Güç Elektroniği Hacı Bodur Pdf

güç elektroniği hacı bodur pdf

Guc Elektronigi

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

GÜÇ ELEKTRONİĞİ 1. Güç Elektroniğinin Kapsamı ve Uygulamaları 2. Önemli Yarı İletken Güç Elemanları 3. AC-DC Dönüştürücüler / Doğrultucular 4. AC-AC Dönüştürücüler / AC Kıyıcılar 5. DC-DC Dönüştürücüler / DC Kıyıcılar 6. DC-AC Dönüştürücüler / İnverterler 7. Güç Elektroniğinde Kontrol ve Koruma

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

1. GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN KAPSAMI ve UYGULAMALARI GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN TANIMI Güç Elektroniği, temel olarak yüke verilen enerjinin kontrol edilmesi ve enerji şekillerinin birbirine dönüştürülmesini inceleyen bilim dalıdır. Güç Elektroniği, Elektrik Mühendisliğinin oldukça cazip ve önemli bir bilim dalıdır. Güç Elektroniği, temel olarak Matematik ve Devre Teorisi ile Elektronik bilgisi gerektirir. YÜKE VERİLEN ENERJİNİN KONTROLÜ Yüke verilen enerjinin kontrolü, enerjinin açılması ve kapanması ile ayarlanmasını içerir. 1. Statik (Yarı İletken) Şalterler

a) Statik AC şalterler b) Statik DC şalterler

2. Statik (Yarı İletken) Ayarlayıcılar

a) Statik AC ayarlayıcılar b) Statik DC ayarlayıcılar

ENERJİ ŞEKİLLERİNİN BİRBİRİNE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ Elektrik enerji şekillerini birbirine dönüştüren devrelere genel olarak Dönüştürücüler adı verilir. Dört temel dönüştürücü vardır. Bu dönüştürücüler aşağıdaki diyagramda özetlenmiştir.

Dönüştürücüler

Dönüştürücülerde kullanılan kısaltmalar

DC : Doğru Akım şeklindeki elektrik enerjisi AC : Alternatif Akım şeklindeki elektrik enerjisi Ud : DC gerilim (ortalama değer) U : AC gerilim (efektif değer) f : Frekans

q : Faz sayısı

1. AC-DC Dönüştürücüler Doğrultucular, Redresörler

AC ⎯⎯⎯ →⎯Enerji DC U, f, q dU

2. DC-AC Dönüştürücüler

İnverterler, Eviriciler

DC ⎯⎯⎯ →⎯Enerji AC Ud U, f, q

3. DC-DC Dönüştürücüler DC Kıyıcılar, DC Ayarlayıcılar

DC ⎯⎯⎯ →⎯Enerji DC Ud1 Ud2 < Ud1

4. AC-AC Dönüştürücüler

AC Kıyıcılar, AC Ayarlayıcılar

AC ⎯⎯⎯ →⎯Enerji AC U1, f1, q1 U2, f2, q2

2121

21 UUqqff

→⇒⎭⎬⎫

AC KIYICI

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

AC şebekeye doğrudan bağlı olan Doğrultucu ve AC Kıyıcılara Doğal Komütasyonlu Devreler, bir DC kaynak tarafından beslenen İnverter ve DC Kıyıcılara ise Zorlamalı Komütasyonlu Devreler denilmektedir. YARI İLETKEN GÜÇ ELEMANLARI Dönüştürücüler, yarı iletken güç elemanları ile gerçekleştirilmektedir. Bu güç elemanları,

• Kontrolsüz Güç Elemanları : DİYOT • Temel Kontrollü Güç Elemanları : SCR, BJT, MOSFET • Diğer Kontrollü Güç Elemanları : TRİYAK, GTO, IGBT, MCT vb

Şeklinde 3 temel gruba ayrılabilir. Bu derste önce Önemli Yarı İletken Güç Elemanları ve sonra bu elemanlar ideal kabul edilerek Temel Dönüştürücüler incelenecektir. GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN ENDÜSTRİYEL UYGULAMALARI Güç Elektroniğinin statik ve dinamik temel endüstriyel uygulama alanları ile diğer önemli endüstriyel uygulama alanları aşağıdaki gibi sıralanabilir. Temel Statik Uygulamalar

• Kesintisiz Güç Kaynakları (KGK, UPS)

• Anahtarlamalı Güç Kaynakları (AGK, SMPS)

• Rezonanslı Güç Kaynakları (RGK, RMPS)

• Endüksiyonla Isıtma (EI, EH) • Elektronik Balastlar (EB, EB) • Yüksek Gerilim DC Taşıma

(YGDCT, HVDC) • Statik VAR Kompanzasyonu

(SVK, SVC) Temel Dinamik Uygulamalar

• Genel Olarak DC Motor Kontrolü • Genel Olarak AC Motor Kontrolü • Sincap Kafesli (Kısa Devre

Rotorlu) Asenkron Motor Kontrolü • Bilezikli (Sargılı Rotorlu)

Asenkron Motor Kontrolü • Lineer Asenkron Motor Kontrolü • Senkron Motor Kontrolü • Üniversal Motor Kontrolü • Adım Motoru Kontrolü • Relüktans Motor Kontrolü

Diğer Önemli Uygulamalar

• Aydınlatma ve Işık Kontrolü Sistemleri • Isıtma ve Soğuma Sistemleri • Lehim ve Kaynak Yapma Sistemleri • Eritme ve Sertleştirme Sistemleri • Eleme ve Öğütme Sistemleri • Asansör ve Vinç Sistemleri • Yürüyen Merdiven ve Bant Sistemleri • Pompa ve Kompresör Sistemleri • Havalandırma ve Fan Sistemleri • Alternatif Enerji Kaynağı Sistemleri • Akümülatör Şarjı ve Enerji Depolama

Sistemleri • Elektrikli Taşıma ve Elektrikli Araç

Sistemleri • Uzay ve Askeri Araç Sistemleri • Yer Kazma ve Maden Çıkarma Sistemleri

Ayrıca, Güç Elektroniği, Disiplinlerarası Bilim Alanları olarak bilinen

• Endüstriyel Otomasyon • Mekatronik • Robotik

bilimleri içerisinde de yoğun bir şekilde yer almaktadır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

2. ÖNEMLİ YARI İLETKEN GÜÇ ELEMANLARI A) KONTROLSÜZ GÜÇ ELEMANI DİYOT Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği

