Güç Elektroniği Laboratuvarı İşleyişi, Kuralları ve Taahhütnamesi Deneylere yiyecek ve içecekle girmek yasaktır. Deneye gelirken uzun saçlı öğrencilerin saçlarını toplaması, kolye gibi vücuttan sarkan takıların toplaması can güvenliği acısından gereklidir. Deneyler yüksek gerilim ve akım değerlerinde yapıldığından deney süresi boyunca şakalaşmak, laboratuvar malzemelerini farklı amaçlarda kullanmak, şarj aleti gibi farklı cihaz ve aletler kullanmak/laboratuvara getirmek ve tehlike oluşturabilecek tüm davranış ve diğer cihaz kullanımları yasaktır. Laboratuvar süresince deney sorumlusunun izni dışında deney masalarına enerji vermek yasaktır. Deneyler 3/4 er kişilik grup halinde yapılacaktır. Deney raporu olarak her bir grup ortalama 100 sayfalık küçük kareli defter temin edecek ve haftalık deney raporları bu deftere yazılacaktır. Defterin Kapağına grup numarası ve grupta yer alan öğrenci isimleri ve numaraları yazılacaktır. Deney raporunda Amaç /Teorik Bilgi /Deneyin Yapılışı/ Sonuçlar/ Yorum yer alacaktır. Deney defterleri her pazartesi günü toplanacak olup, okunup değerlendirildikten sonra deneyin yapılacağı gün deney grubuna geri verilecektir. Raporlar grup adına bir tane hazırlanacak olup, gruptaki herkes raporun hazırlanması ve tesliminden sorumludur. Geç getirilen raporlar değerlendirilmeyecektir. Deneye gelirken her bir grup ön hazırlık olarak PROTEUS ile deneyde yapılacak olan devrenin analizini yaparak gelmek zorundadır. PROTEUS çizimini yapmayan grup deneye alınmayacaktır. Deney başlamadan önce her öğrenci yoklama listesine imza atmalıdır. Yoklamadan herhangi bir not değerlendirmesi yapılmayacaktır. Öğrencilerin deney başlangıç saatine uymaları gerekir. Deney başlangıç saatinden sonra 5dk. sonra laboratuvarın kapısı kitlenecek olup geç kalan öğrenci derse alınmayacaktır. Her bir deneyin ortalama süresi 45/50dk. dır. Bu nedenle deney föyü önceden okunarak deneye hazırlıklı gelinmelidir. Hazırlıksız geldiği anlaşılan öğrenci(ler) veya tüm sınıf haber vermeksizin deney başlangıcı veya süresince yazılı ve/veya sözlü sınava tabii tutularak gerekli görülmesi durumunda laboratuvar işleyişinin bozulmaması için deneye alınmayabilir, deneyden çıkartılabilir. Deneye alınmayan veya deneyden çıkartılan öğrencinin ilgili deney notu sıfırdır. Deney sırasında grupta en az bir tane deney föyü bulunmalıdır. Föyü bulunmayan grup deneye alınmayacaktır. Bu sorumluluk tüm gruba aittir. Deney bitiminde her grup masasını toparlayarak masayı temiz ve düzgün bir şekilde bırakması gerekmektedir. Tüm laboratuvar süresince öğrenciler deney sorumluların belirteceği kurallara uymak zorundadır. Tarih ve saati sonradan belirtilecek olan telafi deneyi, deneylerin bitiminden sonra yapılacaktır. Telafi deneyine girebilmek için sadece yazılı mazeret geçerli olacaktır. Yukarıda bahsi geçen kurallara uyulmamasından doğacak tüm maddi ve manevi zarar ve kayıplardan öğrenci sorumludur. Laboratuvardaki tüm cihazların kullanım talimatları ile yukarıda belirtilen tüm kuralları okudum ve anladım, Adı Soyadı : Öğrenci No : /./ 2016 İmza
