GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI 1

GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI 1 1. Kesintisiz Güç Kaynakları ( KGK, UPS ). Anahtarlamalı Güç Kaynakları ( AGK, SMPS ) 3. Rezonanslı Güç Kaynakları ( RGK, RMPS ) 4. Elektronik Balastlar ( EB, EB ) 5. Enüksiyonla Isıtma ( EI, IH ) 6. Güç Katsayısını Düzeltme ( GKD, PFC )

1. KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAKLARI (KGK, UPS) TANIM VE SINIFLANDIRMA Kesintisiz Güç Kaynakları (KGK, UPS), sürekli evree olup şebeke gerilimi kesinti ve bozukluklarını yüke hiç hissettirmeen yükü besleyen veya şebeke gerilimi kesiliğine çok kısa bir süree evreye girerek yükü beslemeye evam een sistem veya güç kaynaklarıır. KGK inamik ve statik olmak üzere iki genel gruba ayrılır. Ayrıca, KGK sürekli evree olupolmamasına göre, beklemesiz (on-line, full-time) ve beklemeli (off-line, stan-by) olarak iki kısma ayrılır. Şebekeye bağlantı şekline göre ise, oğruan bağlamalı (by-pass) ve bağlamasız olarak tanımlanır. Prensip olarak, inamik kesintisiz güç kaynakları Motor-Generatör, statik kesintisiz güç kaynakları ise Akümülatör-İnverter grubunan oluşmaktaır. Dinamik kesintisiz güç kaynağının beklemeli olanları birkaç akika, beklemesiz olanları ise birkaç saniyee evreye girer. Statik güç kaynağının beklemeli olanları birkaç mili saniyee evreye girer. On yıl öncelerine kaar tamamen inamik güç kaynakları kullanılıyoru. Şu ana ise genellikle statik ve beklemesiz güç kaynakları kullanılmaktaır. Bu sistemlere genellikle üşük güçlere tek fazlı ve büyük güçlere 3 fazlı şebeke gerilimi kullanılmaktaır. Günümüze kesintisiz güç kaynakları aha çok şebekeeki bozuklukları yüke aksettirmemek için kullanılmaktaır. Şebekeeki bozulmalar, gerilime üşme, yükselme, arbe, çöküntü, kesinti, harmonik ve gürültü (elektromanyetik girişim) şekline sıralanır. Bu bozulmalar, elektronik evreler ile mikroişlemcileri ve bilgisayarları büyük ölçüe etkiler. TTL türü entegrelere, mantık üzeyi 0.8 V un altına 0 (sıfır) ve.5 V un üzerine 1 (bir) ir. Tek bir yılırımın 1 milyon V ve 10 bin A lik arbeler veriği kayeilmiştir. Türkiye e AC şebeke için kabul eilen sınır eğerler çok geniş bir aralıktaır. Bu eğerler, gerilime + %15 ve - %0, frekansta + %1 ve - %1, toplam harmonik istorsiyonuna (THD) %1.5 tur. Bir kesintisiz güç kaynağına kabul eilen bu sınır eğerler ise, gerilime % 1, frekansta %0. 01, toplam harmonik istorsiyonuna %3 tür. Ayrıca, KGK a kısa sürelere %150 aşırı yük ayanıklılığı ve %90 ın üzerine verim istenir. Kesintisiz güç kaynaklarına yaygın olarak az bakımlı kapalı kurşun-asit akümülatörler kullanılmaktaır. Bu akümülatörler iki saatte %80 şarj kapasitesine sahiptir. Dinamik kesintisiz güç kaynakları, uzun gecikmeli, pahalı, ağır, büyük ve gürültülüür. Özel olarak tasarlanan ve önceleri çok yaygın olarak kullanılan ferro-rezonanslı transformatörler, yükü 8 ile 16 ms arasına beslemeye evam eerler, çok yüksek çıkış empeansına sahiptirler ve iyi bir filtre görevi yaparlar. Bu transformatörler, çok kısa süren kesintilere ve beklemeli güç kaynaklarının evreye girme gecikmelerine önemli rol üstlenirler. KGK NIN TEMEL GÖREVLERİ 1. Şebeke kesintilerini hissettirmeen yükü beslemeye evam etmek.. Şebeke geriliminin bozukluklarını yüke hissettirmemek. 3. Yüke kaliteli bir elektrik enerjisi sağlamak.