Yapı İletim Karakteristiği

Sembol

A : Anot K : Katot

Açıklama En basit yapılı kontrolsüz yarı iletken elemandır. İletim yönünde, eşik geriliminin üzerinde küçük değerli bir iç dirence sahip olan bir iletken gibidir. Kesim yönünde ise, delinme gerilimine kadar çok küçük sızıntı akımlar geçiren bir yalıtkan gibidir. Ud : Delinme Gerilimi UTO : Eşik Gerilimi rT : Eşdeğer Direnç (μΩ - mΩ mertebelerinde) Güç diyodu, Ud geriliminde tahrip olur ve iletken hale gelir. Yüksek ve sabit bir gerilim altında akımın sonsuza gittiği bu tür devrilmelere, genel olarak çığ devrilme denilmektedir. Çığ devrilmeye maruz kalan yarı iletken elemanlar, güç kaybından dolayı genellikle tahrip olur yani bozulurlar. Tahrip olan yarı iletken elemanlar ise, genellikle kısa devre olurlar. Güç diyotları, pozitif yönde akımı geçirmeleri ve ters yönde akımı tutmaları için, oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Normal, hızlı ve çok hızlı diyot türleri mevcuttur. Normal diyotlar, genellikle AC şebekeye bağlı doğrultucu ve AC kıyıcı devrelerinde kullanılmaktadır. Hızlı diyotlar ise, genellikle inverter ve DC kıyıcılarda kullanılmaktadır. Günümüzde Ters Toparlanma Süresi veya Sönme Süresi birkaç 10 ns olan diyotlar üretilebilmektedir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

B) TEMEL KONTROLLÜ GÜÇ ELEMANLARI 1. TRİSTÖR (SCR) Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği Yapı ve Sembol

İletim Karakteristiği

Karakteristik Değerler

IGT : Tetikleme Akımı. UGT : Tetikleme Gerilimi IGTM : Max. Kapı Akımı UGTM : Max. Kapı Gerilimi UB0 : Sıfır Devrilme Gerilimi IH : Tutma Akımı (mA) IL : Kilitleme Akımı (mA) ⇒ IL > IH Ud : Delinme Gerilimi

dtdu

krt: Kritik Gerilim Yükseltme Hızı (V/μs)

dtdikrt : Kritik Akım Yükseltme Hızı (A/μs)

tq : Sönme Süresi (μs) Qs : Taban Tabakalarında Biriken Elektrik Yükü (μAs) UDRM : Max. Periyodik (+) Dayanma Gerilimi ⇒ UDRM < UB0 URRM : Max. Periyodik (-) Dayanma Gerilimi ⇒ URRM < Ud ITAVM : Sürekli Çalışmada Tristörün Max. Ortalama Akımı ITEFM : Sürekli Çalışmada Tristörün Max. Efektif Akımı ITmaxt:= 10 ms : 10 ms için Tristörün Max. Akımı

∫ dti2 : Tristörün Max. Sınır Yükü (μA2s) θvj : Jonksiyon Sıcaklığı θvjmax : Max. Jonksiyon Sıcaklığı NOT : IGT = f (UTM, θVj), IGT : Her türlü şartlar altında tristörü tetikleyebilen değerdir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Tristörün İletim ve Kesimde Kilitlenme Özelliği Kapısına kısa süreli ve yeterli bir akım sinyali uygulanan tristör tetiklenir ve iletime girer. Kısa süreli bir sinyal ile iletime girdiği için tristöre Tetiklemeli Eleman da denmektedir. İletimdeki bir tristörün içinden geçen akım kilitleme akımına eriştiğinde, tristör iletimde olarak kilitlenir ve artık kapı akımı kesilse de iletimde kalır. İletimde olan bir tristörün içinden geçen akım herhangi bir şekilde tutma akımının altına düşerse, tristör otomatik olarak kesime girer. Bu anadan itibaren en az sönme süresi kadar tristör negatif bir gerilimle tutulur veya tekrar bir pozitif gerilim (≥ 0,6 V) uygulanmaz ise, tristör kesimde olarak kilitlenir ve artık pozitif gerilim uygulansa da kesimde kalır. Bu nedenle, tristöre Kilitlemeli Eleman da denilmektedir. Tristörde iletime girme işlemi kontrollü olup, kesime girme işlemi kontrolsüzdür. Bu nedenle tristöre Yarı Kontrollü Eleman da denilmektedir. Tristörün Kendiliğinden İletime Geçme Sebepleri 1. Bir tristörün uçlarındaki gerilimin değeri bu tristörün sıfır devrilme gerilimi değerine

erişirse, yani uT ≥ UB0 ise, bu tristör kendiliğinden iletime geçer.

2. Bir tristörün uçlarındaki gerilimin yükselme hızı değeri bu tristörün kritik gerilim yükselme

hızı değerine erişirse, yani

dtduT ≥

dtdu

krt ise, bu tristör kendiliğinden iletime geçer.

3. Yeni iletimden çıkan bir tristörün negatif

gerilimle tutulma süresi bu tristörün sönme süresinden küçükse, yani

qN tt < ise,

bu tristör kendiliğinden iletime geçer.

Tristörün Tahrip Olma Sebepleri 1. uT > Ud ise, çığ devrilme ve aşırı güç kaybı ile mak. sıcaklık sınırı aşılır ve tristör bozulur. 2. ITAV > ITAVM ve ITEF > ITEFM ise, aşırı güç kaybı ile mak. sıcaklık sınırı aşılır ve tristör bozulur. 3. ∫ dtiT

2 > ∫ dti 2 ise, aşırı güç kaybı nedeniyle mak. sıcaklık sınırı aşılır ve tristör tahrip olur.

