Tek Fazlı Tam Dalga Doğrultucularda Farklı Yük Durumlarındaki Harmoniklerin İncelenmesi

Benzer belgeler
AC-DC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

Güç elektroniği elektrik mühendisliğinde enerji ve elektronik bilim dalları arasında bir bilim dalıdır.

PWM Doğrultucular. AA/DA güç dönüşümü - mikroelektronik devrelerin güç kaynaklarında, - elektrikli ev aletlerinde,

Nedim Tutkun, PhD, MIEEE Düzce Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Konuralp Düzce

Doğrultucularda ve Eviricilerde Kullanılan Pasif Filtre Türlerinin İncelenmesi ve Karşılaştırılması

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ...iii İÇİNDEKİLER...v 1. GÜÇ ELEKTRONİĞİNE GENEL BİR BAKIŞ YARI İLETKEN GÜÇ ELEMANLARI...13

TEK FAZLI KONTROLLU VE KONTROLSUZ DOĞRULTUCULAR

AC/DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (Doğrultucular)

TEK FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLSÜZ DOĞRULTUCULAR

Ders 04. Elektronik Devre Tasarımı. Güç Elektroniği 1. Ders Notları Ege Üniversitesi Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mehmet Necdet YILDIZ a aittir.

Ders 07. Elektronik Devre Tasarımı. Güç Elektroniği 1. Ders Notları Ege Üniversitesi Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mehmet Necdet YILDIZ a aittir.

İNDEKS. Cuk Türü İzolesiz Dönüştürücü, 219 Cuk Türü İzoleli Dönüştürücü, 228. Çalışma Bölgeleri, 107, 108, 109, 162, 177, 197, 200, 203, 240, 308

TEK FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLLÜ DOĞRULTUCULAR

EEM 307 Güç Elektroniği

BÖLÜM 2 DİYOTLU DOĞRULTUCULAR

TEK FAZLI DOĞRULTUCULAR

AC/DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (Doğrultucular)

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜÇ ELEKTRONİĞİ 9. HAFTA

TEK FAZLI KONTROLLÜ (TRĠSTÖRLÜ) DOĞRULTUCULAR

ELEKTRİK MOTOR SÜRÜCÜLERİ: PWM AC KIYICILAR

ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN HARMONİKLERİN FİLTRELENMESİNİN BİLGİSAYAR DESTEKLİ MODELLENMESİ VE SİMÜLASYONU

GÜÇ ELEKTRONİĞİ TEMEL KONTROLLÜ GÜÇ ELEMANLARI YRD.DOÇ. MUHAMMED GARİP

Üç-faz Tam Dalga (Köprü) Doğrultucu

Yarım Dalga Doğrultma

Güç Elektroniği. Yüke verilen enerjinin kontrolü, enerjinin açılması ve kapanması ile ayarlanmasını içerir.

Yükseltici DA Kıyıcılar, Gerilim beslemeli invertörler / 12. Hafta

Düzenlilik = ((Vçıkış(yük yokken) - Vçıkış(yük varken)) / Vçıkış(yük varken)

Deney 3 5 Üç-Fazlı Tam Dalga Tam-Kontrollü Doğrultucu

Mekatronik Mühendisliği Lab1 (Elektrik-Elektronik) Diyotlu Doğrultucu Uygulamaları

Alçaltıcı DA-DA Çevirici Analiz ve Tasarımı

ALTERNATİF AKIMDA ÜÇ FAZLI DEVRELER

DENEY 3 DİYOT DOĞRULTUCU DEVRELERİ

AC FREKANS KONVERTÖRLERİNİN OLUŞTURDUĞU HARMONİKLER VE HARMONİK AZALTIMI YÖNTEMLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

2- Tristör ile yük akımı değiştirilerek ayarlı yükkontrolü yapılabilir.

Anahtarlama Modlu DA-AA Evirici

DENEY 7 DALGALI GERİLİM ÖLÇÜMLERİ - OSİLOSKOP

Geçmiş yıllardaki vize sorularından örnekler

KOMPANZASYON SİSTEMLERİNDE HARMONİKLER VE ETKİLERİ

EEM220 Temel Yarıiletken Elemanlar Çözümlü Örnek Sorular

T.C. ULUDAĞ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK DEVRELERİ LABORATUVARI I DENEY 2: DİYOT UYGULAMALARI

6. Osiloskop. Periyodik ve periyodik olmayan elektriksel işaretlerin gözlenmesi ve ölçülmesini sağlayan elektronik bir cihazdır.