KGK DAN BEKLENEN ÖNEMLİ ÖZELLİKLER 1. Yüksek verim, yüksek güç yoğunluğu. Düşük fiyat, üşük hacim 3. Az bakım, az gürültü 4. Yüksek güvenilirlik, uzun garanti 5. Giriş gerilimine büyük algalanmalara müsaae 6. Düzgün çıkış gerilimi, ucuz çıkış filtresi 7. Giriş ve çıkış arasına elektriksel izolasyon 8. Yüksek güçlere erişebilme, paralel bağlanabilme 9. Aşırı akım ve kısa evre koruması KGK NIN ÖNEMLİ UYGULAMA ALANLARI 1. Bilgi işlem sistemleri. Kontrol sistemleri 3. Haberleşme sistemleri 4. Alarm ve ihbar sistemleri 5. Önemli ayınlatma sistemleri 6. Sağlık ve savunma sistemleri KGK NIN GENEL DEVRE ŞEMASI Devre Elemanlarının Görevleri Dizel Generatör: Uzun süreli kesintilere evreye girerek sistemi besler. Transformatör 1: AC şebeke ve DC hat arasına gerilim uyumu ve izolasyon sağlar. Ayrıca oğrultucua komütasyon akımını sınırlar. Doğrultucu: AC gerilimi DC ye çevirir. Doğal komütasyonlu, tam alga ve kontrollüür. L 1 Bobini: Doğrultucu çıkış akımını üzeltir. Aşırı ve kısa evre akımlarına karşı koruma görevi yapar. Akım kontrolüne imkan sağlar. Akümülatör Bataryası: Şebeke gerilimi kesiliğine gerilim gelinceye kaar yükü beslemeye evam eer. Otomatik olarak şarj olur ve bittiğine evreen çıkar. 3

C 1 Kapasitesi: İnverter girişineki DC gerilimi üzeltir. İnverter: DC gerilimi AC ye çevirir. Genellikle PWM kontrollü ve zorlamalı komütasyonluur. Transformatör : DC hat ve AC yük arasına gerilim uyumu ve izolasyon sağlar. Aşırı ve kısa evre akımlarına karşı koruma görevi yapar. C Kapasitesi: Transformatör ile birlikte AC çıkış gerilimini filtre eer. SNA: Statik normal anahtarır. Normal çalışmaa, KGK çıkışını yüke aktarır ve kontrol eer. SGA: Statik geçiş anahtarıır. Arıza ve bakım urumlarına, otomatik olarak yükü oğruan şebekeye aktarır. MSA: Mekaniksel seçme anahtarıır. Elle kontrol eilebilen konumlu mekanik bir şalter olup, oğruan şebeke veya elektronik güç kaynağı konumlarını seçmeye yarar. NOT : AC filtrenin çıkış gerilimi, giriş geriliminin temel bileşenine eşittir. DC filtrenin çıkış gerilimi ise, giriş geriliminin ortalama eğerine eşittir. KGK NIN GÜÇ AKIŞ DİYAGRAMI Sisteme aima aktif güç engesi mevcuttur. DC hatlaraki gerilim ve akım eğerleri aritmetik ortalama eğerlerir. AC hatlaraki eğerler ise, efektif temel alga eğerleriir. Genel olarak, I P P = I akü + I inv = P akü + P inv = U.I P akü = U.I akü P inv = U.I inv P şbk = q 1.U 1.I 1.Cos 1 P yük = q.u.i.cos ve evre kayıpları ihmal eilerek, Beklemesiz (on-line, full-time) KGK a, giriş katınaki transformatör ve oğrultucu, şebeke gerilimi mevcut iken, sürekli olarak hem yükü besler hem e akümülatörü şarj eer. Bu uruma, P yazılabilir. = P akü + P inv Beklemeli (off-line, stan-by) KGK a, giriş katınaki transformatör ve oğrultucu, şebeke gerilimi mevcut iken, saece akümülatörü şarj eer. Bu uruma, P = P oğ = P trf1 = P şeb P = P akü P inv = P trf = P yük P şeb = P akü + P yük eşitlikleri yazılabilir. yazılabilir. Bu neenle, Yeek Güç Kaynakları olarak a bilinen beklemeli güç kaynaklarının maliyetleri beklemesiz olanlara göre olukça üşük olabilmekteir. 4

