BÖLÜM 3. A. Deneyin Amac

Transkript

1 BÖLÜM 3 TRSTÖRLÜ DORULTUCULAR A. Deneyin Amac Tek faz ve 3 faz tristörlü dorultucularn çalmasn ve davranlarn incelemek. Bu deneyde tek faz ve 3 faz olmak üzere tüm yarm ve tam dalga tristörlü dorultucular, omik ve indüktif yükler altnda incelenecektir. Deney de diyotlar kullanlarak incelenen dorultucu devreler, bu deneyde tristörlerle kontrollü bir hal almtr. Yani yük gerilimi tristörlerin iletime geçme zamanlamalar kontrol edilerek deitirilebilir. Bu sebeple tristörlü dorultuculara kontrollü dorultucular da denir. B.Teori: Tristörlü Dorultucular GR Deney de sabit çk gerilimi üretebilen diyotlu dorultucular inceledik. Eer endüstriyel uygulama sabit deil de ayarlanabilir bir gerilime ihtiyaç duyuyorsa bu durumda diyotlu dorultucular kullanamayz. Bu tip uygulamalarda diyotlarn yerini faz kontrollü tristörler alr. Tristörün çk gerilimi, tristörün gecikme ya da ateleme açs deitirilerek kontrol edilebilir. Tristör, kap terminaline uygulanan bir akm darbesiyle iletime sokulur ve ancak üzerindeki gerilim negatifken, akm da belli bir deerin altna düerse kapanr. AC sistemlerde gerilim ve akm doal olarak negatife inerler ancak DC sistemlerde böyle bir durum söz konusu olmad için bu sistemlerde tristör kullanlamaz. Faz kontrollü sistemler basit, verimli ve nispeten ucuz olduklar için endüstriyel uygulamalarda, özellikle ayarlanabilir hzl sürücü sistemlerinde birkaç kw den MW seviyelerine kadar geni bir aralkta yaygn olarak kullanlrlar. Tristörlü dorultucular da diyotlu dorultucular gibi, tek faz, üç faz ve yarm dalga, tam dalga dorultucu eklinde incelenecektir. GÜÇ ELEKTRON 91

2 Tek Faz Yarm Dalga Tristörlü Dorultucu: ekil 3.1 de de görüldüü gibi devrede yarm dalga diyotlu dorultucudaki diyodun tristörle deitirilmesi dnda bir fark yoktur. ekil 3.1 Yarm dalga tristörlü dorultucu Faz kontrolü, giri geriliminin pozitif evresinin istenildii annda, tristörün iletime sokulmasyla salanr. Bu noktadan itibaren üzerindeki gerilim negatif olup, akm azalana kadar tristör iletimde kalr. Eer yük omik bir yük ise tristör akm ve gerilimlerinin dalga ekli ayn olur ve negatif gerilim sorunu yaanmaz. Ancak diyotlu yarm dalga dorultucuda olduu gibi, indüktif yükte, tristörlü dorultucu da, akm geriden geldii için geç kapanarak bir süre negatif gerilimi geçirecek bu da yüke uygulanan ortalama gerilimin azalmasna sebep olacaktr. ekil 3.. de farkl ateleme açlar için yarm dalga dorultucunun çknda gözlenebilecek dalga ekilleri görünmektedir. ekil 3..Omik ve indüktif yükle 0,60,90 O ateleme açlarnda çk akm, gerilim dalga ekilleri Yarm dalga dorultucu devreleri, düük frekans bileenleri ve yüksek salnmlar sebebiyle endüstride tercih edilmezler. Çk geriliminin ortalama ve etkin deerleri diyotlu dorultuculardaki gibi hesaplanabilir Sin VORT (1 Cos) VRMS ( =Ateleme açs) GÜÇ ELEKTRON 9

3 Tek Faz Tam Dalga (Köprü )Dorultucu: ekil 3.3 te yar kontrollü ve tam kontrollü köprü dorultucu görünmektedir. Tam kontrollü dorultucu 4 tane tristörden oluurken, yar kontrollü dorultucu tristör diyottan olumaktadr. Yar kontrollü dorultucuda gerilim ve akm daima pozitiftir, yani sadece tek kadranda çalan bir dorultucudur. Tam kontrollü dorultucuda ise bota çalma diyodu kullanlmad takdirde gerilim negatife düebilir. Akm ise burada da daima pozitiftir. Bu sistem de pozitif akm ve pozitif-negatif gerilimle yani kadranda çalmaktadr. ekil 3.3 Tek faz, yar-kontrollü ve tam kontrollü dorultucu ekil 3.4 te indüktif yüklü, yar kontrollü dorultucu için tipik bir çk gerilimi dalga ekli ile tristör ve diyotlarn iletim aralklar verilmitir. ekil 3.4 Yar kontrollü köprü dorultucu ekilde de görüldüü gibi gerilimin pozitif evresini T1-D negatif evresini de T- D1 anahtarlar iletmektedir. Gerilim pozitif evrenin sonuna gelip negatife geçtiinde T1- D çiftinin görevi biter ve gerilim negatife geçtii için D kapanarak üzerinde pozitif gerilim olan D1 açlr. Bu noktada T henüz atelenmedii için ve de yük akm sfra dümedii için T1 tristörü T atelenene kadar iletimde kalr. wt= + da T atelenir ve T-D1 çifti iletimi alr. GÜÇ ELEKTRON 93

