Çevirenlerin Ön Sözü. Yazar Hakkında

Transkript

1 İçindekiler Çevirenlerin Ön Sözü Ön Söz Yazar Hakkında Bölüm 1 Giriş Güç Elektroniğinin Uygulamaları Güç Elektroniğinin Tarihçesi Güç Elektroniği Devre Çeşitleri Güç Elektroniği Cihazlarının Tasarımı Dalga Şekillerinin Etkin Değerlerinin (Rms) Belirlenmesi Çevresel Etkiler Anahtarların Karakteristikleri ve Özellikleri İdeal Karakteristikler Gerçek Bir Elemanın Karakteristikleri Anahtar Özellikleri Güç Yarıiletken Elemanları Güç Elemanlarının Kontrol Karakteristikleri Eleman Seçimi Güç Modülleri Akıllı Modüller Güç Elektroniği Dergileri ve Konferansları 31 Özet 32 Kaynaklar 32 Gözden Geçirme Soruları 33 Problemler 33 xix xxi xxvii KISIM I Güç Diyotları ve Doğrultucular 35 Bölüm 2 Güç Diyotları ve Anahtarlamalı RLC Devreleri Giriş Yarıiletkenlere İlişkin Temel Bilgiler Diyot Karakteristikleri 38 vii

2 viii 2.4 Ters Toparlanma Karakteristikleri Güç Diyotlarının Çeşitleri Genel Amaçlı Diyotlar Hızlı Toparlanan Diyotlar Schottky Diyotları Silisyum Karbür Diyotlar Silisyum Karbür Schottky Diyotlar SPICE Modeli Seri Bağlı Diyotlar Paralel Bağlı Diyotlar Diyot Anahtarlamalı RC Yükü Diyot Anahtarlamalı RL Yükü Diyot Anahtarlamalı LC Yükü Diyot Anahtarlamalı RLC Yükü Anahtarlamalı RL Yükü ve Boşluk Diyotları Tutulan Enerjinin Bir Diyotla Geri Alınması 68 Özet 72 Kaynaklar 72 Gözden Geçirme Soruları 73 Problemler 73 Bölüm 3 Diyotlu Doğrultucular Giriş Performans Parametreleri Tek Fazlı Tam Dalga Doğrultucular RL Yüklü Tek Fazlı Tam Dalga Doğrultucu Oldukça Büyük Endüktif Yüklü Tek Fazlı Tam Dalga Doğrultucu Çok Fazlı Yıldız Doğrultucular Üç-Fazlı Köprü Doğrultucular RL Yüklü Üç-Fazlı Köprü Doğrultucu Hayli Endüktif Yüklü Üç-Fazlı Doğrultucu Diyotlu Doğrultucuların Karşılaştırılması Doğrultucu Devre Tasarımı LC Filtreli Çıkış Gerilimi Kaynak ve Yük Endüktanslarının Etkileri Endüktörler ve Kapasitörlerin Seçimi İçin Pratik Hususlar AA Film Kapasitörler Seramik Kapasitörler Alüminyum Elektrolitik Kapasitörler Katı Tantal Kapasitörler Süper Kapasitörler 129 Özet 129 Kaynaklar 129 Gözden Geçirme Soruları 130 Problemler 130

3 ix KISIM II Güç Transistörleri ve Da Da Dönüştürücüler 134 Bölüm 4 Güç Transistörleri Giriş Silisyum Karbür Transistörler Güç MOSFET leri Kalıcı-Durum Özellikleri Anahtarlama Özellikleri Silisyum karbür MOSFET ler COOLMOS Eklem Alan-Etkili Transistörler (JFET ler) JFET lerin Çalışma Şekli ve Özellikleri Silisyum Karbür JFET Yapıları Bipolar Eklem Transistörler (BJT LER) Kalıcı-Durum Özeğrileri Anahtarlama Özellikleri Anahtarlama Sınırları Silisyum Karbür BJT ler IGBT ler Silisyum Karbür IGBT ler SIT ler Transistörlerin Karşılaştırılması Güç Transistörlerinde Güç Değerinin Düşürülmesi di/dt ve dv/dt Kısıtlamaları Seri ve Paralel Çalışma SPICE Modelleri BJT SPICE Modeli MOSFET SPICE Modeli IGBT SPICE Modeli MOSFET Kapı Sürücüsü JFET Kapı Devreleri BJT Baz Sürücü Devresi Kapı ve Baz Sürücülerinin Yalıtımı Darbe Trafoları Optokuplörler Kapı Sürme Entegreleri 200 Özet 202 Kaynaklar 203 Gözden Geçirme Soruları 206 Problemler 208 Bölüm 5 DA DA Dönüştürücüler Giriş DA DA Dönüştürücülerin Başarım Parametreleri Düşürücü Çalışmanın İlkesi İstenen Doluluk Oranına Sahip Bir İşaretin Üretimi 216