3. dtdiT >

dtdikrt ise, iletime girmede ilk oluşan dar iletken kanalda mak. sıcaklık sınırı

aşılır ve tristör bozulur.Buna sicim olayı adı verilir. 4. θvj > θvjmax ise, aşırı güç kayıplarının sonucu olarak, yarı iletken yapı bozulur. Bu durumlarda tristör genellikle iletken hale gelir veya kısa devre olur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Tristörün Tetiklenmesi td : Gecikme Süresi tr : Yükselme Süresi, Açma Süresi ts : Yayılma Süresi

srdON tttt ++=

t r süresi sonunda, kapı akımı civarında ana akımın geçtiği dar bir kanal oluşur. ts süresi sonunda ise, ısınma etkisi ile akım bütün jonksiyon yüzeyine yayılır. tr süresi sonunda oluşan kanaldan geçen akım bu kanalın iletkenliğini arttırır. İletkenliği artan kanaldan daha çok akım geçer. Bu olay zincirleme bir şekilde sürer ve akım bütün yüzeye yayılır. Fakat, akımın yükselme hızı kritik akım yükselme hızına erişirse, akım bütün yüzeye yayılmadan bu kanalın sıcaklığı max. değere erişir ve bu kanal tahrip olur. Böylece, yarı iletken yapı bozulur ve iletken hale gelir. Bu şekildeki bozulmaya sicim olayı denir.

Tristörün Söndürülmesi Qs : Taban Tabaklarında Biriken

Elektrik Yükü (μAs) TMI : Sönme Öncesi Tristörden Geçen

Akım (A) dt/di : Sönme Esnasında Tristör

Akımının Azalma Hızı (A/μs) qt : Sönme Süresi (μs)

TU : İletim Gerilim Düşümü (V)

Tristör ve Diyodun İletim Gerilim Düşümü

uT = UT0 + rT . iT

UT0 : Eşik Gerilimi rT : Eşdeğer Direnç (μΩ-mΩ mertebelerinde)

Tristörün Uygulama Alanları Tristör, kontrollü bir diyottur. Kapısına sürekli ve yeterli bir sinyal verilen tristör, diyoda eşdeğerdir ve diyot gibi davranır. Diyodun da kontrolsüz bir tristör olduğu söylenebilir. İletimden çıkma olayı ikisinde de aynıdır. Tristör ve diyotlar, normal akım ve kısa süreli ani akım değerleri en yüksek olan elemanlardır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Tristörlerin de normal ve hızlı türleri mevcuttur. Sönme Süresi, normal tristörlerde birkaç 100 μs civarında, hızlı tristörlerde ise 100 μs’nin altındadır. Normal Tristörler, AC şebekeye bağlı doğrultucular ile AC kıyıcılarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Hızlı Tristörler ise, tam kontrollü güç elemanlarının güçleri yetmediğinde, inverter ve DC kıyıcılarda kullanılmaktadır. Elektrikli taşıma sistemlerinde kullanılan DC kıyıcılar ile endüksiyonla ısıtma sistemlerinde kullanılan inverterler buna örnek gösterilebilir. Tristörlü Örnek Devreler 1. Bir AC Uygulama

etik

lem

Siny

ali

Bu devrede, tristör, α anında kısa süreli bir sinyalle tetiklenir ve iletimde olarak kilitlenir. Tristör içerisinden akım geçtiği sürece iletimde kalır. π anında akımın 0 olmasıyla, tristör kendiliğinden doğal olarak söner yani kesime girer. Yeni bir pozitif yarım dalgada yeni bir α anında tekrar tetikleninceye kadar tristör kesimde kalır. Sonuç olarak, tristör, pozitif yarım dalgalarda ve α-π aralıklarında iletimde kalır ve sinüsoidal bir akım geçirir. α açıları değiştirilerek yükün gücü ayarlanabilir yani güç kontrolü yapılabilir. Bu devre, yarım dalga kontrollü bir doğrultucu olup, doğal komütasyonlu bir devredir. 2. Bir DC Uygulama

Bu devrede ise, yine kısa süreli bir sinyal ile iletime giren tristör, içerisinden geçen akım hiç kesilmeyeceğine göre, doğal olarak hiç iletimden çıkmaz ve sürekli akım geçirir. Ancak, ilave devre ve düzenlerle istenildiği zaman zorla söndürülebilir. Tristörün iletimde kalma oranı değiştirilerek güç kontrolü yapılabilir. Bu devre ise, bir DC kıyıcı olup, zorlamalı komütasyonlu bir devredir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

2. BİPOLAR TRANSİSTÖR ( BJT ) Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği npn türü

Yapı

Sembol

pnp türü

C : Kollektör, E : Emiter, B : Taban İletim Karakteristiği Temel bir Transistör Devresi

Temel Özellikler

• Yük genellikle C ucuna bağlanır. Taban akımı daima E–B arasında geçer ve akımın yönü p’den n’ye doğrudur. Ana akım ile taban akımı daima aynı yöndedir.

• B ile C arasında bir akım geçerek, transistör ters ve istenmeyen kötü bir iletime girebilir. Bu durum önlenmelidir.

• Transistörün çığ devrilmeye girmesi elemanı tahrip eder. • Güç devrelerinde transistör ya tam iletimde (kalın çizgi üzerinde) ya da tam kesimde

çalıştırılmalıdır. Buna Anahtarlama Elemanı olarak çalışma denilir. Tristörler doğal olarak böyle çalışır.

• Transistörde giriş olduğu sürece çıkış vardır. Transistör bir Tam Kontrollü Elemandır. • Giriş akım, çıkış akımdır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

• İletim gerilim düşümü veya iletim kaybı en düşük olan elemandır. • Anahtarlama güç kaybı en yüksek olan elemandır. • Alt bölgelerde karakteristikler paralel ve eşit aralıklıdır. Bu bölgede sabit kazançla akım

yükseltme işlemi yapılabilir. Fakat güç devrelerinde bu yapılamaz. Genel Tanımlar

iC = βF . iB

iE = iC + iB = (1 + βF ) iB

βF : DC Akım Kazancı

iC = βF . iB uR = RL . iC uCE = UL - uR

uCE = UL - RL.iC → Yük Doğrusu

UBE ≅ 0,6 V

BELB R

uUi −=

İletime ve Kesime Girme

tr : Yükselme Süresi ts : Yayılma Süresi tf : Düşme Süresi tON ≅ tr

tOFF ≅ ts + tf tSW = tON + tOFF

≅ tr + ts + tf

• Anahtarlama esnasındaki ani güç kaybı çok yüksektir. Bir yarı iletkenin toplam güç kaybı,

anahtarlama ve iletim güç kayıplarının toplamına eşittir. Düşük frekanslarda iletim güç kaybı, yüksek frekanslarda ise anahtarlama güç kaybı daha etkilidir.

