Kontrollü Doğrultucu DENEYİN AMACI 1. Üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun çalışma prensibini ve karakteristiklerini anlamak. 2. Üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun, farklı tetikleme açıları için akım ve gerilim değerlerini ölçmek. 3. Üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun karakteristiğini doğrulamak. GENEL BİLGİLER Üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun devre yapısı, üç-fazlı tam dalga diyot doğrultucununki ile benzerdir. İkisi arasındaki tek fark, üç-fazlı tam dalga diyot doğrultucudaki altı güç diyotunun, güç tristörleri ile yer değiştirmiş olmasıdır. Tristörlerin tetikleme açıları değiştirilerek, üç-fazlı doğrultucunun ortalama çıkış gerilimi değiştirilebilir. Tek-fazlı tam dalga kontrollü doğrultucu ile karşılaştırıldığında, üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucu daha düzgün dc gerilim sağlayabilir ve yük devresine daha yüksek güç aktarabilir. Üç-fazlı tam dalga yarı-kontrollü doğrultucu ile karşılaştırıldığında, üç-fazlı tam dalga tamkontrollü doğrultucu, çıkış geriliminde daha küçük dalgalanma bileşenine sahiptir (saf dc ye yakın) ve çıkış geriliminin polaritesi değiştirilebilir; yani, iki bölgeli bir dönüştürücüdür. Şekil 3 5 1, saf dirençsel yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun devre ve dalga şekillerini göstermektedir. Bu şekil, üç-fazlı güç kaynağını, pozitif faz sırasında göstermektedir; yani, V B, V A 'nın 120 o gerisindedir, V C, V A 'nın 120 o ilerisindedir. Üç-fazlı tam dalga yarı-kontrollü doğrultucuya benzer şekilde, üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucuda, tristörlerin tetikleme sinyalleri, sürekli darbe olmalıdır. Tristörün tetikleme açısı α π/6 olduğunda, bu devre, üç-fazlı tam dalga diyot doğrultucu ile aynı fonksiyona sahiptir; yani, ortalama çıkış gerilimi değiştirilemez. Normal çalışmada, bu doğrultucuda tristörlerin tetikleme açısı α, 30 o ile 180 o arasında olmalıdır. Ayrıca, üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucu altı tristöre sahip olduğu için ve bir anda iki tristör iletimde olacağı için; her bir tristörün

2 tetikleme sinyali, π / 3 e kadar uzatılmalıdır (herhangi iki tetikleme sinyali π / 3 kadar örtüşmeli). Aksi halde, herhangi bir anda sadece bir tristör iletimde olur ve yük akımı üretilmez. Şekil 3 5-1'de gösterildiği gibi, α wt α+π/3 aralığında, V AB gerilimi maksimumdur, Q1 ve Q6 tetiklenerek iletime geçer, böylece doğrultulmuş çıkış gerilimi V O =V AB dir. α+π/3 wt α+2π/3 aralığında, V AC gerilimi maksimumdur, Q1 ve Q2 tristörleri tetiklenerek iletime geçerken, Q6 tristörü ters kutuplanmıştır ve tıkamadadır, bu yüzden doğrultulmuş çıkış gerilimi V O =V AC dir. α+2π/3 wt α+π aralığında, V BC gerilimi maksimumdur, Q2 ve Q3 tristörleri tetiklenerek iletime geçerken, Q1 tristörü ters kutuplanmıştır ve tıkamadadır, böylece doğrultulmuş çıkış gerilimi V O =V BC dir. Yukarıdaki incelemeden, her tristörün iletim açısının 60 o olduğu görülür. Şekil 3 5 1(b) deki dalga şekillerinden görüldüğü gibi, üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun dalgalanma frekansı, ac kaynak frekansının 6 katıdır. (a)