DOĞRULTUCULAR Genel Devre Şeması ve Açıklamalar Doğrultuculara çıkış akımı aima güç elemanlarının yönüne ve tek yönlü, gerilim ise tam kontrollü oğrultuculara yönlü ve iğerlerine tek yönlüür. Çıkış gerilimi pozitif ise, güç pozitiftir ve enerji akışı AC şebekeen DC yüke oğruur. Bu çalışmaya Doğrultucu Mou enilmekteir. Çıkış geirlimi negatif ise, enerji akışı DC yükten AC şebekeye oğruur. Bu çalışmaya ise İnverter Mou enilir. Serbest geçiş iyou olmaığına, sürekli kabul eilen DC yük akımını, hem üst hem e alt sıraa elemanlar eşit aralıklarla ve sırayla geçirilirler. Üst ve alt sıraan aynı ana saece birer eleman iletime kalabilir. Hem üst hem e alt sıraa, akımın bir elemanan iğerine aktarılışına Komütasyon Olayı enir ve bu aktarma işlemlerinin başlangıç ya a sıfır noktaları arışık faz gerilimlerinin kesişim noktalarıır. Diyotlu evrelere sıfır noktalarına keniliğinen oluşan bu aktarım olayları, tristörlü evrelere tetikleme sinyalleriyle geciktirilebilir. Bu gecikme açıları 0 - aralığına ayarlanabilir. Bu açıya Tetikleme Gecikmesi veya Gecikme Açısı enir. Üst ve alt sıraan herhangi birisi kullanılırsa Yarım Dalga Doğrultucu, her ikisini e kullanılırsa Tam Dalga Doğrultucu ele eilir. Enüstriyel uygulamalar açısınan, oğrultucuların akım kaynağı ile yüklenmesi urumu, aha gerçekçi ve anlamlıır. Faz kontrolü, genellikle fazlar arası gerilimlerin sıfır (=0) noktaları referans alınarak yapılır ve kontrol aralığı 0- şeklineir. Güç elemanları hem üst hem e alt sıraa, akımı eşit aralıklarla ve sırayla geçirir. Sürekli akım için iletim aralığı faza ve 3 faza /3 kaarır. Çıkış gerilimi iletime olan elemanlara göre, yarım alga oğrultuculara faz gerilimleri ve tam alga oğrultuculara fazlar arası gerilimler ile oluşur. Tam algaa çıkış gerilimi eşeğer yarım algaakinin katıır. AC şebekeen çekilen faz akımı, yarım alga oğrultuculara DC şekile ve ayrıca kontrollü olanlara gerilime göre geriir. Tam alga oğrultuculara, faz akımına DC bileşen yoktur fakat harmonikler bulunabilir. Kontrolsüz olanlara faz farkı oluşmaz, ancak kontrollü olanlara kontrol açısına bağlı bir faz farkı oluşur. AC şebeke açısınan, tam alga oğrultucuların kullanılması, mümkün ise oğrultucunun kontrolsüz olması, mümkün eğil ise kontrol banının olabiliğince sıfıra yakın olması önerilmekteir. 5

Çıkış Gerilimi İfaeleri Bütün kontrolsüz oğrultuculara, q U U m s U f Sin q Akım kaynağı ile yüklü bütün tam kontrollü oğrultuculara, U U Cos Aktif Güç Dengesi Devre kayıpları ihmal eiliğine, bir oğrultucunun giriş ve çıkışınaki aktif güçler birbirine eşit olur. AC şebeke tarafınaki aktif güç, akımın efektif temel bileşeni ve bu bileşenin kayma faktörü ile hesaplanır. DC taraftaki aktif güç ise, ortalama gerilim ve akım ile bulunur. Genel olarak omik-enüktif yüklü q faz sayılı tam alga kontrollü bir oğrultucu için, temel akımın kayma açısı 1 faz kontrol açısı ya eşit oluğuna göre, güç engesi, P g = P ç q U f I f1 Cos = U I = U I Cos şebekeen çekilen reaktif güç, Q g = q U f I f1 Sin ayrıca Görünen Güç ve Güç Faktörü ifaeleri, S = q U f I f GF = P / S şekline yazılabilir. Kesintisiz Güç Kaynaklarına Doğrultucular Doğrultucu, AC şebeke gerilimini oğrultur ve akümülatör ile inverteri besler. Doğrultucu çıkışına, genellikle akım üzeltme reaktörü e enilen bir bobin mevcuttur. Bu bobin, çıkış akımını üzeltir, şebekeeki bozulmaları azaltır ve akım kontrolüne imkan sağlar. Doğrultucu, güce göre tek veya 3 fazlıır ve genellikle kontrollüür. AC şebekeeki bozulmaların fazla olmaması açısınan, tam alga oğrultucu tercih eilmeliir. AC şebeke ve DC hat arasına genellikle elektriksel izolasyon istenmekteir. Klasik olarak, şebeke tarafına şebeke frekansına çalışan bir transformatör kullanılarak izolasyon sağlanmaktaır. Ancak, bu üşük frekanslı transformatörün boyutları ve maliyeti olukça büyük olmakta, aynı zamana kontrollü oğrultucu neeniyle e şebekee bozulmalar oluşmaktaır. Transformatörler, aynı zamana taraf arasınaki gerilim uyumunu veya önüşümünü e sağlar. Günümüzeki eğilim, AC şebeke geriliminin tam alga kontrolsüz bir oğrultucu ile oğrultulması, bu sabit DC gerilimin bir yüksek frekanslı ve izoleli anahtarlamalı güç kaynağı ile ayarlanması ve kontrol eilmesi şeklineir. Böylece, şebekeeki bozulmalar en aza inmekte, elektriksel izolasyon sağlanmakta, yüksek frekansta çalışma neeniyle transformatör ve bobinlerin hacim ve maliyetleri olukça üşmekteir. 6