• Yüksek frekanslarda (yaklaşık olarak 1 kHz’nin üzerinde), iletimden çıkma işleminde genellikle negatif sinyal uygulanır. Bu durumda, yayılma süresi büyük ölçüde azalır.

• Transistörler, orta güç ve orta frekanslarda en yaygın olarak kullanılan en ucuz yarı iletken güç elemanlarıdır.

Transistörün Uygulama Alanları Transistörler, normal olarak, orta güç ve frekanslarda, zorlamalı komütasyonlu olan inverter ve DC kıyıcı devrelerinde kullanılmaktadır. Ancak, uygulama alanları gittikçe azalmaktadır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

3. İZOLE KAPILI ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖR (IGFET, MOSFET) Yapı, Sembol ve İletim Karakteristiği Sembol

İletim Karakteristiği

Temel Özellikler

• MOSFET daima doyumda kullanılmalıdır. • Giriş olduğu sürece çıkış vardır. • Giriş gerilim, çıkış akımdır. • Kazanç sonsuz kabul edilir. • En hızlı yarı iletken elemandır. İletime giriş 50-60 ns ve iletimden çıkış 150-200 ns

civarındadır. Anahtarlama kaybı en düşük olan elemandır. • İletim gerilim düşümü veya iletim güç kaybı en yüksek olan elemandır. • Tek dezavantajı, sıcaklıkla artan yüksek değerli bir iç dirence sahip olmasıdır. • Düşük güç ve yüksek frekanslarda kullanılır. • Giriş akımı nanoamperler mertebesindedir. Ancak, gerilim sinyali ilk verildiğinde

yüksek değerli bir şarj akımı çeker. Bu akımın karşılanmasına dikkat edilmelidir. Aksi halde hız düşer.

• Kapı dayanma gerilimi ± 20 V’tur. Gerçekte, uygulanan gerilim ± 18 V’u geçmemelidir. Uygulamalarda, genellikle sürme gerilimi olarak ± 15 V kullanılmaktadır.

MOSFET’lerin Uygulama Alanları MOSFET’ler, normal olarak, düşük güç ve yüksek frekanslarda, zorlamalı komütasyonlu olan inverter ve DC kıyıcı devrelerinde kullanılmaktadır. Bu elemanlarda fiyat gerilime çok bağlıdır. Düşük gerilimli MOSFET’lerin fiyatları oldukça düşük olduğundan, düşük gerilimli uygulamalarda MOSFET’ler yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna örnek olarak, düşük gerilimli akümülatör-inverter grubuna sahip olan kesintisiz güç kaynakları ile düşük gerilimli DC kıyıcı devresine sahip olan anahtarlamalı güç kaynakları gösterilebilir. Ayrıca, MOSFET’ler çalışma frekansı en yüksek olan elemanlardır. Yüksek frekans ve düşük güçlü uygulamalarda da MOSFET’ler yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna örnek olarak, düşük güçlü kesintisiz ve anahtarlamalı güç kaynakları ile endüksiyonla ısıtma ve elektronik balastlar gösterilebilir. Ancak, BJT ve MOSFET’lerin uygulama alanları sürekli olarak daralmakta, bunların yerini hız ve güçleri sürekli olarak gelişen IGBT elemanları almaktadır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

C) DİĞER GÜÇ ELEMANLARI TRİSTÖR TETROT

4 uçlu özel bir tristördür. Her iki kapıdan da tetiklenebilir. Tetiklemede, iG1 ve iG2 akımları ayrı ayrı kullanılabilir.

FOTO TRİSTÖR

Normal ortamda gözle görülen ışıkla iletime giren iki, üç veya dört uçlu özel bir tristördür. Işıkla veya bir kapı akımıyla kontrol edilebilir.

TRİYAK (İKİ YÖNLÜ TRİSTÖR TRİYOT)

Triyak ters-paralel bağlı iki tristöre eşdeğerdir. İki yönlü tristör de denir. Tetikleme ve montaj kolaylığı sağlar. Sadece AC uygulamalarda kullanılmak üzere üretilmektedir. AC kıyıcılarda gücün yettiği yere kadar bir triyak kullanılır. Aksi halde tristörlere geçilir. Yaklaşık 100-150 A’lere kadar triyaklar üretilmektedir. Triyak I- ve III- belgelerinde düşük akımlarla kolay tetiklenir. III+ belgesinde tetikleme çok zor veya imkansızdır. Uygulamalarda, I+ ve III- bölgelerinde çalışma kolaydır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

KAPI SÖNÜMLÜ TRİSTÖR (GTO)

• Kısa süreli iG1 ile tetiklenir ve iG2 ile söndürülür. • iG1 çok küçük değerlerdedir (normal trsitörlerdeki gibi). • iG2 çok büyük değerlerdedir ( ¼ ana akım kadar). • Hızlı özel bir tristördür. • Düşük frekans ve yüksek güçlerde kullanılır. • Söndürme sinyalinin büyüklüğünden dolayı tetikleme

devreleri karmaşık ve pahalıdır.

MOS KONTROLLÜ TRİSTÖR (MCT)

MOSFET ve tristör karışımı, oldukça hızlı, gerilim kontrollü, karma bir elemandır. MOSFET’in ideal sürme özelliği ile tristörün ideal iletim karakteristiğini birlikte taşır. Negatif gerilim sinyali ile tetiklenir. Pozitif gerilim sinyali ile söner. Yine iletimde ve kesimde kilitlenme özelliği vardır. Şu anda en üstün eleman görünümündedir. Fakat henüz gelişimi tamamlanamamıştır. Halen ticari olarak üretilememektedir.