3 (b) Şekil Saf dirençsel yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun devre ve dalga şekilleri Önceki deneylerde kullanılan sembol ve kısaltma ifadelerinden ve şekil (b)'deki dalga şekillerinden yararlanarak, ortalama ve rms çıkış gerilim değerleri şu şekilde bulunur: (3-5-1) (3-5-2) Denklem (3 5 1) ve (3 5 2)'de, V AB integral dalga şekli, V A 'nın π/6 (30 o ) ilerisindedir. α=30 o iken, V O(av) değeri, üç-fazlı tam dalga diyot doğrultucununki ile aynıdır. α değerini değiştirerek, V O(av) ortalama çıkış gerilimi, 2.34 V P(rms) den -2.34

4 V P(rms) değerine kadar değiştirilebilir. Yani, üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucu, iki-bölgeli bir dönüştürücüdür ve ortalama çıkış gerilimi değiştirilebilir. KULLANILACAK ELEMANLAR 1. PE A İzolasyon Trafosu x1 2. PE B Sigorta Seti x1 3. PE C Tristör Seti x3 4. PE B Fark Yükselteci x1 5. PE C Dirençsel Yük Ünitesi x1 6. PE E Endüktif Yük Ünitesi x1 7. PE C Akım Transdüseri x1 8. PE A DC Güç Kaynağı (±15V/2A) x1 9. PE A Referans Değişken Üreteç x1 10. PE D 3ɸ Faz Açı Denetleyicisi x1 11. Dijital Bellekli Osiloskop (DSO) x1 12. Bağlantı Kabloları ve Köprülenme klipsleri DENEYİN YAPILIŞI 1. PE B, PE C, PE C, PE B, PE A, PE A ve PE D modüllerini Deney Düzeneğinin üzerine koyun. PE C ve PE A modülleri ile osiloskobu deney masasına yerleştirin. Bağlantı kabloları ve köprüleme klipslerini (eğik çizgiler) kullanarak, şekil deki bağlantı diyagramı yardımıyla gerekli bağlantıları yapın. 2. Bu doğrultucu, üç-fazlı dört-telli 220 V luk gerilimle (faz gerilimi=127v) çalışır ve seri bağlı 100Ω luk bir direnç ve 200mH lk bir endüktanstan oluşan yük devresine sahiptir. Referans Değişken Üreteç modülünde, Vc Aralık seçici anahtarını 0~+10V konumuna getirin ve V kontrol düğmesini %0 konumuna ayarlayın. 3ɸ Faz Açı Denetleyicisi modülünde, Pulse Train çıkışını seçin, α min =30 o ve α max =180 o yapın. Referans Değişken Üreteç modülünün V kontrol düğmesini ayarlayarak, tetikleme açısı 30 o ile 180 o değiştirilebilir.

5

6 Şekil Üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun bağlantı diyagramı 3. Endüktans uçlarına köprüleme klipsi bağlayarak Endüktans yükünü kısa devre edin. Böylece saf dirençsel bir yük devresi oluşmuş olur. Fark Yükseltecinde Ch.A ve Ch.C için, V Aralık seçici anahtarlarını (SWA,SWC) 500V konumuna ayarlayın. Referans Değişken Üreteç modülünün V kontrol düğmesini, tetikleme açısını α=60 o yapmak için ayarlayın. Osiloskop kullanarak, üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun V A faz gerilimi (CH1) ve yük gerilimi (CH2) dalga şekillerini, şekil te gösterildiği gibi ölçün. Çıkış gerilimindeki dalgalanma frekansı, ac giriş kaynağı frekansının 6 katı mıdır?. 4. Referans Değişken Üreteç modülünün V kontrol düğmesini ayarlayarak, tetikleme açısını α=90 o yapın. Osiloskop kullanarak, üç-fazlı tam dalga tamkontrollü doğrultucunun V A faz gerilimi (CH1) ve yük gerilimi (CH2) dalga şekillerini, şekil te gösterildiği gibi ölçün. Ortalama çıkış gerilimi artıyor mu?. Not: Saf rezistif yük durumunda, çıkış akım ve gerilim dalga şekilleri aynıdır. Şekil Saf dirençsel yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun Ölçülen V A faz gerilimi (CH1) ve yük gerilimi (CH2) dalga şekilleri (α=60 o )