İNVERTERLER Genel Devre Şeması Enerji akışı, tristörler iletime iken DC kaynaktan AC yüke oğru ve iyotlar iletime iken AC yükten DC kaynağa oğruur. Çıkışta gerilim ve akım ile enerji yönlü olabilmekteir. Böylece, inverterler 4 bölgeli olarak çalışabilmekteir. Bir peryot içerisine, ortalama enerji akışı DC kaynaktan AC yüke oğru ise evrenin inverter mouna, enerji akışı AC yükten DC kaynağa oğru ise oğrultucu mouna çalıştığı anlaşılır. Sinüsoial PWM Kontrolü m a : Moülasyon Genlik Oranı m f : Moülasyon Frekans Oranı f s : Üçgen Dalga Frekansı : Taşıyıcı Frekansı : Anahtarlama Frekansı f 1 : Sinüsoial Dalga Frekansı : Temel veya Ana Frekans : Moülasyon Frekansı U ma U kontmax üçgmax m a 1 için, U f mf f a1 m a s 1 1 U m a 1 : Moülasyon Altı Çalışma : Lineer Çalışma m a 1 : Moülasyon Üstü Çalışma m a 3 : Lineer Olmayan Çalışma : Aşırı Moülasyon : Kare Dalga Çalışma Genel Açıklama İnverterlerin giriş gerilimi, genellikle oğrultucular ile AC şebekeen ele eilir. Çıkış gerilimi, giriş gerilimine göre ele eilir ve efektif olarak kontrol eilir. Yüksek frekanslı evreler olarak bilinir. İnverterlere güç elemanlarının sıra ve üzeni, oğrultucu ve AC kıyıcılara benzer. Yapı açısınan tek fazlı inverterlerin yarım ve tam köprü ile push-pull türleri varır. 7

Kontrol açısınan inverterlerin kare alga ve PWM türleri varır. Genellikle yük omik-enüktiftir ve serbest geçiş iyotları kullanılır. Ters-paralel bağlı elemanan saece birisi iletime girebilir veya iletime olabilir. Aynı faz koluna ait üst ve alt sıra elemanların iletim aralıkları arasına, kısa evrenin olmaması için, yeterli bir boşluk ya a ölü zaman bırakılmalıır. İnverterlerin kontrolüne, boşluklu kare alga ve AC PWM Yöntemi kullanılır. Kare alga inverterlere Doluluk Oranı eğiştirilerek gerilim kontrolü yapılabilir. PWM yöntemi olarak en fazla sinüsoial PWM yöntemi kullanılmaktaır. Anahtarlama kayıpları açısınan kare alga ve harmonikler açısınan PWM inverterler olukça avantajlıır. Sinüsoial PWM inverterlere, bir sinüsoial kontrol gerilimi ile aha yüksek frekanslı bir üçgen sinyalin karşılaştırılmasıyla kontrol sağlanır. Sinüsoial gerilime, temel gerilim, moülasyon gerilimi veya kontrol gerilimi enilir. Üçgen sinyale, taşıyıcı alga a enilmekteir. Aktif Güç Dengesi Giriş ve çıkıştaki aktif güçler için, P g = P ç U I = q U 1 I 1 Cosφ 1 eşitlikleri yazılabilir. Kesintisiz Güç Kaynaklarına İnveterler İnverter, DC ara gerilimini AC gerilime çevirir ve yükü besler. İnverter çıkışına, genellikle bir AC filtre mevcuttur. Bu filtre, inverter çıkış gerilimineki harmonikleri en aza inirir. İnverter çıkış gerilimineki bozulmaların ve filtre maliyetinin fazla olmaması açısınan, PWM kontrollü inverter tercih eilmeliir. İnverter, güce göre tek veya 3 fazlı olabilmekteir. Tek fazlı uygulamalara, basit ve ucuzluğu neeniyle yaygın olarak push-pull türü inverterler kullanılmaktaır. Klasik uygulamalara hala kare alga inverterlerin kullanılmasına karşılık, kaliteli bir gerilim istenen uygulamalara özellikle sinüsoial PWM inverterler kullanılmaktaır. DC hat ve yük arasına a genellikle elektriksel izolasyon istenmekteir. Klasik olarak, yük tarafına yine üşük frekanslı bir transformatör kullanılarak izolasyon sağlanmaktaır. Ancak, bu üşük frekanslı transformatörün boyutları ve maliyeti olukça büyük olmaktaır. Transformatörler, aynı zamana taraf arasınaki gerilim uyumunu veya önüşümünü e sağlar. Günümüzeki eğilim, DC ara geriliminin bir yüksek frekanslı ve izoleli anahtarlamalı güç kaynağı ile ayarlanması ve kontrol eilmesi, bu izoleli DC gerilimin bir PWM inverter ile oğruan yükün ihtiyacı olan bir AC gerilime çevrilmesi şeklineir. Böylece, çıkış gerilimineki bozulmalar en aza inmekte, elektriksel izolasyon sağlanmakta, yüksek frekansta çalışma neeniyle transformatör ve bobinlerin hacim ve maliyetleri olukça üşmekteir. 8