İZOLE KAPILI BİPOLAR TRANSİSTÖR (IGBT) Sembol

UCET : Çıkış Eşik Gerilimi UGET : Kapı Eşik Gerilimi Genellikle, UCET > 2 V ve UGET : 4 V civarındadır.

u-i karakteristiği

MOSFET’in MOS kontrolü ve BJT’nin ana akım karakteristiğini birlikte taşıyan karma bir elemandır. Tek dezavantajı çıkış eşik geriliminin oluşudur. Ancak iç direnci çok küçük olduğundan, yüksek akımlarda yine avantajlı duruma geçer. Günümüzde IGBT ortanın biraz üzerindeki güç ve frekanslarda, en yaygın olarak kullanılan elemanlardır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

D) GÜÇ ELEMANLARININ KARŞILAŞTIRILMASI

TEMEL Yİ GÜÇ ELEMANLARININ İYİDEN KÖTÜYE DOĞRU SIRALAMASI Sürme Kolaylığı MOSFET IGBT GTO BJT Sönme Kolaylığı MOSFET IGBT BJT GTO

İletim Gerilim Düşümü BJT (1.0 V)

GTO (2.0 V)

IGBT (3.0 V)

MOSFET (5.0V)

Anahtarlama Güç Kaybı MOSFET IGBT GTO BJT

Akım Dayanımı GTO (3000 A)

IGBT (800 A)

BJT (600 A)

MOSFET (100 A)

Gerilim Dayanımı GTO (3000 V)

IGBT (1500 V)

BJT (1200 V)

MOSFET (1000 V)

Devre Gücü GTO (10 MW)

IGBT (500 kW)

BJT (100 kW)

MOSFET (10 kW)

Çalışma Frekansı MOSFET (100 kHz)

IGBT (20 kHz)

BJT (10 kHz)

GTO (1 kHz)

Fiyat BJT GTO IGBT MOSFET Not : 1. Güç BJT’leri genellikle Darlington yapıda ve npn türündedir. 2. Burada GTO tristör ailesini temsil etmektedir. KONU İLE İLGİLİ ÇÖZÜLMÜŞ PROBLEMLER Problem 1 Bir tristör uT = 1000 Sin 62800 t (V) şeklinde bir gerilime maruz kalacaktır. Bu tristörün, kendiliğinden iletime geçmemesi için, a) UB0 değeri ne olmalıdır?

b) dtdu

krt değeri ne olmalıdır ?

Çözüm a) UTmax < UB0 olmalıdır.

⇒ UB0 > UTmax = 1000 V b) <maxT )

dtdu(

dtdu

krt olmalıdır.

tsinUu maxTT ω=

tcosUdt

dumaxT

T ωω=

maxTmax

T Udt

duω=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛

= 62800.1000 V/s = 62.8 V/μs

⇒dtdu

krt > 62,8 V/μs olmalıdır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 2 Kritik gerilim yükselme hızı 125 V / μs olan bir tristöre, genliği 2000 V olan bir sinüsoidal gerilim uygulanmaktadır. Frekans gittikçe yükseltilirse, bu frekans hangi değere ulaştığında tristör kendiliğinden iletime geçer? Çözüm

dtduT max =

dtdu

krt

uT = Um Sinωt

dtduT = Um .ω.Cosωt

dtduT max = Um . ω

125.106 V/s = 2000. 2.π.f ⇒ f ≅ 10 kHz bulunur. Problem 3

t=0 anında yeni iletimden çıkan ve şekildeki gibi bir gerilime maruz kalan bir tristörün kendiliğinden iletime geçmemesi için, bu tristörün,

UB0 , dtdu

krt ve tq değerleri

ne olmalıdır?

Çözüm UB0 > UTmax Şekilden, UB0 > 3000 V olmalıdır.

Nq tt ≤ Şekilden,

s 20tq μ≤ olmalıdır.

s 50ts 20 μ≤≤μ için,

uT = 30

3000 ( t – 20 )

dtdu

krt > (dt

duT ) max,

dtdu

krt > 100 V / μs olmalıdır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 4 10 Ω’luk bir yükü 50 V’luk bir DC kaynak ile beslemek üzere, şekilde verilen bir npn tipi transistörün emiter montajı kullanılmıştır. Transistörün akım kazancı 200 olduğuna göre,

a) Taban devresi direnci 5 kΩ iken, yük akımı ve gerilimi

ne olur ? b) Yükte harcanan gücün 160 W olabilmesi için, taban

devresi direnci kaç kΩ’ a ayarlanmalıdır ?

Çözüm a) IC = IL

BELB

10.5050

RUU

I−−

=−

mA10IB = IC = 10 . 10-3 . 200 = 2A = IL UY = RL . IL = 10 . 2 = 20 V

b) PL = 160 W PL = RL . IL

2 ⇒ 160 = 10 . IL2 ⇒ IL = 4 A = IC

IB = 4 / 200 ⇒ IB = 20 mA

BELB

10.20050

IUUR

−−

=−

RB = 2,5 kΩ bulunur. Problem 5

Peryodik bir çalışmada, kesim dışındaki çalışma durumları için, bir transistörün uçlarındaki gerilim ve içinden geçen akımın değişimleri şekilde verilmiştir. Bu transistör kHz 10fP = ’lik bir frekansta anahtarlandığına göre, a) Transistörün verilen her bir

aralıktaki enerji kaybını hesaplayınız.

b) Transistörün toplam enerji ve güç kaybını hesaplayınız.

Çözüm 1. bölge için,

u1 = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

− −610.42250 t + 250 = 250 – 62.106 t

i1 = ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

−610.550 t = 10. 106 t A

W1 = ( )∫ −μ

−s4

66 tdt10.10.t10.62250 = 6,6773 mj

... PT= 206,13 W

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

3. AC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER / DOĞRULTUCULAR GİRİŞ AC-DC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

U : AC girişteki efektif faz gerilimi f : Frekans q : Faz sayısı Id , Iy : DC çıkış veya yük akımı (ortalama değer) Udα : DC çıkış gerilimi, Udα = f(α)

Ud : Maksimum DC çıkış gerilimi, α = 0 ⇒ Udα = Ud α : Faz Kesme veya Faz Kontrol açısı : Gecikme Açısı veya Tetikleme Gecikmesi D : Serbest Geçiş (Komütasyon, Söndürme) diyodu U1 = U2 = U3 = Uf : Efektif Faz Gerilimi U12 = U21 = U13 = Uh : Efektif Fazlar Arası Gerilim Ufm : Faz Gerilimi Maksimum Değeri Uhm : Hat (Fazlar Arası) Gerilimi Maksimum Değeri Endüstriyel olarak, doğrultucular daha çok omik-endüktif yüklerde kullanılmaktadır.

Endüstride en eski ve en yaygın olarak kullanılan dönüştürücü türüdür. Temel Özellikleri

• Kontrol lineer değildir. • Faz Kontrol Yöntemi ile

kontrol sağlanır. • Çıkış gerilimi ortalama olarak

kontrol edilir. • Şebeke tarafında yüksek değerli

harmonikler, yük tarafında yüksek değerli dalgalanmalar oluşur.