Gerilim beslemeli invertörler, akım beslemeli invertörler / 13. Hafta. Sekil-7.7 de endüktif yükte çalışan PWM invertör görülmektedir.

Ders 08. Elektronik Devre Tasarımı. Güç Elektroniği 1. Ders Notları Ege Üniversitesi Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mehmet Necdet YILDIZ a aittir.

DENEY FÖYÜ 5: Diyotlu Doğrultma Devreleri

T.C. KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

ELM 232 Elektronik I - Deney 2 Zener Diyotlu Regülatör Tasarımı. Doğrultucu Regülatör Yük. R L yükü üzerinde oluşan sinyalin DC bileşeni

2. Bölüm: Diyot Uygulamaları. Doç. Dr. Ersan KABALCI

ALTERNATİF AKIMDA EMPEDANS SERİ DEVRELER

dirençli Gerekli Donanım: AC güç kaynağı Osiloskop

BLM 224 ELEKTRONİK DEVRELER

Arttıran tip DC kıyıcı çalışması (rezistif yükte);

DENEY 3: DOĞRULTUCU DEVRELER Deneyin Amacı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ GAMA MESLEK YÜKSEKOULU

Statik güç eviricilerinin temel görevi, bir DA güç kaynağı kullanarak çıkışta AA dalga şekli üretmektir.

ALTERNATİF AKIMDA EMPEDANS SERİ DEVRELER

BÖLÜM 2 DİYOTLU DOĞRULTUCULAR

Alçak ve Orta Gerilim Tesislerinde Reaktif Güç Kompanzasyonu

ALTERNATİF AKIMDA GÜÇ


3 Fazlı Açma-Kapama Kontrollü AC Voltaj Kontrolcü. (yıldız bağlı rezistif yükte);

Cihazın Bulunduğu Yer: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü B-Blok, Enerji Verimliliği Laboratuvarı

DENEY-8 KONDANSATÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU AKIMDA DAVRANIŞI

6 İşlemsel Kuvvetlendiricilerin Lineer Olmayan Uygulamaları deneyi

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Power Electronic Circuits (Güç Elektroniği Devreleri)

ALTERNATİF AKIMDA GÜÇ

ALTERNATİF AKIMDA ANİ VE ORTALAMA GÜÇ

DEVRE ANALİZİ LABORATUARI DENEY 6 KONDANSATÖRÜN VE BOBİNİN DOĞRU AKIM DAVRANIŞI

T.C. YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DÜŞÜK HARMONİKLİ VE YÜKSEK GÜÇ FAKTÖRLÜ YÜKSEK GÜÇLÜ DOĞRULTUCUNUN GERÇEKLEŞTİRİLMESİ

DENEY 16 Sıcaklık Kontrolü

U.Arifoğlu 26/11/2006

Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Elektronik Laboratuvarı I ENDÜSTRİYEL KONTROL UYGULAMALARI

GENETEK. Güç Sistemlerinde Kısa Devre Analizi Eğitimi. Güç, Enerji, Elektrik Sistemleri Özel Eğitim ve Danışmanlık San. Tic. Ltd. Şti.

DOĞRULTUCULAR VE REGÜLATÖRLER

ADIYAMAN ÜNĠVERSĠTESĠ MÜHENDĠSLĠK FAKÜLTESĠ ELEKTRĠK-ELEKTRONĠK MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ DEVRE ANALĠZĠ LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜÇ ELEKTRONİĞİ 3. HAFTA

AFYON KOCATEPE ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ GÜÇ ELEKTRONİĞİ LABORATUVAR DENEY # 1

4. ÜNİTE ALTERNATİF AKIMDA GÜÇ

T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

SİLİKON KONTROLLÜ ANAHTAR SİLİCON CONTROLLED RECTETİER ( SCR )

GERİLİM REGÜLATÖRLERİ DENEYİ

Ders Adı Kodu Yarıyılı T+U Saati Ulusal Kredisi AKTS. Güç Elektroniği I EEE

DENEY 3 Kırpıcı ve Kenetleyici Devreler

ELEKTRONİK DEVRE ELEMANLARI

T.C. YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ESM 413 ENERJİ SİSTEMLERİ LABORATUVARI I