STATİK ANAHTARLAR / ŞALTERLER Statik anahtar veya şalterler, faz başına tek bir triyak veya büyük güçlere ters-paralel bağlı tristör ile ele eilmekteir. Sürekli evree olan (on-line, full time) güç kaynaklarına, sürekli olarak çıkış gerilimi bir statik anahtarla yüke verilmekte ve kontrol eilmekte, arıza urumuna bu anahtar kesime sokulmakta ve yük başka bir anahtarla AC şebekeye aktarılmaktaır. Beklemee olan (off-line, stan by) güç kaynaklarına, şebeke gerilimi mevcut oluğuna yük bir statik anahtarla AC şebekeen beslenmekte, şebeke gerilimi kesiliğine veya çok bozuluğuna, inverter çıkış gerilimi başka bir statik anahtarla yüke verilmekte ve kontrol eilmekteir. Yükün AC şebeke ve inverter arasına aktarılması esnasına, genellikle AC şebeke ile senkronizasyon ve süre sınırlaması istenmekteir. Aktarma süresi, yükün özelliklerine bağlıır ve genellikle birkaç 10 ms mertebelerineir. AKÜLER Çok sayıa akü türü mevcuttur. Ancak, az bakımlı kurşun-asit aküler, kesintisiz güç kaynaklarına yaygın olarak kullanılmaktaır. Akülerin kapasiteleri Amper-Saat (Ah) olarak verilmekteir. Örneğin, 10 Ah lik bir akü, tam olu iken 10 A lik bir akımla 1 saatte veya A lik bir akımla 5 saatte boşalmaktaır. Aküler, çok hızlı boşalabilmelerine karşılık, olukça yavaş olabilmekteir. Hızlı şarj veya eşarj, akülerin ömrünü kısaltmaktaır. Şebeke gerilimi mevcut iken, uzunca bir süree ve sabit bir akımla şarj eilen aküler, oluktan sonra çok küçük bir akım ve sabit bir gerilim altına bekletilirler. DC hatta paralel bağlı olarak bekleyen akü, aynı zamana DC gerilimi üzeltme görevi e yaparlar. Şebeke gerilimi kesiliğine, DC hatta paralel bağlı olarak bekleyen aküler, bitinceye kaar yükün bütün enerjisini üstlenir. Doğrultucu ve inverterin tasarımı ile şebeke kesiliğine yükü besleme süresi ikkate alınarak, istenen sayıa akü seri ve/veya paralel bağlanabilmekteir. Günümüzeki eğilim, aküler ve akülerin bakımı olukça maliyetli oluğunan, mümkün oluğu kaar az sayıa ve kaliteli akümülatör kullanmak, şebeke kesintilerine çok kısa bir süre akülerle enerjiyi karşılamak ve hemen bir izel generatörü evreye almak şeklineir. BOZUCU KAYNAKLAR AC şebekee bozulmalara sebep olan kaynaklar çok fazla olmasına karşılık, bunların belli-başlı olanları, Yüklerin ani olarak evreye girip-çıkmaları Yarı iletken eleman ve evrelerin ani olarak evreye girip-çıkmaları Güç elektroniği evrelerinin yüksek frekanslara anahtarlanmaları Transformatörlerin ve motorların oyuma girmesi Sinüsoial olmayan ve şebekeen farklı frekanslara akımların çekilmesi olarak sıralanabilir. 9

ÜRETİLEN BİR KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAĞININ ÖZELLİKLERİ (BİR FİRMANIN UPS KATALOĞUNDAN) KGK ÇIKIŞ Aşırı Yükleme % 15 Yükte 10 ak., % 150 Yükte 1 ak., % 300 Yükte 1 san. Toplam Harmonik Sinusoial, % 3'en Küçük Bozunum Lineer Yükte Gerilim Toleransı ± % 1 Dinamik Cevap ± % 5-5 msan. Çıkış Frekansı 50 Hz ± % 0.05 Keni 0silatörü, ± % Şebekeye Senkron Çalışma Tekniği RISC Mikro işlemci Kontrollü Yüksek Frekans IGBT PWM Verimi > % 90 Koruması Kısa Devre, Aşırı Akım, Aşırı Isı ve Aşırı Gerilim Elektronik Korumalı STATİK BY-PASS Yük Kapasitesi % 00, 1 ak Geçiş Zamanı 0 msan. ŞEBEKE GİRİŞ Gerilim Toleransı ± % 0 Frekans Toleransı ± % 5 Koruması Aşırı Akım Termik Sigorta, Aşırı Gerilim ve EMI-RFI Filtre Korumalı Çalışma Tekniği Faz Açısı Kontrollü Tristör Moül Reresör Verimi > % 90 AKÜ GRUBU Akü Tipi Tam Kapalı Bakımsız Sızırmaz Kuru Akü Şarjı Sabit Gerilime Akım Sınırlamalı Koruması Aşırı Akım Termik Sigorta ve Aşırı Gerilim Korumalı ÇALIŞMA UYARILARI Ölçülen Değerleri İzleme Çıkış Gerilimi ve Frekans, Şebeke Gerilimi ve Frekans, Akü Gerilimi ve Akım, Yük Seviyesi ve Akım, Cihaz İç Isıları, Kalan Süre Uyarı Mesajları Akü Yüksek, Akü Bitiyor, Akü Bitti, Şebeke Yüksek, Şebeke Düşük, Şebeke Yok, Aşırı Yük, Yük % 100'en Fazla, Reresör Arıza,Çıkış Arıza, Çıkış Kısa Devre, Yük Şebekee Sesli Uyarı Akü Bitmekte iken Sürekli, Diğer Uyarılara sn'e bir kısa ''ıt'' sesli Uyarı iptal Etme Özelliği Self Test Manuel Self Test, 60 Çalışma Saatine Bir Peryoik Test Işıklı Uyarılar Yük By-Pass'a, Yük KGK'a, Şebeke Var, Akü Kullanılıyor Blok Şeması ve Arýza/Normal ÇEVRESEL Çalışma Sıcaklığı 0 ºC / + 40 ºC Bağıl Nem % 90 en Az (DIN 40040) Akustik Seviye 1 metree 60 B'en az Çalışma Yüksekliği 000 metre'en az GENEL Harici Akü Giriş Bağlantısı Sıra Ray Klemens ( + / -Akü ) Ani Gerilim Darbe Koruma IEEE 587 (4500 A, 110 Joules) Elektriksel Parazit Bastırma FCC Part 15 Class B Koruma Seviyesi / Renk RS-3 Haberleşme (Opsiyon 9) IP0 / RAL7035 Novell, Winows NT, Dos v.b. işletim sistemlerine Uyarma ve Güvenli Kapama Elektriksel Stanartlar EN 50091-1 / EMC EN 50091 10