• Doğal komütasyonludur. • Diyot ve/veya tristörler ile

gerçekleştirilir. Başlıca Uygulama Alanları

• DC motor kontrolu • Akümülatör şarjı • Galvanoteknikle kaplama • DC motor alan besleme • DC kaynak makinaları • DC regülatörler • DC gerilim kaynakları

AC-DC Dönüştürücülerin Genel Olarak Sınıflandırılması

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

AC-DC Dönüştürücülerin Kontrol Açısından Karşılaştırılması

Kontrolsüz Doğrultucu Tam Kontrollü Dönüştürücü Yarı Kontrollü Doğrultucu • Diyotlarla

gerçekleştirilir • Sadece doğrultucu

modunda çalışır. • Genellikle serbest

geçiş diyodu yoktur. • α = 0 Udα =Ud = Sabit

• Tristörlerle gerçekleştirilir. • Hem doğrultucu hem de

inverter modunda çalışır. • Serbest geçiş diyodu yoktur.

Konursa inverter modunda çalışmaz.

• 0 < α < π +Ud > Udα > -Ud

• Tristör ve diyotlarla

gerçekleştirilir. • Sadece doğrultucu

modunda çalışır. • Genellikle serbest geçiş

diyodu vardır. • 0 < α < π

+Ud > Udα > 0

AC-DC Dönüştürücülerin Dalga Sayısı Açısından Karşılaştırılması

Yarım Dalga Doğrultucuda, şebekenin nötrüne (N) göre bir çıkış gerilimi üretilir yani çıkıştaki DC hatların birisi şebekenin N ucuna bağlıdır. Tam Dalga Doğrultucu, Pozitif (+) ve Negatif (-) Yarım Dalga Doğrultucuların toplamına eşdeğerdir. Çıkışta N ucu kullanılmaz. Ancak, çıkış gerilimi potansiyel olarak N ucunu ortalar.

Temel AC-DC Dönüştürücülerin Temel Devre Şemaları

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Tek Fazlı Dönüştürücünün 2 Fazlı Eşdeğeri

Tek Fazlı Sistem q=1

s Uf Id Rk Lk

İki Fazlı Eşdeğeri q=2

s U1= U2=Uf/2

Id Rk/2 Lk/2

Endüstride 2 Fazlı bir AC Şebeke sistemi mevcut değildir. Ancak, sekonderi orta uçlu olan tek fazlı bir transformatörde, orta uca göre sekonder uçlarında 180° faz farklı 2 fazlı bir AC gerilim oluşmaktadır. Endüstriyel olarak 2 fazlı bir gerilim bu şekilde üretilebilir. Ayrıca, teorik analizlerde, yukarıda görüldüğü gibi, tek fazlı bir gerilimin 2 fazlı eşdeğeri kullanılabilmektedir. Faz Kontrol Yöntemi AC şebeke geriliminden beslenen doğrultucu ve AC kıyıcı devreleri, genel olarak Faz Kontrol Yöntemi ile kontrol edilmektedir. Prensip olarak Faz Kontrol Yönteminde, AC şebekenin bir faz veya fazlar arası geriliminin Sıfır Noktaları ile Pozitif ve Negatif Aralıkları algılanarak, α kontrol açısı ayarlanabilen Pozitif ve Negatif olmak üzere 2 sinyal üretilir. Doğrultucu ve AC kıyıcılarda, Pozitif Sinyal ilgili fazın Pozitif Elemanına ve Negatif Sinyal ilgili fazın Negatif Elemanına verilir. OMİK YÜKLÜ YARIM DALGA KONROLSÜZ DOĞRULTUCULAR Çıkış Gerilimi İfadeleri Omik Yüklü 2 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

Omik Yüklü 3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

( ) ( )tdtSinUU fmd ωωπ

∫=0

= ( ) πωπ 0

1 tCosU fm −

= ( ) 01π

ωπ

tCosU fm

= ( )[ ]111−−fmU

ffmd UUU 222ππ

( ) ( )tdtCosUU fmd ωωπ

π∫

−

321

= ( ) 3

323 π

πω

π −tSinU fm

=⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−

fmUπ

ffmd UUU 22

332

33ππ

Açıklama • Diyotlar uçlarına pozitif gerilim uygulandığı sürece iletimde kalırlar, bunun dışında

kesimdedirler ve negatif gerilim ile tutulurlar. • Aynı anda sadece bir diyot iletimde kalır. • Diyotlar yük akımını eşit aralıkla ve sırayla geçirirler.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

• İletimde olan diyodun bağlı olduğu faz gerilimi, çıkıştaki yük gerilimini oluşturur. • AC şebekeden DC akım çekilir ve şebekede ciddi bozulmalar oluşur. • Yük akımı ve bir diyodun akımı kolayca hesaplanabilir. • Diyotlar fazlar arası gerilime maruz kalır.

Devre Şeması ve Temel Dalga Şekilleri Omik Yüklü 2 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

Omik Yüklü 3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

OMİK-ENDÜKTİF YÜKLÜ YARIM DALGA KONROLSÜZ DOĞRULTUCULAR Devre Şeması ve Temel Dalga Şekilleri Akım Kaynağı ile Yüklü 2 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

Akım Kaynağı ile Yüklü 3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

Çıkış Gerilimi İfadeleri ve Açıklama • Çıkış gerilimi ifadeleri, omik yüklü yarım dalga kontrolsüz doğrultucular ile aynıdır.