4 x 5.4 RL Yüklü Düşüren Dönüştürücü Yükseltici Çalışma İlkesi Direnç Yüklü Yükselten Dönüştürücü Frekansı Sınırlayan Parametreler Dönüştürücülerin Sınıflandırılması Anahtarlamalı Regülatörler Düşüren (Buck) Regülatörler Yükselten (Boost) Regülatörler Düşüren Yükselten Regülatörler Ćuk (Çuk) Regülatörleri Tek-Katlı Dönüştürmenin Kısıtları Regülatörlerin Karşılaştırılması Çok Çıkışlı Yükselten Dönüştürücü Diyotlu Doğrultucu Beslemeli Yükselten Dönüştürücü Dönüştürücülerin Ortalama Modelleri Regülatörlerin Durum Uzayı Analizleri Giriş Süzgeci ve Dönüştürücü Tasarımındaki Yaklaşım Dönüştürücüler İçin Kapı Sürücü Entegre Devreler 273 Özet 275 Kaynaklar 277 Gözden Geçirme Soruları 279 Problemler 279 KISIM III Eviriciler 282 Bölüm 6 DA-AA Dönüştürücüleri Giriş Performans Parametreleri Çalışma Prensibi Tek-Fazlı Köprü Eviriciler Üç-Fazlı Eviriciler Derece İletim Derece İletim Tek-Fazlı Eviricilerin Gerilim Kontrolü Çoklu-Darbe-Genişlik Modülasyonu Sinüzoidal Darbe-Genişlik Modülasyonu Değiştirilmiş Sinüzoidal Darbe-Genişlik Modülasyonu Faz-Yerdeğiştirme Kontrolü Üç-Fazlı Eviricilerin Gerilim Kontrolü Sinuzoidal PWM Derece PWM Üçüncü-Harmonik PWM Uzay Vektör Modülasyonu PWM Tekniklerinin Karşılaştırılması Harmonik Azaltımı Akım-Kaynağı Eviricileri 340

5 xi 6.10 Değişken DA-Baralı Eviriciler Yükselten Evirici Evirici Devre Tasarımı 349 Özet 354 Kaynaklar 354 Gözden Geçirme Soruları 356 Problemler 356 Bölüm 7 Rezonans Darbe Eviriciler Giriş Seri Rezonans Eviriciler Tek-Yönlü Anahtarlı Seri Rezonans Eviriciler Çift-Yönlü Anahtarlı Seri Rezonans Eviriciler Seri Rezonans Eviricilerin Frekans Cevabı Seri yükleme için Frekans Cevabı Paralel Yükleme için Frekans Cevabı Seri-Paralel Yükleme için Frekans Cevabı Paralel Rezonans Eviriciler Rezonans Eviricilerin Gerilim Kontrolü E Sınıfı Rezonans Evirici E Sınıfı Rezonans Doğrultucu Sıfır-Akım-Anahtarlamalı Rezonans Dönüştürücüler L-Tipi ZCS Rezonans Dönüştürücü M-Tipi ZCS Rezonans Dönüştürücü Sıfır-Gerilim Anahtarlamalı Rezonans Dönüştürücüler ZCS ve ZVS Rezonans Dönüştürücülerin Karşılaştırılması İki-Bölgeli ZVS Rezonans Dönüştürücüler Rezonans DA-Baralı Eviriciler 409 Özet 413 Kaynaklar 414 Gözden Geçirme Soruları 414 Problemler 415 Bölüm 8 Çok Seviyeli Eviriciler Giriş Çok Seviye Kavramı Çok Seviyeli Evirici Çeşitleri Diyot Kenetlemeli Çok Seviyeli Evirici Çalışma İlkesi Diyot Kenetlemeli Dönüştürücünün Özellikleri İyileştirilmiş Diyot Kenetlemeli Evirici Kondansatör Kenetlemeli Çok Seviyeli Evirici Çalışma İlkesi Kondansatör Kenetlemeli Eviricinin Özellikleri 428