DENEY 10 UJT-SCR Faz Kontrol

DERS BİLGİ FORMU. Okul Eğitimi Süresi

ELEKTRİK DEVRELERİ-2 LABORATUVARI II. DENEY FÖYÜ

BC237, BC338 transistör, 220Ω, 330Ω, 4.7KΩ 10KΩ, 100KΩ dirençler ve bağlantı kabloları Multimetre, DC güç kaynağı

GELENEKSEL GÜÇ KATSAYISI DÜZELTME DEVRELERİ İLE KÖPRÜSÜZ GÜÇ KATSAYISI DÜZELTME DEVRELERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

Mekatronik Mühendisliği Lab1 (Elektrik-Elektronik) Zener Diyot Karakteristiği ve Uygulaması

T.C. ONDOKUZ MAYIS ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRONİK LABORATUVARI-II DENEY RAPORU

T.C. ERCİYES ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ TEMEL ELEKTRİK DEVRE LABORATUVARI TEMEL DEVRE TEOREMLERİNİN UYGULANMASI

Şekil 7.1. (a) Sinüs dalga giriş sinyali, (b) yarım dalga doğrultmaç çıkışı, (c) tam dalga doğrultmaç çıkışı

EET-202 DEVRE ANALİZİ-II DENEY FÖYÜ OSİLOSKOP İLE PERİYOT, FREKANS VE GERİLİM ÖLÇME

Kırpıcı devrelerin çalışma prensiplerinin deney yoluyla incelenmesi.

HAFTA SAAT KAZANIM ÖĞRENME YÖNTEMLERİ ARAÇ-GEREÇLER KONU DEĞERLENDİRME

GÜÇ SİSTEMLERİNDE HARMONİKLER VE HARMONİKLERİN ENGELLENMESİ

Ders 01. Güç Elektroniği. Güç Elektroniği 1. Ders Notları Ege Üniversitesi Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mehmet Necdet YILDIZ a aittir.

Pasif devre elemanları (bobin, kondansatör, direnç) kullanarak, paralel kol olarak tasarlanan pasif

ÜÇ-FAZLI TAM DALGA YARI KONTROLLÜ DOĞRULTUCU VE ÜÇ-FAZLI EVİRİCİ

Transkript:

Tek Fazlı Tam Dalga Doğrultucularda Farklı Yük Durumlarındaki Harmoniklerin İncelenmesi Ezgi ÜNVERDİ(ezgi.unverdi@kocaeli.edu.tr), Ali Bekir YILDIZ(abyildiz@kocaeli.edu.tr) Elektrik Mühendisliği Bölümü Kocaeli Üniversitesi Bu çalışmada, tek fazlı tam dalga kontrolsüz ve kontrollü doğrultucular ele alınmıştır. Bu devrelerin direnç ve direnç-endüktans içeren farklı yük durumlarındaki giriş ve çıkışlarına ait gerilim-akım değişimleri ve bunlara ait harmonikleri incelenmiştir. 1. Giriş Doğrultucular, alternatif (AC) gerilimi doğru (DC) gerilime çeviren düzenlerdir. Farklı açılardan sınıflandırılabilirler. Faz sayıları açısından tek fazlı ve çok fazlı doğrultucular, doğrultulan dalga sayısına göre yarım dalga ve tam dalga doğrultucular, kontrol açısından kontrolsüz, kontrollü ve yarı kontrollü doğrultucular mevcuttur. Doğrultucuların başlıca uygulama alanları DC motor kontrolü, akümülatör şarjı, elektroliz ile kaplama, DC kıyıcılar ve inverterlerin beslenmesi, DC gerilim kaynakları ve regülatörleridir. Doğrultucuların Temel Özellikleri Doğal komütasyonludurlar, Diyot ve tristörlerle gerçekleştirilirler, Ortalama olarak çıkış gerilimleri ayarlanır, Şebeke tarafında yüksek değerli harmonikler oluştururlar, Çıkış tarafında yüksek değerli dalgalanmalar içerirler. Kontrolsüz doğrultucular, diyotlarla gerçekleştirilir, doğrultucu modunda çalışırlar ve çıkış gerilimleri pozitif bölgede ayarlanır. Kontrollü doğrultucular tristörlerle gerçekleştirilir, hem doğrultucu hem de inverter modunda çalışırlar, çıkış gerilimleri pozitif ve negatif bölgede ayarlanır. Yarı kontrollü doğrultucular ise diyot ve tristörlerle gerçekleştirilir, doğrultucu modunda çalışırlar, çıkış gerilimleri pozitif bölgede ayarlanır. Kontrolsüz doğrultucular, basit ve ucuz olmaları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu doğrultucuların şebeke geriliminde meydana getirdiği ciddi bozulmalara karşı, uluslararası düzeyde getirilen sınırlamalar nedeniyle bu