2 faz için : ffmd UUU 222ππ

== 3 faz için : ffmd UUU 22

332

33ππ

• Bu doğrultucuların özellikleri, omik yüklü doğrultucularda sıralanan özellikler ile aynıdır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

TAM DALGA KONROLSÜZ DOĞRULTUCU ÖRNEKLERİ Devre Şeması ve Temel Dalga Şekilleri Omik Yüklü 2 Fazlı Tam Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

Akım Kaynağı ile Yüklü 2 Fazlı Tam Dalga Kontrolsüz Doğrultucu

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Çıkış Gerilimi İfadesi

( ) ( )tdtSinUU hmd ωωπ

∫=0

1 = ( ) πωπ 0

1 tCosU hm − = ( ) 01π

ωπ

tCosU hm = ( )[ ]111−−hmU

fhhmd UUUU 222222πππ

===

Açıklama • İki fazlı tam dalga kontrolsüz doğrultucularda, yükün omik ve akım kaynağı olması

durumlarında, çıkış gerilimi aynıdır. • Tam dalga doğrultucunun çıkış gerilimi, eşdeğer olan yarım dalga doğrultucu çıkış

geriliminin 2 katıdır. • Üst ve alt sıradaki diyotlar, yük akımını eşit aralıklarla ve sırayla geçirirler. • Aynı anda, üst ve alt sıradan sadece birer diyot iletimde kalır. • Aynı anda, üst ve alt sıradan aynı faz koluna ait diyotlar iletimde olamaz. • Çıkış gerilimi, iletimde olan üst ve alt sıradaki diyotlara göre, fazlar arası gerilimler de

oluşmaktadır. • AC şebekeden çekilen faz akımının DC bileşeni yoktur. • AC şebeke açısından, yarım dalgaya göre tam dalga doğrultucular çok daha iyidir. • Omik yüklü tam dalga doğrultucunun şebekeden çektiği akımda, faz farkı ve harmonik

yoktur. • Akım kaynaklı yükte ise, şebekeden çekilen akımda, faz farkı yoktur, ancak harmonik

vardır. • AC şebekeden çekilen faz ve hat akımları birbirine eşittir. • Diyotlar fazlar arası gerilime maruz kalır.

Omik yükte sinusoidal olan faz ve hat akımı efektif olarak,

RUII hhf == Omik-endüktif yükte sinusoidal olmayan faz veya hat akımı efektif olarak,

( ) ππ

ωπ

ππ

22 111dddf ItItdII === ∫ df II =⇒

şeklinde bulunur. Bu akımın Temel Bileşeni ve Toplam Harmonik Distorsiyonu, Fourier analizi yapılarak,

df II 221 π= ve THD=0,48

şeklinde bulunur. NOT : 2 faz için yapılan bu analizin 3 faz için de yapılması önerilir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

YARIM DALGA KONROLLÜ DOĞRULTUCU ÖRNEKLERİ Devre Şeması ve Temel Dalga Şekilleri Omik Yüklü 2 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu

Akım Kaynağı ile Yüklü 2 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Çıkış Gerilimi İfadeleri Omik Yüklü 2 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu

Akım Kaynağı ile Yüklü 2 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu

( ) ( )tdtSinUU fmd ωωπ

αα ∫=

( ) πα

ωπ

tCosU fm −=1

= ( )απ

ωπ

tCosU fm1

( )[ ]11−−= α

πCosU fm

( )απα CosUU fmd += 11

( )απ

CosU f += 121

( )αCosU d += 121

( ) ( )tdtSinUU fmd ωωπ

απ

αα ∫

( ) απ

αω

π+−= tCosU fm

( )ααπ

ωπ +

= tCosU fm1

( )[ ]απαπ

+−= CosCosU fm1

[ ]ααπ

CosCosU fm +=1

απα CosUU fmd2

ααπ

CosUCosU df == 22

Açıklama • Genel olarak yarım dalga doğrultucu özellikleri mevcuttur. • Omik yükte, α anında iletime giren bir tristör π anında akımın sıfır olmasıyla kesime

girer. Elemanların iletiminde ve çıkış geriliminde boşluklar oluşur. • Omik-endüktif yükte, α anında tetiklenerek iletime giren bir tristör, akımın sürekli

oluşundan dolayı, bir sonraki tristör α+π anında tetikleninceye kadar iletimde kalır. Elemanların iletiminde ve çıkış geriliminde boşluklar oluşmaz.

• Yine AC şebekeden bir DC akım çekilir. Ayrıca α açısına bağlı olarak, akım gerilime göre

geri kalır. • Prensip olarak, faz kesme kontrolu, ardışık fazların kesişim noktaları (fazlar arası

gerilimlerin sıfır noktaları) sıfır (α=0) olmak üzere 0-π aralığında yapılır. Sıfır noktaları, 2 fazlı sistemlerde wt ekseni üzerinde, 3 fazlı sistemlerde ise bu eksenin dışında oluşur.

2 fazlı yarım dalga kontrollü doğrultucu olan bu devreler ve dalga şekilleri, kolayca 2 fazlı tam dalga kontrollü doğrultucu için düzenlenebilir. Bu durumda, İletimde olan elemanlara T2 ve T4 tristörleri eklenir. T1 ile T2 ve T3 ile T4 aynı sinyallerle ve eşzamanlı olarak tetiklenir. Çıkış gerilimi U12 ve U21 fazlar arası gerilimleri ile oluşur. Faz akımları çift yönlü hale gelir ve bu akımlarda DC bileşen oluşmaz. Ancak, α açısına bağlı olarak, akımda faz farkı ve harmonikler oluşur. Akım kaynaklı yük için, temel bileşenin faz kayma açısı, α açısına eşit olur. NOT: Yarım dalga için yapılan bu analizin tam dalga için de yapılması önerilir. Ayrıca, 2 faz için yapılan bu analizin 3 faz için de benzer şekilde yapılması yararlı olur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

GENELLEŞTİRİLMİŞ İNCELEMELER Genel Devre Şeması ve Açıklamalar

Üst ve alt sıradan herhangi birisi kullanılırsa Yarım Dalga Doğrultucu, her ikisini de kullanılırsa Tam Dalga Doğrultucu elde edilir. Serbest geçiş diyodu, yük akımının sürekliliğini sağlar. Çıkış gerilimi Udα çok dalgalı da olsa, büyük değerli bir yük endüktansından dolayı genellikle çıkış akımı Id sürekli ve sabit kabul edilir.

Serbest geçiş diyodu olmadığında, sürekli kabul edilen DC yük akımını, hem üst hem de alt sırada elemanlar eşit aralıklarla ve sırayla geçirilirler. Üst ve alt sıradan aynı anda sadece birer eleman iletimde kalabilir. Hem üst hem de alt sırada, akımın bir elemandan diğerine aktarılışına Komütasyon Olayı denir ve bu aktarma işlemlerinin başlangıç ya da sıfır noktaları ardışık faz gerilimlerinin kesişim noktalarıdır. Diyotlu devrelerde sıfır noktalarında kendiliğinden oluşan bu aktarım olayları, tristörlü devrelerde tetikleme sinyalleriyle geciktirilebilir. Bu α gecikme açıları 0 - π aralığında ayarlanabilir. Bu açıya Tetikleme Gecikmesi veya Gecikme Açısı denir. • Endüstriyel uygulamalar açısından, doğrultucuların akım kaynağı ile yüklenmesi

durumu, daha gerçekçi ve anlamlıdır.