6 xii 8.6 Kaskat Çok Seviyeli Eviriciler Çalışma İlkesi Kaskat Eviricinin Özellikleri Uygulamalar Reaktif Güç Kompanzasyonu Sırt Sırta Bağlantı Ayarlanabilir Hızlı Sürücüler Anahtar Akımları DA Bara Kondansatörü Geriliminin Dengelemesi Çok Seviyeli Eviricilerin Özellikleri Çok Seviyeli Dönüştürücülerin Karşılaştırılması 439 Özet 440 Kaynaklar 440 Gözden Geçirme Soruları 441 Problemler 441 KISIM IV Tristörler ve Tristörlü Dönüştürücüler 443 Bölüm 9 Tristörler Giriş Tristör Karakteristikleri Tristörün İki Tansistör Modeli Tristörün İletime Geçmesi Tristörün Kesime Geçişi Tristör Tipleri Faz Denetimli Tristörler İki Yönlü Faz Kontrollü Tristörler (BCT) Hızlı Anahtarlamalı Asimetrik Tristörler Işık Uyartımlı Silisyum Kontrollü Tristörler (LASCR) İki Yönlü Triod Tristörler Ters İleten Tristörler (RCT) Kapıdan Kesime Geçirilebilen Tristörler FET Kontrollü Tristörler (FET-CTH) MTO lar ETO lar IGCT ler MCT ler SITH ler Tristörlerin Karşılaştırılması Tristörlerin Seri Bağlanması Tristörlerin Paralel Bağlanması di/dt Koruması dv/dt Koruması Tristörün SPICE Modeli Tristörün SPICE Modeli GTO nun SPICE Modeli 484

7 xiii MCT nin SPICE Modeli SITH nin SPICE Modeli DIAC lar Tristör Tetikleme Devreleri Tek Eklemli Transistör (UJT) Programlanabilir Tek Eklemli Transistör 494 Özet 496 Kaynaklar 497 Gözden Geçirme Soruları 500 Problemler 501 Bölüm 10 Kontrollü Doğrultucular Giriş Tek Fazlı Tam Köprü Doğrultucular Tek fazlı RL Yüklü Tam Köprü Doğrultucu Tek Fazlı Çift Köprülü Doğrultucular Üç Fazlı Tam Köprü Doğrultucular Üç Fazlı RL Yüklü Tam Köprü Doğrultucu Üç Fazlı Çift Köprülü Doğrultucular Darbe Genişlik Modülasyonu Kontrolü PWM Kontrolü Tek Fazlı Sinüzoidal PWM Üç Fazlı PWM Doğrultucu Tek Fazlı Seri Bağlı Doğrultucular On İki Darbeli Doğrultucular Doğrultucu Devrelerinin Tasarımı Yük ve Kaynak Endüktanslarının Etkileri 542 Özet 544 Kaynaklar 544 Gözden Geçirme Soruları 546 Problemler 546 Bölüm 11 AA Gerilim Denetleyiciler Giriş AA Gerilim Denetleyicilerin Performans Parametreleri Omik Yüklü Bir Fazlı Tam-Dalga Denetleyiciler Endüktif Yüklü Bir Fazlı Tam-Dalga Denetleyiciler Üç Fazlı Tam-Dalga Denetleyiciler Üç Fazlı Tam Dalga Üçgen Bağlı Denetleyiciler Bir Fazlı Transformatör Uç Değiştiricileri Frekans Dönüştürücüler Bir Fazlı Frekans Dönüştürücü Üç Fazlı Frekans Dönüştürücüler Çıkış Harmoniklerinin Azaltılması PWM Denetimli AA Gerilim Denetleyiciler 584