BÖLÜM 1: GÜÇ ELEKTRONNDE KULLANILAN ANAHTARLAMA ELEMANLARI A. DENEYN AMACI: Güç elektronii devrelerinde youn olarak kullanlan anahtarlama elemanlarnn, anahtarlama davranlarnn incelenmesi. B. TEOR: Güç Elektroniinde Kullanlan Anahtarlama Elemanlarna Genel Bak Bölüm 1.1 DYOTLAR Diyotlar ekil 1.1.1 de gösterildii gibi genellikle, bir p-tipi ve bir n-tipi yar iletken malzemenin birleiminden oluan elemanlardr. Malzemenin p-tipi olan taraf anot, n-tipi olan taraf ise diyodun katot terminalini oluturur. ekil 1.1.1 Diyot, katoda göre, anoda uygulanan pozitif bir gerilimle iletime geçer ve üzerinde bir gerilim düümü oluur. Bu gerilim düümü diyodun malzemesine göre deimekle birlikte genel olarak 1V seviyesinden daha fazla deildir. Diyodun bu gerilim deerine ayn zamanda eik gerilim deeri denir. Diyodun üzerine bu gerilimden daha büyük bir deer uygulanmadkça diyot iletime geçmez ve kesim bölgesinde kalr. Diyoda yukarda belirtilene göre ters yönde bir gerilim uygulanrsa yani anoda göre, katotta pozitif bir gerilim olursa, diyot iletim göstermez ve üzerinden ters yönde çok küçük deerde bir akm geçer. Bu akma diyodun kaçak akm denir. Bu akm mikroamperler ya da bir kaç miliamper seviyesindedir. Eer ters yönde uygulanan bu voltaj belirli bir deerin üzerine çkarsa diyot ters yönde krlmaya urar. Bu deer diyot üretici bilgi sayfalarnda ters yönde krlma voltaj olarak belirtilmitir. Ters yönde krlma durumu diyot için tehlikeli bir durumdur çünkü bu durumda, diyotun üzerinden yüksek bir voltaj deerinde, yüksek bir akm geçmektedir. Bu durum diyotun tamamen bozulmasna sebep olabilir. Diyota uygulanacak olan gerilimlere göre diyodun davranlarn açkladk. Bu açklamann grafiksel olarak gösterimi aadaki gibidir. GÜÇ ELEKTRON 14
ekil 1.1.2 Diyot Karakteristii Diyotun en önemli özelliklerinden birisi diyotun kesim dönüümü süresidir. Diyot kesim durumuna geçerken tam olarak iletime geçmesi için, p-n jonksiyonu içerisindeki akm tayclarnn tam olarak yok olmas gerekir. Bunun için diyot, üzerinden geçen akm sfra düer dümez kapanmaz ve jonksiyon bölgesinin bu fazlalk olan akm tayclarndan temizlenmesi için bir süre ters yönde akm iletir. Diyot kesime giderken görülen bu ters yönde akm iletme süresine kesim dönüümü süresi denir. Bu durum ekil 1.1.3 te gösterilmitir. ebeke uygulamalarnda kesim dönüümü süresi fazla önemli deildir çünkü frekans 50/60 Hz deerindedir. Dolaysyla kesim dönüümü süresine göre çok yava kalmaktadr. Ancak dc-dc dönütürücü ya da bunun gibi yüksek frekansta anahtarlama yaplan uygulamalarda kesim dönüümü süresi önemli olabilir. ekil 1.1.3 Diyotlar, kullanld uygulamalardaki gereksinimlere göre snflandrlabilir. * Standart Diyotlar: Genel amaçl, kesim dönüümü süresi kabul edilebilir ölçeklerde olan ebeke uygulamalarnda kullanlan diyotlardr. * Schottky Diyotlar: Bu diyotlarn ileri iletim durumundaki gerilim düüm deeri dierlerine göre düüktür ve yapsal olarak p-n jonksiyonu içermezler. Bu sebeple kesim dönüümü süreleri de standart diyotlara göre daha küçüktür. * Hzl Dönüümlü Diyotlar: Bu diyotlar, çok düük kesim dönüümü süreleri sebebiyle yüksek anahtarlama frekansl uygulamalarda kullanlrlar. GÜÇ ELEKTRON 15