7 Şekil Saf dirençsel yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun Ölçülen V A faz gerilimi (CH1) ve yük gerilimi (CH2) dalga şekilleri (α=90 o ) 5. Endüktans uçlarındaki köprüleme klipsini kaldırarak Endüktans yeniden devreye alın. Böylece saf dirençsel yük devresi, endüktif yüke dönüşmüş olur. Tetikleme açısı ayarlarını, 4. adımda olduğu gibi bırakın. Şekil deki bağlantıları, V A faz gerilimi (CH1) ve Akım Transdüseri üzerinden yük akımını (CH2) ölçmek için değiştirin. Sonuçları şekil e kaydedin. Şekil teki sonuçla karşılaştırılırsa, endüktif yüke sahip doğrultucu, saf dirençsel yüke sahip doğrultucuya göre daha sürekli bir yük akımına sahip midir?.

8 Şekil Endüktif yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun Ölçülen V A faz gerilimi (CH1) ve yük akımı (CH2) dalga şekilleri (α=90 o ) BİLGİSAYAR SİMULASYONU 1. TINAPro yu çalıştırın. Schematic Editör penceresinde, şekil da gösterilen devreyi oluşturun. Üç-fazlı dört-telli ac kaynağın üç faz gerilimini, şu şekilde ayarlayın: Sinüzoidal dalga, Genlik 180V (=127Vx1.414), Frekans 60 Hz, V A nın fazı 0 o, V B nin fazı -120 o, V C nin fazı 120 o. 2. Signal Editor diyalog penceresinde, General wave seçin ve şu özelliklere sahip V G tetikleme darbelerini üretin: Genlik 10V, Periyot ms, Genişlik 5.55ms (120 o ). 3. Q1 tristörünün tetikleme açısını 60 o (TS=2.78ms), Q3 tristörünün tetikleme açısını 180 o (TS=8.336ms), Q5 tristörünün tetikleme açısını 300 o (TS=13.89ms), Q4 tristörünün tetikleme açısını 240 o (TS=11.11ms), Q6 tristörünün tetikleme açısını 360 o (TS=16.67ms) ve Q2 tristörünün tetikleme açısını 480 o -360 o =120 o (TS=5.55ms) olarak ayarlayın. OK butonuna basın. 4. Endüktans değerini L=0 H yaparak, saf dirençsel bir yük devresi oluşturun. Analysis/Transient komutunu çalıştırın. Transient Analysis diyalog penceresinde, Start display değerini 16.67ms, Stop display değerini 50 ms olarak ayarlayın, Draw excitation kutusunu işaretleyin ve OK butonuna basın.

9 TR sonucu şekil de gösterilmiştir. TR sonucu, Şekil teki ölçme sonucuyla uyumlu mudur?. Şekil Üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun simülasyon devresi Şekil Saf dirençsel yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun TR simülasyon sonucu (α=60 o )

10 5. 2.adımdaki V G ayarlarını, Q1 tristörünün tetikleme açısını 90 o ye (4.167ms), Q3 tristörünün tetikleme açısını 210 o ye (9.722ms), Q5 tristörünün tetikleme açısını 330 o ye (15.278ms), Q4 tristörünün tetikleme açısını 270 o ye (12.5ms), Q6 tristörünün tetikleme açısını 30 o ye (1.386ms) ve Q2 tristörünün tetikleme açısını 150 o ye (6.944ms) ayarlayarak, değiştirin. Analysis /Transient komutunu çalıştırın ve şekil de gösterilen TR sonucunu elde edin. TR sonucu, şekil teki ölçme sonucu ile uyumlu mudur?. Şekil Saf dirençsel yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun TR simülasyon sonuçları (α=90 o ) 6. Endüktif yük oluşturmak için Endüktans değerini L=200mH yapın. Tetikleme açısı ayarlarını, 5. adımda olduğu gibi bırakın. Analysis/Transient komutunu çalıştırın ve şekil da gösterilen TR sonucunu elde edin. TR sonucu, şekil teki ölçülen sonuçlarla uyumlu mudur?.

11 Şekil Endüktif yüke sahip üç-fazlı tam dalga tam-kontrollü doğrultucunun TR simülasyon sonucu (α=90 o )