8 xiv Matris Dönüştürücüler AA Gerilim Denetleyici Devrelerinin Tasarımı Yük ve Kaynak Endüktansının Etkileri 596 Özet 597 Kaynaklar 597 Gözden Geçirme Soruları 598 Problemler 598 KISIM V Güç Elektroniği Uygulamaları ve Korumaları 602 Bölüm 12 Esnek AA İletim Sistemleri Giriş Güç İletiminin Prensibi Şönt Kompanzasyonun Prensibi Şönt Kompanzatörler Tristör Kontrollü Reaktör Tristör Anahtarlamalı Kapasitör Statik VAR Kompanzatör İleri Statik VAR Kompanzatörü Seri Kompanzasyonun Prensibi Seri Kompanzatörler Tristör Anahtarlamalı Seri Kapasitör Tristör Kontrollü Seri Kapasitör Zorlamalı Komütasyon Kontrollü Seri Kapasitör Seri Statik VAR Kompanzatörü Gelişmiş SSVC Faz Açısı Kompanzasyon Prensibi Faz Açısı Kompanzatörü Birleşik Güç Akış Denetleyicisi Kompanzatörlerin Karşılaştırılması 629 Özet 631 Kaynaklar 631 Gözden Geçirme Soruları 632 Problemler 632 Bölüm 13 Güç Kaynakları Giriş DA Güç Kaynakları Anahtarlamalı DA Güç Kaynakları Flyback Dönüştürücü İleri (Forward) Dönüştürücü Push-Pull (İt-Çek) Dönüştürücü Yarım Köprü Dönüştürücü Tam Köprü Dönüştürücü Rezonanslı DA Güç Kaynakları Çift Yönlü Güç Kaynakları 655

9 xv 13.3 AA Güç Kaynakları Anahtarlamalı AA Güç Kaynakları Rezonanslı AA Güç Kaynakları Çift yönlü AA Güç Kaynakları Çok Katlı Çeviriciler Kontrol Devreleri Manyetik Tasarım Transformatör Tasarımı DA Endüktörü Manyetik Doyum 669 Özet 670 Kaynaklar 670 Gözden Geçirme Soruları 671 Problemler 671 Bölüm 14 DA Sürücüler Giriş DA Motorların Temel Karakteristikleri Serbest Uyartımlı DA Motor Seri Uyartımlı DA Motor Dişli Oranı Çalışma Modları Tek Fazlı Sürücüler Tek Fazlı Yarı Denetimli Dönüştürücülü Sürücüler Tek Fazlı Tam Denetimli Dönüştürücülü Sürücüler Tek Fazlı Çift Dönüştürücülü Sürücüler Üç Fazlı Sürücüler Üç Fazlı Yarı Denetimli Dönüştürücülü Sürücüler Üç Fazlı Tam Denetimli Dönüştürücülü Sürücüler Üç Fazlı Çift Dönüştürücülü Sürücüler DA-DA Dönüştürücülü Sürücüler Güç Denetiminin Temelleri Geri Kazanımlı Frenlemeli Denetimin İlkeleri Reostatik Frenleme Denetiminin İlkeleri Geri Kazanımlı ve Reostatik Frenlemenin Birleştirilmiş Denetiminin İlkeleri İki ve Dört Bölgeli DA-DA Dönüştürücü Sürücüleri Çok Fazlı DA-DA Dönüştürücüleri DA Sürücülerinin Kapalı Döngü Denetimi Açık Döngü Transfer Fonksiyonu Serbest Uyartımlı Motorların Açık Döngü Transfer Fonksiyonları Seri Uyartımlı Motorların Açık Döngü Transfer Fonksiyonu Dönüştürücü Denetim Modelleri Kapalı Döngü Transfer Fonksiyonu Kapalı Döngü Akım Denetimi 720

10 xvi Akım Denetleyici Tasarımı Hız Denetleyici Tasarımı DA-DA Dönüştürücü Beslemeli Sürücü Faz Kilitlemeli Döngü Denetimi Mikrobilgisayar Denetimli DA Sürücüler 732 Özet 734 Kaynaklar 734 Gözden Geçirme Soruları 735 Problemler 736 Bölüm 15 AA Sürücüleri Giriş Asenkron Motor Sürücüleri Performans Karakteristikleri Moment-Hız Karakteristikleri Stator Gerilim Kontrolü Rotor Gerilim Kontrolü Frekans Kontrolü Gerilim ve Frekans Kontrolü Akım Kontrolü Sabit Kayma-Hız Kontrolü Gerilim, Akım ve Frekans Kontrolü Asenkron Motorların Kapalı Çevrim Kontrolü Kontrol Değişkenlerinin Boyutlandırılması Vektör Kontrolleri Vektör Kontrolünün Temel Prensibi d-q Eksen Dönüşümü Dolaylı Vektör Kontrolü Doğrudan Vektör Kontrolü Senkron Motor Sürücüleri Silindirik Rotorlu Motorlar Çıkık Kutuplu Motorlar Relüktans Motorlar Anahtarlamalı Relüktans Motorlar Sürekli Mıknatıslı Motorlar Senkron Motorların Kapalı Çevrim Kontrolü Fırçasız DA ve AA Motor Sürücüleri PMSM Sürücüleri İçin Hız Denetleyici Tasarımı Sistem Blok Diyagramı Akım Döngüsü Hız Denetleyicisi Adım Motor Kontrolü Değişken Relüktanslı Adım Motorları Kalıcı Mıknatıslı Adım Motorları Lineer Asenkron Motorlar Motor Sürücüleri İçin Yüksek-Gerilimli Tümdevreler 828 Özet 833