4 Gerilimin ortalama ve etkin deerleri aadaki gibidir. V ORT ( 1 Cos) V RMS 1 Sin Tam kontrollü dorultucuda diyotlar yerine de tristörler kullanld için devre üzerindeki her anahtar kontrollüdür ve bu sebeple tam kontrollü denmektedir. ekil 3.3 te görülen tam kontrollü devreye göre, T1-T4 tristörleri ve T-T3 tristörleri kendi içlerinde birlikte çalr. wt= annda T1 ve T4 atelenir ve wt= anna kadar bu tristörler iletimde kalr. T ve T3 tristörleri wt=+ ya kadar atelenmeyecei için, eer yük indüktif ise T1 ve T4 tristörleri kesim durumuna geçmeyip yük akmn tamaya devam edecekler ; T ve T3 diyotlarnn açlma anna kadar da negatif gerilimi çka ileteceklerdir. wt= annda T ve T3 tristörleri atelenerek iletime balayacaklardr. Bu durum tristörlerin iletim periyotlaryla birlikte ekil 3.5 te gösterilmitir. 0.5 T1-T4 letim Yok T-T3 letim Yok T1-T4 letim Yok 0 + ekil 3.5 ekil 3.5 e göre yük akmnn süreksiz olduu görünmektedir. Bu sebeple devredeki hiçbir anahtarn iletimde olmad zaman dilimleri vardr. Sürekli yük akm olmas durumunda akm, T1-T4 tristörleri tarafndan dier tristör çifti atelenene kadar tanacaktr. Bu durumda da akmn süreklilii salanrken ortalama gerilim azalacaktr. dan ye kadar olan periyotta gerilim ve akm pozitiftir yani güç ebekeden yüke doru akmaktadr. Bu durumda devre dorultma (rectification) durumundadr denir. Gerilimin den sonraki negatif ksmnda ise akm yine pozitiftir. Güç yükten kaynaa akar. Bu konumda da devre evirici (inverter) modunda çalyor denir. Akm sürekli olduu takdirde, tam kontrollü köprü dorultucu için, ortalama ve etkin gerilim aadaki formüllerle hesaplanabilir. V V M ORT ( Cos) VRMS GÜÇ ELEKTRON 94

5 DENEY 3.1.1: Tek Fazl Yarm Dalga Dorultucu (Omik Yükle) ekil 3.1 de görülen devreyi kurunuz. ( Devre, giriteki diyot yerine tristör kullanlmas dnda deney.1.1 deki ile ayndr ) Not: Ampermetre tristör giriinde AC, çknda DC balanacaktr. Yer açsndan sra ile balanabilir. Deney emasnda karkl önlemek için DC balant kullanlmtr. ekil 3.1 ekil 3.13 GÜÇ ELEKTRON 99

6 DENEYN YAPILII: Tristörün iletime geçmesi için kap terminaline bir akm uygulanmas gerektiini deney 1 de görmütük. imdi bu akmn gecikme açsn 0 dereceye ayarlayn. (=0 o ). Böylece tristör, diyot gibi davranacak ve diyotlu yarm dalga dorultucuda olduu gibi, giri geriliminin pozitif evresini tamamen dorultacaktr. Ateleme açsnn () 0 o olduu bu durumdaki yük gerilimi ve akmyla, giri akm ve tristör geriliminin dalga eklini çiziniz. Yük gerilim ve akmnn, ortalama ve etkin deerlerini ölçünüz. Tristörün ateleme açsn 30,60,90,10,150 ve 180 dereceye ayarlayarak dalga ekillerini gözlemleyiniz. Yukardaki basamaklarda alnan çizimleri ve ölçümleri bu basamaklar için de tekrarlaynz. NOT: Tristör sürücü devresindeki 0V referans gerilimi 3 fazl trafo çkndaki 0V gerilimden alnmas sonuçlarn doruluu açsndan tavsiye edilir. 100 ohm yük gerilimi 0 derece 100 ohm yük gerilimi 0 derece 100 ohm yük gerilimi 30 derece 100 ohm yük gerilimi 30 derece GÜÇ ELEKTRON 100

7 100 ohm yük gerilimi 30 derece 100 ohm yük gerilimi 60 derece 100 ohm yük gerilimi 60 derece 100 ohm yük gerilimi 60 derece 100 ohm yük gerilimi 90 derece 100 ohm yük gerilimi 90 derece GÜÇ ELEKTRON 101

8 100 ohm yük gerilimi 90 derece 100 ohm yük gerilimi 10 derece 100 ohm yük gerilimi 10 derece 100 ohm yük gerilimi 10 derece G-K 0 DERECE G-K 10 DERECE ekil 3.14 Çeitli açlarda Tristör tetikleme ekilleri. GÜÇ ELEKTRON 10

9 3.1.1 İSTENENLER Deney deki tek fazl yarm dalga dorultucu için ölçtüünüz gerilimleri teorik olarak hesaplayarak ölçülen deerlerle karlatrnz. Sonuçlar uyumlu mu? Deilse neden deil belirtiniz. Yük geriliminin, giri ve yük akmnn dalga eklini ölçekli kada çiziniz. (Tek fazl, kontrollü yarm dalga dorultucu için : F Ort FM (1 Cos) F RMS F M :Akm ya da gerilimin tepe deeri.) FM 1 Sin 1 Devre için, yük geriliminin ölçülen deerinin grafiini, tristörün tetikleme açsna( ) göre çiziniz. Deneyde aldnz ölçümleri kullanarak form faktörünü hesaplaynz. FormFaktör I I etkin ortalama Elde ettiiniz sonuçlara göre form faktör neyin göstergesidir açklaynz. Her bir ölçüm ve teorik hesaplarnz için aadaki tabloyu kullannz. Tablo 1. Alpha 0 Ölçülen Deerler Teorik Deerler Etkin(RMS) Ortalama Etkin(RMS) Ortalama GÜÇ ELEKTRON