PWM DOĞRULTUCULAR
PWM Doğrultucular AA/DA güç dönüşümü - mikroelektronik devrelerin güç kaynaklarında, - elektrikli ev aletlerinde, - elektronik balastlarda, - akü şarj sistemlerinde, - motor sürücülerinde, - kesintisiz güç kaynaklarında ve daha pekçok değişik tip ve güçteki uygulamalarda gerçekleştirilmesi gerekli bir işlemdir.
PWM Doğrultucular AA/DA güç dönüştürücüleri aşağıda görüldüğü gibi düşük anahtarlama frekanslı (hat komütasyonlu) ve yüksaek anahtarlama frekanslı dönüştürücüler olarak iki grupta incelenebilir.
PWM DOĞRULTUCULAR En basit doğrultucu devresi AA nın DA ya diyotlar yardımıyla kontrolsüz biçimde dönüştürüldüğü devrelerdir. Bu devrelerde diyot yerine tristör kullanılması DA gücün kontrol edilebilmesine imkan tanır. Bu tip hat komütasyonlu devrelerin en önemli dezavantajları şebekeden harmonik bileşen içeren akımlar ve reaktif güç çekmeleridir. Elektrik sistemi üzerinde pek çok olumsuz etkiye sahip olan harmonikler konusuna verilen önem artmaktadır. Ayrıca bu konuda pek çok standart da yayınlanmıştır.
PWM DOĞRULTUCULAR Şebekeden düşük miktarlarda harmonik bileşen içeren akımlar çekerek AA/DA dönüşüm yapmanın yollarından birisi de Güç Faktörü Düzeltici (Power Factor Correction, PFC) devreleridir. Bu devrelerde şebekeden çekilen akımın dalga şekli kontrol edildiğinden güç anahtarı olarak kontrollü anahtarlar (IGBT, GTO, IGCT, vb.) kullanılmaktadır. Bu devreler harmonikleri azaltmakta ve güç faktörünü yükseltmektedir. Pekçok PFC devresi (Boost, Vienna vb.) sunulmuştur. Ancak bunlar tek yönlü güç akışı (AA DA) bulunan sistemler için uygundur.
Resim görüntülenemiyor. Bilgisayarınızda resmi açmak için yeterli bellek olmayabilir veya resim bozulmuş olabilir. Bilgisayarınızı yeniden başlatın ve sonra dosyayı yeniden açın. Kırmızı x yine görünürse, resmi silip yeniden eklemeniz gerekebilir. PWM DOĞRULTUCULAR Vienna Doğrultucu tek fazlı, üç anahtarlı üç seviyeli PWM doğrultucudur. Üç fazlı kontrolsüz doğrultucuya entegre edilmiş boost dönüştürücü olarak düşünülebilir. 1993 yılında Prof. Johann W. Kolar tarafından sunulmuştur.
PWM DOĞRULTUCULAR Ancak enerjinin iki yönde akmasının gerekebileceği regeneretif uygulamalar (lokomotifler, yokuş aşağı inen konveyörler, vinçler vb.) bulunmaktadır. Bu uygulamalarda şebeke tarafındaki güç dönüştürücünün şebekeye enerji aktarabilmesi gereklidir. Bu uygulamalar için yüksek frekanslı PWM anahtarlama ile kontrol edilen AA-DA dönüştürücüler tasarlanmıştır. Bunlar gerilim kaynaklı doğrultucular (VSR) ve akım kaynaklı doğrultucular (CSR) olarak ikiye ayrılabilir.
PWM VSR DOĞRULTUCULAR Bir fazlı kontrolsüz bir doğrultucunun akım ve gerilimi ile bu doğrultucu akımın harmonik bileşenleri ile IEC61000-3-2 standardına göre bu bileşenlerin alması gereken değerler yukarıda görülmektedir. Bu doğrultucunun belirtilen standardı karşılayabilmesi için büyük bpyutlu pasif filtrelere ihtiyacı bulunmaktadır.
PWM DOĞRULTUCULAR Yandaki şekilde bir fazlı köprü tipi PWM doğrultucu devresi görülmektedir. Bu devrenin amacı; - AA/DA dönüşümü gerçekleştirmek ve kontrollü DA gerilim elde etmek - Şebekeden sinüsoidal formda akım çekmektir. Bu devrenin çalışabilmesi için çıkış DA gerilim seviyesinin şebeke gerilimin tepe değerinden büyük olması gereklidir. Yani boost tipi bir doğrultucudur. Eğer bu şart sağlanamaz ise (örneğin ilk çalışma anında) şebekeden çekilen akım kontrol edilemez, kondansatör anahtarlara paralel bağlı diyotlar üzerinden kontrolsüz biçimde sarj olur. Bu andan sonra sistemin kontrolü başlar ve çıkış gerilimini referans değerine yükseltir.
PWM DOĞRULTUCULAR V AFE =V 0, T 1 ve T 4 ON, T 2 ve T 3 OFF Şekil b V AFE =-V 0, T 1 ve T 4 OFF, T 2 ve T 3 ON Şekil c V AFE =O, T 1 ve T 4 ON, T 2 ve T 3 OFF VEYA T 1 ve T 4 OFF, T 2 ve T 3 ON Şekil d v L dis = L = vs ( t) kv0 burada k = 1,-1veya 0 dt k=1 ise bobin gerilimi negatiftir ve şebeke akımı i s azalır, k=-1 ise bobin gerilimi pozitiftir ve şebeke akımı i s artar, k=0 ise şebeke akımı v s nin değerine bağlı olarak artar veya azalır.