11 xvii Kaynaklar 834 Gözden Geçirme Soruları 835 Problemler 836 Bölüm 16 Yenilenebilir Enerjiye Giriş Giriş Enerji ve Güç Yenilenebilir Enerji Üretim Sistemi Türbin Termal Çevrim Solar Enerji Sistemleri Solar Enerji Fotovoltaik Fotovoltaik Hücreler PV Modeller Fotovoltaik Sistemler Rüzgar Enerjisi Rüzgar Türbinleri Türbin Gücü Hız ve Eğim (Pitch) Kontrolü Güç Eğrisi Rüzgar Enerjisi Sistemleri Çift Beslemeli Asenkron Generatörler Sincap Kafesli Asenkron Generatörler Senkron Generatörler Sabit Mıknatıslı Senkron Generatörler Anahtarlamalı Relüktans Generatörü Rüzgar Türbini Güç Konfigürasyonlarının Karşılaştırılması Okyanus Enerjisi Dalga Enerjisi Dalga Üretim Mekanizması Dalga Gücü Gelgit Enerjisi Okyanus Termal Enerjisinin Dönüştürülmesi Hidroenerji Büyük Ölçekli Hidroenerji Küçük Ölçekli Hidroenerji Yakıt Hücreleri Hidrojen Üretimi ve Yakıt Hücreleri Yakıt Hücrelerinin Çeşitleri Polimer Elektrolit Membran Yakıt Hücreleri (PEMFC) Direkt-Metanol Yakıt Hücreleri (DMFC) Alkalin Yakıt Hücreleri (AFC) Fosforik Asit Yakıt Hücreleri (PAFC) Erimiş Karbonatlı Yakıt Hücreleri (MCFC) Katı Oksit Yakıt Hücreleri (SOFC) Yakıt Hücrelerinin Isıl ve Elektriksel Süreçleri 896

12 xviii 16.9 Jeotermal Enerji Biyokütle Enerjisi 900 Özet 901 Kaynaklar 901 Gözden Geçirme Soruları 902 Problemler 903 Bölüm 17 Yarıiletken Elemanların ve Devrelerin Korunması Giriş Soğutma Ve Soğutucular Güç Anahtarlama Elemanlarının Isıl Modellemesi Elektriksel Eşdeğer Isıl Modeli Matematiksel Isıl Eşdeğer Devre Elektriksel ve Isıl Bileşenlerin Bağlantısı Bastırıcı (Snubber) Devreleri Ters Toparlanma Geçici Durumları Kaynak ve Yük Tarafındaki Geçici Durumlar Selenyum Diyotlar ve Metaloksit Varistörler ile Gerilim Koruması Akım Korumaları Sigortayla Koruma AA Kaynağı Kullanılması Durumunda Arıza Akımı DA Kaynağı Kullanılması Durumunda Arıza Akımı Elektromanyetik Girişim EMI nin Kaynakları EMI Üretiminin Minimize Edilmesi EMI Kalkanı EMI Standartları 941 Özet 942 Kaynaklar 943 Gözden Geçirme Soruları 943 Problemler 944 Ek A Üç Fazlı Devreler 947 Ek B Manyetik Devreler 951 Ek C Dönüştürücülerin Anahtarlama Fonksiyonları 959 Ek D DA Geçici Durum Analizi 965 Ek E Fourier Analizi 969 Ek F Referans Çatı Dönüşümleri 972 Okuma Listesi 976 Seçilmiş Problemlerin Yanıtları 979 Sözlük 990 Dizin 1007