devrelerin kullanılmasında azalma olması beklenmektedir. Kontrollü doğrultucularda, AC şebeke tarafındaki bozulmalar çok daha azdır. Çıkış geriliminin Fourier açılımı (2) 2. Bir Fazlı Tam Dalga Kontrolsüz Doğrultucu Bir fazlı tam dalga kontrolsüz bir doğrultucunun devre şeması şekil 1 de verilmiştir. Direnç ve direnç-endüktans içeren yük durumları ele alınacaktır. Doğrultucuların giriş ve çıkış akımları yüke bağlıdır. 2.1. Direnç Yük Durumu Doğrultucunun çıkışında direnç yükü bağlı olması durumunda, çıkış akımı ile giriş gerilim ve akım değişimleri şekil 3 te verilmiştir. Şekil 1. Bir fazlı tam dalga kontrolsüz doğrultucu devresi. Farklı yük durumlarına ilişkin olarak çıkıştaki DC gerilim, akım ve harmonikler ifade edilecektir. Direnç-endüktans yük durumunda, endüktansın değerine göre iki farklı inceleme yapılabilir. Endüktansın çok büyük olması bu yükün akım kaynağı ile modellenmesine imkan tanır. Normal değerli bir endüktans için ise yük akımı dolayısıyla giriş akımı dalgalı olur. Kontrolsüz doğrultucularda tüm yük durumları için çıkış geriliminin değişimi ve ifadesi ortaktır. Çıkış gerilimi şekil 2 de verilmiştir. Şekil 3. Direnç yükü durumunda, (a) Çıkış akımı, (b) Giriş gerilimi Çıkış akımı (3) Akımın ortalama değeri (4) Bu yük durumunda, şebekeden çekilen akımda, faz farkı ve DC bileşen yoktur. Kaynak akımı şebeke gerilimiyle aynı formatta olduğundan, harmonik içermez. Şekil 2. Kontrolsüz doğrultucunun çıkış gerilimi. (1) 2.2. Direnç-Endüktans Yük Durumu Doğrultucunun çıkışında direnç-endüktans yükü olması durumunda, endüktansın değerine göre dalga şekilleri değişir. Öncelikle, endüktansın çok büyük olması durumunu ele alalım. Bu durumda yükü, akım kaynağı ile modelleyebiliriz (şekil 4).

Kontrolsüz doğrultucular, basit ve ucuz olmaları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu doğrultucuların şebeke geriliminde meydana getirdiği ciddi bozulmalara karşı, uluslararası düzeyde getirilen sınırlamalar nedeniyle bu devrelerin kullanılmasında azalma olması beklenmektedir. Endüktansın normal değerli olması durumunda (şekil 1), yük akımı dolayısıyla giriş akımı dalgalı olur. Bu duruma ilişkin çıkış gerilim ve akımı ile giriş gerilim ve akımı değişimleri şekil 6 da verilmiştir. Bu yük durumunda da şebekeden çekilen akımda DC bileşen yoktur. Şekil 4. Yükün akım kaynağı ile modellenmesi. Endüktansın çok büyük olması durumuna ilişkin, giriş gerilim ve akım değişimleri şekil 5 te verilmiştir. Görüldüğü gibi giriş akımı çift yönlü kare dalga şeklindedir. Bu yük durumunda da şebekeden çekilen akımda faz farkı ve DC bileşen yoktur. Şekil 6. Normal değerli endüktans durumunda, (a) Çıkış gerilimi ve akımı, (b) Giriş gerilimi ve akımı Çıkış akımının Fourier açılımı Denk.(6) da, (6) Denk.(6), direnç-endüktans yük durumu için genel bir ifadedir. Endüktansın çok büyük olması durumunu da içerir. alındığında, şekil 4 deki sabit akım durumuna ilişkin devre elde edilir. Bu durumda şekil 6.b, şekil 5 e yakınsar. Şekil 5. Büyük değerli endüktans durumunda, giriş gerilimi Giriş akımının Fourier açılımı (5) 3. Bir Fazlı Tam Dalga Kontrollü Doğrultucu Bir fazlı tam dalga kontrollü bir doğrultucunun devre şeması şekil 7 de verilmiştir. Yine, direnç ve direnç-endüktans içeren yük durumları ele alınacaktır.