DENEY 1.1.1: DYOT KAREKTERSTNN ÇIKARILMASI Y-0035-002 DIODE MODULE modülünü yerine taknz. Devre balantlarn ekildeki gibi yapnz. ekil 1.1.4 ekil 1.1.5 Enerji ünitesindeki Ayarl güç kaynann gerilim potansiyometrelerini minimuma (sola), akm potansiyometresini maksimuma (saa) çeviriniz. Devreye gücü uygulaynz. Bu durumda diyot doru polarmalandrlmtr. GÜÇ ELEKTRON 16
DENEYN YAPILII: Not: Bu deney için harici μa-ma ve mv ölçüm alanlar olan MULTMETRE kullanlacaktr. 1- Ayarl güç kayna gerilimini ekil 1.1.6 deki tabloda görülen akm deerini srayla elde ediniz. Diyot uçlarndaki voltmetrede her akm deerine karlk gelen gerilimi tabloya kaydediniz. ekil 1.1.6 2- Her basamaktaki diyot direncini tabloya kaydediniz. ED RD formülünden hesaplaynz ve yine ID 3- Elde edilen ID ve ED deerlerini ekil 1.1.7 teki grafik üzerine iaretleyip diyotun doru polarma karakteristik erisini çiziniz. ekil 1.1.7 GÜÇ ELEKTRON 17
4- Devre gücünü kesiniz. Devre balantsn ekil 1.1.9 deki gibi yapnz. Devreye gücü uygulaynz. Bu durumda diyot ters polarmalandrlmtr. Bu kez ekil 1.1.10 daki tabloda görülen gerilim deerini ayarl güç kaynan ayarlayarak srasyla elde ediniz. Her basamakta elde edilen ID deerini tabloya kaydediniz. ekil 1.1.8 ekil 1.1.9 GÜÇ ELEKTRON 18
ekil 1.1.10 5- Diyot ters polarmada iken (A)seviyesinde geçen akm ne akmdr. Diyot üzerinden ters polarmada geçen akm aznlk tayclarnn oluturduu sznt akmdr. 6- ekil 1.1.10 daki tabloda elde edilen deerleri ekil 1.1.11 deki grafik üzerine iaretleyip diyotun ters polarma karakteristik erisini çiziniz. ekil 1.1.11 7- ekil 1.1.11 deki grafik için ne söylenebilir. Diyotun doru yönde iletime geçmesi için uçlarnda en az 0.7 V olmas gerekir. Diyotlar ters polarmada büyük direnç göstermektedir. GÜÇ ELEKTRON 19
Bölüm 1.2 TRSTÖRLER Tristör, 4 katmanl, pnpn yapsna sahip yariletken anahtarlama elemandr. ekil 1.2.1 te görüldüü gibi 3 tane p-n jonksiyonuna sahiptir. ekil 1.2.1 Tristörün yaps ve elektriksel sembolü ekil 1.2.1 den görülecei gibi tristöre ileri yönde bir gerilim uyguland takdirde, J1 ve J3 jonksiyonlar ileri yönde polariteli, J2 jonksiyonu ise ters yönde polariteli olacaktr. Bu durumda kap akm yokken tristör ileri kesim durumunda olup üzerinden akm geçirmeyecektir. Eer tristörün anot-katot terminalleri arasna uygulanan gerilim artrlrsa bir noktadan sonra tristör iletime geçecektir. Tristörün ileri iletim durumuna geçtii bu gerilim deerine ileri krlma gerilimi denir Tristör kap terminaline pozitif bir akm uyguland zaman iletim durumuna geçer ve iletim durumundayken kap terminalinin tristör üzerinde herhangi bir kontrol etkisi kalmaz. Tristör ancak üzerine ters polariteli bir gerilim uyguland takdirde susturulabilir. Tristörün kap terminaline pozitif akm uygulanmasyla tristör iletime geçer dedik. Eer bu kap akm, tristörün üzerinden geçen akm, belli bir deere gelene kadar uygulanmazsa tristör açlmayp, ileri kesim durumuna geri dönebilir. Tristörün, iletime geçmesi ve iletimde kalmas için gerekli olan bu minimum akma tristörün kenetlenme akm denir. Benzer ekilde tristörün, iletim durumundan kesim durumuna geçmesi için üzerinden geçen akmn belli bir deerin altna dümesi gerekir. Tristör, üzerinden geçen akm bu deerin altna dümedii sürece, üzerinde negatif bir gerilim olsa