BİR KESİNTİSİZ GÜÇ KAYNAĞINDAN BEKLENEN ÖZELLİKLER (BİR FİRMANIN UPS KATALOĞUNDAN) GERİLİM KARARLILIĞI Yükü besleyen UPS çıkış geriliminin eğişik koşullarına ayarlanan eğerinin korunmasıır. Giriş Gerilimine Göre Çıkış Gerilimi Regülasyonu Şebekenin yaklaşık %0 oranına eğişmesine Kesintisiz Güç Kaynağı çıkış geriliminin eğişmesiir. Moern bir UPS e bu eğer %1 en küçüktür. Yüke Göre Çıkış Gerilimi Regülasyonu Kesintisiz Güç Kaynağı çıkışına bağlanan yükler sıfıran %100 yüke kaar eğiştiğine, çıkış gerilime meyana gelen eğişmeir. Bu eğer %1 en küçük olmalıır. FREKANS KARALILIĞI Yüke verilen gerilimin frekansı a ayarlanan eğerine korunmalıır. Şehir Şebekesine üretim teknolojisinin yapısınan olayı frekans oynamaları mevcuttur. Bunların bilgisayarın veya kritik yüklerin işleyişini bozmaması için belirli seviyelere tutulması gerekir. Şehir Şebekesinin 49.5 Hz ile 50.5 Hz arasınaki eğerleri kabul eilebilir. İyi bir Kesintisiz Güç Kaynağı bu sınırlar içerisine şebeke ile senkron olabilir ve bu sınırların ışına keni ürettiği son erece kararlı %0.01 lik 50 Hz e geçer. Bu geçişin çok hızlı oluşu mahzurluur ve 1 Hz/sn lik bir frekans eğişimi uygunur. ANİ YÜKE CEVAP VEREBİLME (DİNAMİK REGÜLASYON) Çıkış yükünün ani olarak sıfıran %100 yüke kaar eğişmesi şebekenin kesilmesi veya geri gelmesi anına çıkış gerilime meyana gelen eğişmeir. Bu oynama %10 an küçük olmalı ve bir periyot sonuna statik regülasyon banına girmeliir. ÇIKIŞ GERİLİMİ HARMONİK DİSTORSİONU Toplam Harmonik Distorsiyonu (THD) çıkış gerilimlerinin içeriği harmoniklerin ölçüsüür. Lineer yükte %5 ve lineer olmayan yükte %7.5 en küçük olması gerekir. Moern Kesintisiz Güç Kaynaklarına (UPS) %3 mertebesineir. Büyük L ve C elemanları ile kare alga bile süzülerek % 3 istorsiyona üşürülebilir. Fakat böyle bir kesintisiz güç kaynağının çıkış empeansı çok büyük ve inamik regülasyonu çok kötüür. Bu neenle, moern Kesintisiz Güç Kaynaklarına Yüksek Frekanslı PWM ile tüm harmonikler özellikle üşük frekanslı bileşenler çok aha küçük yapılarak THD küçültülür. AŞIRI YÜK VE KISA DEVRE KORUMASI Bütün önlemler alınsa bile KGK uzun ömrü süresince aşırı yüklere ve kısa evrelere maruz kalacaktır. İyi bir Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS) bu tip etkilere maruz kalığına arıza yapmamalı ve sistemi beslemeye evam etmeliir. Bunun için verilebilecek eğerler %150 Aşırı Yükte gerilim regülasyonu sınırları içerisine kalarak en az 1 akika çalışmalıır. Kısa evre ise çıkışın tamamen korunması ve kısa evre kalktığına ışarıan müahale gerekmeksizin çalışmanın evam etmesi aranması gereken bir özelliktir. YÜKSEK VERİM Kesintisiz Güç Kaynağı çeşitli alt sistemleren oluşmaktaır. Her sisteme kayıp söz konusu oluğunan tüm sistemin verimi cihazın iç kayıplarını gösterir. İyi bir Kesintisiz Güç Kaynağının (UPS) verimi yüksek yani toplam kaybı üşük olmalıır. %85 sistem verimine ulaşılabilen iyi bir verim eğeriir. 11