Farklı yük durumlarına ilişkin olarak çıkıştaki DC gerilim, akım ve harmonikler ifade edilecektir. Çıkış geriliminin ve akımının değişimi, yüke ve tetikleme açısına bağlıdır. Çıkış akımı yine denk.(3) ile ifade edilir. Şekil 9 da verilen şebeke akımının ortalama değeri sıfır olduğundan, DC bileşen içermez. Ancak tetikleme açısından dolayı harmonik bileşenler mevcuttur. Şekil 7. Bir fazlı tam dalga kontrollü doğrultucu devresi. 3.1. Direnç Yük Durumu Doğrultucunun çıkışında direnç yükü olması durumunda, çıkış geriliminin değişimi şekil 8 de verilmiştir. Çıkış akımı da, ölçek farkıyla aynı formatta olacaktır. Şekil 9. Direnç yükü durumunda, giriş gerilimi 3.2. Direnç-Endüktans Yük Durumu Kontrolsüz doğrultucularda olduğu gibi, endüktansın değerine göre dalga şekilleri değişir. Ancak çıkış akımının sürekli (sabit veya dalgalı) olması durumunda, çıkış geriliminin değişimi ve ifadesi ortaktır. Çıkış gerilimi şekil 10 da verilmiştir. Şekil 8. Kontrollü doğrultucunun çıkış gerilimi. Şekil 10. RL yükü için çıkış gerilimi. (7) Çıkış geriliminin Fourier açılımı (9) (8) Öncelikle, endüktansın çok büyük olması durumunu ele alalım. Bu durumda yükü, şekil 4 teki gibi akım kaynağı ile modelleyebiliriz. Bu duruma ilişkin, giriş gerilim ve akım değişimleri şekil 11 de verilmiştir. Görüldüğü gibi, şebekeden çekilen akım, gerilime göre açısı kadar geride ve çift yönlü kare dalga şeklindedir. Bu yük durumunda da, şebekeden çekilen akımda DC bileşen yoktur. Ancak tetikleme açısından dolayı harmonik bileşenler mevcuttur.

Giriş akımının Fourier açılımı (10) Doğrultucular, alternatif (AC) gerilimi doğru (DC) gerilime çeviren düzenlerdir. Farklı açılardan sınıflandırılabilirler. Faz sayıları açısından tek fazlı ve çok fazlı doğrultucular, doğrultulan dalga sayısına göre yarım dalga ve tam dalga doğrultucular, kontrol açısından kontrolsüz, kontrollü ve yarı kontrollü doğrultucular mevcuttur. Şekil 11. Büyük değerli endüktans durumunda, giriş gerilimi Endüktansın normal değerli olması durumunda, yük akımı dolayısıyla giriş akımı, gecikme açısı ile birlikte dalgalı olur. Bu duruma ilişkin giriş gerilim ve akımı değişimleri şekil 12 de verilmiştir. Bu yük durumunda da, şebekeden çekilen akımda DC bileşen yoktur. Yine, harmonik bileşenler mevcuttur. Çıkış akımı : Giriş akımının 1. (temel) harmonik bileşeni, denk. (10) a göre bulunur. Aktif güç ve reaktif güç, sırasıyla aşağıdaki gibi belirlenir. Şekil 12. Normal değerli endüktans durumunda, giriş gerilimi 4. Uygulama Şekil 7 deki tam dalga kontrollü doğrultucu devresinde direnç-endüktans yük durumunda, endüktansın çok büyük olması durumunu ele alalım. Faz gerilim 220 V, yük direnci tetikleme açısı rad. (a) çıkış akımını, (b) kaynaktan çekilen aktif ve reaktif güçleri bulunuz. Çıkış gerilimi denk.(9) a göre bulunur. Kaynaklar 1. H. Bodur, Güç Elektroniği, Temel Analiz ve Sayısal Uygulamalar, Birsen yayınevi, İstanbul, 2010. 2. N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, Güç Elektroniği, Uygulamalar ve Tasarım, Literatür yay., İstanbul, 2003. 3. R.W. Erickson and D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, Kluwer Academic Publishers, 2nd Ed., NY, 2004. 4. A. Kasapoğlu, Devre Analizi, Yıldız Teknik Üniversitesi yayınları, 1996. 5. A.B. Yıldız, Elektrik Devreleri, Kısım II, Kocaeli Üniversitesi yayınları, 2006.