PWM DOĞRULTUCULAR Geleneksel kontrol sistemi yukarıda görülmektedir. Sistem birden fazla parametreyi kontrol ettiğinden birden fazla denetleyici içermektedir. Gerilim denetleyicisi referans DA gerilimin üretilmesi için gerekli olan güç miktarını denetlemektedir. PI denetleyici veya farklı bir denetleyici tipi olabilir. Gerilim denetleyicisi Akım referansının tepe değerini üretmektedir. Bu nedenle referans akım sinyalinin üretilmesi için şebeke gerilimden elde edilen birim sinüsoidal sinyal ile çarpılmalıdır.
PWM DOĞRULTUCULAR Yüksek güç faktörünün elde edilebilmesi için yüksek hızlı bir akım denetleyicisine ihtiyaç bulunmaktadır. Bu denetleyici doğrusal bir denetleyici olabildiği gibi histeresis denetleyici de olabilir. Gerilim kaynaklı doğrultucularda filtre kondsansatörünün DA tarafta, bobinin ise AA tarafta olması gerekmektedir.
PWM DOĞRULTUCULAR Yük değişim anında, normal çalışma modunda ve regeneratif çalışma modunda şebeke gerilimleri ve şebekeden çekilen akımların dalga şekilleri.
GERİLİM ÇİFTLEYİCİ 1 PWM DOĞRULTUCULAR T1 ve T2 anahtarları birbirinin tersi sinyaller ile denetlenmektedir.
GERİLİM ÇİFTLEYİCİ 1 PWM DOĞRULTUCULAR C1 ve C2 kondandansatörlerinin gerilimleri şebeke geriliminin tepe değerinden büyük olmalıdır.
GERİLİM ÇİFTLEYİCİ 1 PWM DOĞRULTUCULAR Kontrol sistemi tam köprü doğrultucu ile hemen hemen aynıdır. En önemli farklılık iki kondansatör gerilimlerinin dengelenmesi gerekliliğinden doğmaktadır. Basit bir P denetleyici veya başka bir denetim algoritması ile kondanstör gerilimleri dengelenir.
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR Vo ref değeri diyotları kesimde tutacak kadar büyük olmalıdır, aksi takdirde kontrolsüz doğrultucu gibi çalışır. Anahtarlar genellikle PWM anahtarlama yöntemi ile kontrol edilir.
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR Modülasyon gerilimi şebeke gerilimi ile aynı frekansta olmalıdır. Modülasyon gerilimin şebeke gerilimine göre faz açısı kontrol edilerek doğrultucunun dört bölgede çalışması mümkün olmaktadır.
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR b)birim güç faktöründe doğrultucu modunda çalışma c)birim güç faktöründe evirici modunda çalışma d)sıfır güç faktöründe (kondansatör) çalışma e) Sıfır güç faktöründe (bobin) çalışma
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR Gerilim kaynaklı akım denetimli VSR
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR Gerilim kaynaklı akım denetimli VSR nin akım sensörü olmaksızın denetimi
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR SPACE VEKTÖR DENETİMİ Birim güç faktörü için i q ref =0 olmalıdır.
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR SPACE VEKTÖR DENETİMİ
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR SPACE VEKTÖR DENETİMİ
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR Doğrultucuların şebeke arayüzünde (girişinde) yüksek frekanslı anahtarlama nedeniyle oluşan harmoniklerin süzülmesi amacıyla L veya LC filtre kullanılabilir. LCL filtre kullanılması durumunda gerekli olan endüktans değeri azaltılmış olur ve böylece daha düşük boyutlu bir tasarım yapılabilir. LCL filtrelerin filtre rezonans frekansında osilasyona girme tehlikesi bulunsa da bu kondansatör seri bağlanan bir direnç ile giderilebilir. Ancak bu direnç önemli güç kayıplarına neden olacaktır. Bir diğer metod is rezonansın kontrol algoritmasından kontrol edilmesidir. Ancak bu yöntem ek algılayıcıların kullanılmasını gerektirir.
3 VSR PWM DOĞRULTUCULAR Girişinde LCL filtre kullanılan PWM doğrultucu
3 CSR PWM DOĞRULTUCULAR Akım kaynaklı doğrultucu (CSR) devresinde endüktans DA devrede, filtre kondansatörü ise AA devrededir.
3 CSR PWM DOĞRULTUCULAR Bu devreler AA güç kaynağından kontrol edilebilen bir DA akım üretmektedir. Şebekeden çekilen akımlar şebeke üzerinde endüktif özellikte olduğundan şebeke ile doğrultucu arasına kondansatör bağlanmalıdır. Böylece özellikle orta gerilimli motor sürücülerinde sinüsoidal e yakın akım dalga şekilleri elde edilebilir. Filtrenin kesim frekansı düşük anahtarlama frekansı ile rezonansa girmeyecek kadar yüksek, şebekeye aktarılan akım harmoniklerini filtre edecek kadar düşük olmalıdır. DA akım pozitif yönlü olacağından ve DA gerilim iki yönlü olacağından kullanılan anahtarlar ters yönlü gerilimi bloke edebilen GTO, IGCT gibi tek yönlü anahtarlar kullanılmalıdır.
PWM DOĞRULTUCULAR Düşük maliyetli ASM sürücü
3 CSR PWM DOĞRULTUCULAR Gerilim çiftleyici doğrultuculu KGK
PWM DOĞRULTUCULAR
PWM DOĞRULTUCULAR
PWM DOĞRULTUCULAR