bile iletim durumunu koruyacaktr. Sözü edilen bu akma tristörün tutma akm denir. Tutma akmnn deeri, kenetlenme akmndan daha düük bir deerdir. Tristörler de diyotlar gibi anot-katot terminalleri arasna negatif gerilim uyguland takdirde iletim göstermezler, sadece ters yönde bir kaçak akm gözlenir. Ancak bu ters yöndeki gerilim belli deerin üzerinde olursa tristör ters yönde iletime geçer. Tristörün ters yönde iletime geçtii bu deer ters krlma gerilimi deeridir. Tristör ters yönde krlmaya urad takdirde bozulur ve yenisiyle deitirilmesi gerekir. Tristörün, yukarda belirtilen tüm durumlar verilmitir. ekil 1.2.2 de grafiksel olarak GÜÇ ELEKTRON 20
ekil 1.2.2 Tristörleri iletime sokma artlar aadaki gibi özetlenebilir: * Kap Terminaline Akm Uygulayarak: Tristörü asl olarak iletime sokma yöntemidir. Kap ya uygulanan akm arttkça tristörün üzerindeki gerilim de düer ve üzerinden geçen akm artar yani tristör iletime geçer. Ayrca bir tristör, daha yüksek kap akm uygulanarak, daha düük anot-katot gerilimlerinde iletime sokulabilir. * Anot-Katot Arasna Yüksek Gerilim Uygulayarak: Yukarda da belirtildii gibi, anot katot terminalleri arasna, ileri krlma eik geriliminden daha yüksek bir gerilim deeri uygulanrsa, tristör ileri yönde iletime geçer. Ancak bu tercih edilen bir yöntem deildir. Tristörü bu ekilde iletime sokmak zararl olabilir. * dv/dt ile: Eer bir tristöre çok hzl yükselen bir gerilim uygulanrsa tristör iletime geçebilir. Bu da tercih edilen bir yöntem deildir. * Ik ile: Bir tristörün jonksiyonuna fotonlar çarparsa, bu jonksiyondaki delik- elektron çiftleri artarak tristörü iletime sokabilir. Bu kullanm için özel olarak üretilen kla aktif edilebilen tristörler mevcuttur. * Is ile: Ik etkisinde olduu gibi s etkisi de delik-elektron çifti saysn artrarak tristörü iletime sokabilir. GÜÇ ELEKTRON 21
DENEY 1.2.1.3: TRİSTÖRÜN İLERİ KIRILMA TESTİ Devreyi ekildeki gibi kurunuz. ekil 1.2.10 Tristörün kap terminalini, gösterildii ekilde balayn. ekilde görülen tristörün kap sürücü devresindeki potansiyometreyi maksimum dirence ayarlaynz. Devrede görülen kayna 15V deerine ayarlaynz. Osiloskop balantlarn da yaptktan sonra devreyi çaltrn ve devreden geçen sfr akm gözlemleyin. Daha sonra kap sürücü devresindeki potansiyometreyi yava yava azaltarak, kap akmn artrn. Bu arada tristör üzerindeki gerilimi gözlemleyin. Tristör kesimde iken giriteki gerilim tristörün anot-katot uçlar arasnda gözlenecektir. GÜÇ ELEKTRON 26
Tristör iletime geçtii zaman ise, uygulanan gerilim yüke aktarlacak ve tristörün üzerinde ileri iletim voltaj gözlenecektir. Tristörü bu koullarda iletime geçiren kap akm maksimum kap akmdr. Tristör bundan daha düük kap akmlaryla da iletime sokulabilir. imdi kap akmn tipik bir deere ayarlayarak, osiloskobun Y1 kanalndan tristörün iletime geçtii an gözlemleyiniz. Bu andaki kap akmn (Ig) ve giri gerilimini not ediniz. Tristörün bu sabit kap akm altnda iletime geçtii giri gerilimi, tristörün o andaki kap akmna karlk gelen ileri krlma gerilimi(v BO ) denir. Farkl kap akmlar için ileri krlma gerilimi deerlerini ölçerek not ediniz. Ig- V BO deiiminin grafiini çiziniz. V BO Ig ekil 1.2.11 GÜÇ ELEKTRON 27