AKÜLER Akü teknolojisi son yıllara büyük ilerleme kayetmiştir. Bir çok yabancı firma amansız bir teknoloji savaşı içerisineir. Tam bakımsız, kapalı kurşun asit aküler hemen hemen tüm Kesintisiz Güç Kaynağı üreticileri tarafınan kullanılmaktaır. Buraa küçük hacmin ve kapalı kutunun getiriği bir ezvantaj akülerin aşırı eşarja maruz kalıklarına bozulmalarıır. Diğer bir özellikte eşarjan sonra tekrar belirli bir seviyeye ulaşma süresiir. Bunlar üretici firma tarafınan belirtilen büyüklüklerir. İyi bir seçim aşırı eşarjan etkilenmeyen ve hatta kısa evre bile eilebilen aynı zamana eşarj sonrası saat içerisine %80 kapasiteye ulaşabilen aküler olmalıır. BİR UPS SEÇİMİNDE ÜZERİNDE DURULMASI GEREKEN İKİ ÖNEMLİ KONU UPS en çalıştırılacak yükün veya yüklerin toplam kapasitesi VA cinsinen ölçümlenirilmeliir. UPS en Beslenecek yük, seçilecek UPS nin kapasitesini belirlemee büyük önem taşır. Yüksek kapasiteli UPS seçimine, mevcut güce yakın eğere UPS seçimi enerji sarfiyatı, toplam yatırım maliyeti açısınan kullanıcıya avantaj sağlayacaktır. Bu noktaa ikkat eilmesi gereken bir konu a UPS e ileriye önük kapasite artırımını göz önüne bulunurmaktır. Gücü tespit eilen UPS nin seçilmesine ikinci önemli nokta, marka ve moelin belirlenmesiir. İhtiyaç uyulan KGK (Kesintisiz Güç Kaynağı) bir yatırım olarak üşünülmeliir. Seçilen UPS nin gücü opsiyonel özellikleri ne kaar farklı olursa olsun kullanıcı açısınan bu yatırımın beeli çoğu zaman büyük önem taşır. FCM Kesintisiz Güç Kaynakları bu aşamaa maliyet-kalite seçimi yapmakta zorlanan kullanıcılar için güvenli bir seçenek oluşturmaktaır. Esasen UPS seçimine maliyet hesaplanırken sistemin alım beeline ek olarak kullanım süresi içerisine oluşabilecek sorunlar ve bu sorunların kullanıcı açısınan oluşturacağı ata, işgücü, enerji gibi kayıplar gözarı eilmemeliir. Değerlenirilmesi gereken bu temel verilerin ışına, cihazın sahip oluğu iğer teknik özelliklerin, sunulan ek onanımların ve cihazın teknolojik üzeyinin iyi irelenmesi, hatta teknik bir elemanın, bu konua bir ön inceleme, projelenirme yapması gerekebilir. Kesintisiz Güç Kaynağı (UPS) hakkına yeterli bilgi sahibi olmayan kullanıcılar açısınan,ups seçimi olukça riskliir. UPS SEÇİMİNDE DİKKATE ALINACAK BAZI CİHAZLARIN YAKLAŞIK GÜÇLERİ Sunucu : 500 VA Stanart PC : 500 VA Multimeya PC : 50 VA Ağ Sunucusu : 750 VA Dump Terminal : 100 VA PC Terminal : 150 VA 14 inç Monitör : 75 VA 15 inç Monitör : 100 VA 17 inç Monitör : 150 VA Inkjet Yazıcı : 100 VA Nokta Vuruşlu Yazıcı : 150 VA Lazer Yazıcı : 500 VA A3 Lazer Yazıcı : 750 VA Ağ Yazıcısı : 750 VA Tarayıcı : 100 VA Kasa : 300 VA Router : 00 VA PBX Telefon Santralı : 300 VA Faks : 100 VA Moem : 50 VA Kablosuz Telefon : 0 VA 0 Watt Ampul : 30 VA 30 Watt Ampul : 45 VA 40 Watt Ampul : 65 VA 70 Watt Renkli TV : 150 VA 1

KONU İLE İLGİLİ ÇÖZÜLMÜŞ PROBLEMLER Problem 1 AC şebekeye bağlı 0/30 V luk tek fazlı bir transformatör çıkışınaki tek fazlı tam alga kontrollü bir oğrultucu üzerinen 4 V luk bir akümülatör 5 A lik bir akımla şarj olmaktaır. Devre kayıplarını ihmal eerek, AC şebekeen çekilen aktif, reaktif, görünen, toplam reaktif ve harmonik güçler ile güç katsayısını hesaplayınız. Çözüm Akünün şarj gücü, P akü = 4.5 = 10 W Doğrultucu çıkışınaki akım, I = I akü = 5 A Şebekeen çekilen efektif akım, I I.5 5 A q Faz kontrol açısı, q U s..u.sin.cos q 30 4....sin.cos 3.14 = 7 bulunur. Şebekeen çekilen efektif temel akım, P = q.u.i 1.Cos 10 =.(30/). I 1. Cos7 I 1 = 4,5 A Şebekeen çekilen reaktif güç, Şebekeen çekilen görünen güç, S = q.u.i =.(30/).5 S = 150 VA Şebekeen çekilen toplam reaktif güç, t Q S P 150 10 90 VAr Şebekeen çekilen toplam harmonik güç, h t 1 Q Q Q 90 6 65. VAr Güç katsayısı GK=P/S = 10/150 = 0.8 bulunur. Q 1 = q.u.i 1.Sin 30..4,5.0,46 Q 1 = 6 Var 13

Problem Bir KGK sistemine, 0/4 V luk faz gerilimine sahip olan bir transformatör ile beslenen 3 fazlı tam alga kontrollü oğrultucu 6 A ile yüklenmekteir. 48 V luk akümülatör bataryası 1A ile şarj olmakta ve AC alıcı 1.5 kva ile beslenmekteir. Devre kayıplarını ihmal eerek, yükün aktif ve toplam reaktif güçleri ile güç katsayısını bulunuz. AC şebekeen çekilen aktif, reaktif ve harmonik güçler ile güç katsayısını hesaplayınız. Çözüm İnverter akımı, Iinv I Iakü 6 1 5 A Yükün aktif gücü, P P 48.5 100 W yük inv Yükün toplam reaktif gücü, Q t S P 1500 100 Q t 900 VAr Güç katsayısı, GK yük = P yük /S yük = 100/1500 GK 0.80 Akümülatörün şarj gücü, P akü = U.I = 48.1 P akü = 48 W Şebekeen çekilen aktif güç, P şbk = P yük + P akü P şbk = 100 + 48 P şbk = 148 W Şebekeen çekilen efektif faz akım, I.I.6 1. A q 3 Faz kontrol açısı, q U s...u.sin. cos q 3 48...4.sin.cos cos 0.85 3,14 3 = 31.5 Şebekeen çekilen efektif temel akım, P = q.u.i 1.Cos 148 = 3.4. I 1. Cos31.5 I 1 = 0,8 A Şebekeen çekilen reaktif güç, Q q.u.i 1.sin 3.4.0, 8.sin 31.5 760 VAr Şebekeen çekilen görünen güç, S q.u.i S 3.4.1, S 158VA Şebekeen çekilen toplam reaktif ve harmonik güç, Q t S P 158 148 Q t 88 VAr Q h Qt Q 88 760 Q h 448VAr Şebeke tarafınaki güç katsayısı, P GK S GK bulunur. 0.817 148 158 14

Problem Şekile alga şekli verilen bir inverter çıkış geriliminin, efektif fourier bileşenleri ile = 30 için efektif temel bileşenini bulunuz. Çözüm Problem 3 a 0 = 0, a n = 0 ve b n 0 ( tek fonksiyon ) / b n 4 U sin(nt)( t) t / 4U / 4U sin(n)( ) cos(n) n 4U bn cos n n 1 Un U cos n n = 30 için, 6 Un U 6 U1 U 1 n Şekile alga şekli verilen bir inverter çıkış geriliminin, efektif fourier bileşenlerini hesaplayınız. 15

Çözüm U n =? a 0 = 0, a n = 0 ve b n 0 ( tek fonksiyon ) T b n U( t) sin(nt)( t) t T 0 / b n U( )sin(n)( ) 4 U( )sin(n)( ) b n U U n 1 0 4 / U U sin(n)( ) sin(n)( ) 3 3 /3 /3 0 /3 / 4U sin(n )( ) sin(n )( ) 3 0 /3 4U /3 / cos(n) I cos(n) I 3n 0 /3 4U n n cos 1 0 cos 3n 3 3 4U n 1 cos 3n 3 U 3n U 3 1 cos n 3 1 cos 3 U 3 0 3 U 3 U U3 U 1 cos [1 1] 0 3.3. 3 9 U 5 U 3.5. U ( t) 5 U 1 cos 3 15 n1,5,7,11,13,17,... bn sin(nt) 1 [1 ] U 5 16