• Faz kontrolü, genellikle fazlar arası gerilimlerin sıfır (α=0) noktaları referans alınarak yapılır ve kontrol aralığı 0-π şeklindedir.

• Güç elemanları hem üst hem de alt sırada, akımı eşit aralıklarla ve sırayla geçirir. Sürekli akım için iletim aralığı 2 fazda π ve 3 fazda 2π/3 kadardır.

• Çıkış gerilimi iletimde olan elemanlara göre, yarım dalga doğrultucularda faz gerilimleri ve tam dalga doğrultucularda fazlar arası gerilimler ile oluşur. Tam dalgada çıkış gerilimi eşdeğer yarım dalgadakinin 2 katıdır.

• AC şebekeden çekilen faz akımı, yarım dalga doğrultucularda DC şekilde ve ayrıca kontrollü olanlarda gerilime göre geridir. Tam dalga doğrultucularda, faz akımında DC bileşen yoktur fakat harmonikler bulunabilir. Kontrolsüz olanlarda faz farkı oluşmaz, ancak kontrollü olanlarda kontrol açısına bağlı bir faz farkı oluşur.

• AC şebeke açısından, tam dalga doğrultucuların kullanılması, mümkün ise doğrultucunun kontrolsüz olması, mümkün değil ise kontrol bandının olabildiğince sıfıra yakın olması önerilmektedir.

• Doğrultucularda çıkış akımı, daima güç elemanlarının iletim yönünde ve tek yönlüdür. Gerilim ise, sadece tam kontrollü olan doğrultucularda 2 yönlü olup, diğerlerinde tek yönlüdür.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Çıkış Gerilimi İfadeleri Bütün kontrolsüz doğrultucularda,

qSinUqsUU fdmd

ππ

2==

Bütün yarı kontrollü doğrultucular ile omik yüklü tam kontrollü doğrultucularda,

( )αα CosUU dd += 121 2 faz için

αα CosUU dd = 3 faz ve °° ⟨⟨ 300 α için

( )[ ]°++= 3013

1 αα CosUU dd 3 faz ve °° ⟨α⟨ 15030 için

Akım kaynağı ile yüklü bütün tam kontrollü doğrultucularda,

αα CosUU dd = Çıkış Gerilimi Değişimleri

AC şebeke ⎯⎯ →⎯Enerji DC yük ⇒ Doğrultucu Modu AC şebeke ⎯⎯ ⎯←Enerji DC yük ⇒ İnverter Modu

Çalışma Modları Doğrultucularda çıkış akımı, daima tek yönlüdür. Bu yön pozitif kabul edilir ve güç elemanlarının iletim yönüdür.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Çıkış gerilimi ise, sadece omik endüktif yüklü tam kontrollü doğrultucularda, pozitif ve negatif olmak üzere iki yönlü veya iki bölgeli olabilmektedir. Çıkış gerilimi pozitif olduğunda, güç pozitif olur, enerji akışı AC şebekeden DC yüke doğrudur. Bu çalışmaya Doğrultucu Modu denilmektedir. Çıkış geirlimi negatif olduğunda ise, enerji akışı DC yükten AC şebekeye doğrudur. Bu çalışmaya ise İnverter Modu denilir. Doğrultucu modunda AC gerilim DC’ye, inverter modunda ise DC gerilim AC’ye dönüştürülür. Örnek olarak, doğrultucu modunda AC şebeke gerilimi doğrultularak bir aküyü şarj eder veya DC motoru çalıştırır. İnverter modunda ise, akümülatör veya DC generatör uçlarındaki DC gerilim AC gerilime dönüştürülerek, akü veya DC generatörün enerjisi AC şebekeye aktarılır. İki yönlü enerji aktarımı sağlayabilen omik-endüktif yüklü tam kontrollü dönüştürücülerin çıkış gerilimi ifadesi tekrar yazılarak, aşağıdaki yorum yapılabilir.

Ud = Udm = s q

SinUq ππ

..2

Udα = Ud Cosα α = 0 için, Udα = Ud = Udm α < π/2 için, Udα > 0 ⇒ Doğrultucu Modu α = π/2 için, Udα = 0 α > π/2 için, Udα < 0 ⇒ İnverter Modu

Bu yorumlar, güç elemanları ve devre ideal kabul edilerek yapılmaktadır. Doğal olarak gerçek uygulamalarda, gerilim düşümleri ve güç kayıpları oluşur. Aktif Güç Dengesi Devre kayıpları ihmal edildiğinde, bir doğrultucunun giriş ve çıkışındaki aktif güçler birbirine eşit olur. AC şebeke tarafındaki 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-endüktif yüklü q faz sayılı tam dalga kontrollü bir doğrultucu için, temel akımın kayma açısı ϕ1 faz kontrol açısı α’ya eşit olduğuna göre, güç dengesi,

Pg = Pç q Uf If1 Cosα = Udα Id = Ud Id Cosα

şeklinde, ayrıca şebekeden çekilen reaktif güç,

Qg = q Uf If1 Sinα olarak yazılabilir. Ayrıca, Görünen Güç ve Güç Faktörü ifadeleri,

S = q Uf If GF = P / S

Her zaman geçerlidir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Bir Elemanın Maruz Kaldığı Akım ve Gerilim Genel olarak omik-endüktif yüklü q faz sayılı doğrultucularda, bir güç elemanından geçen akımın dalga şekli ile bu akımın ortalama ve efektif değerleri aşağıda verilmiştir. Bu akım şekli ve ifadeler, yarım ve tam dalga ile kontrolsüz ve kontrollü doğrultucularda değişmez.

ITAV = q1 Id

ITEF =q1 Id

Yarım ve tam dalga ile kontrolsüz ve kontrollü bütün doğrultucularda, bir güç elemanı daima fazlar arası gerilime maruz kalır. Genel olarak, bir elemanın peryodik pozitif ve negatif dayanma gerilimi, bu elemanın maruz kaldığı maksimum gerilimden büyük olmalıdır. UDRM, URRM > Uhm > 2 Uh

> 2 2 Uf Sinqπ

şeklindedir. Bu ifade, tek fazlı sistemler için,

UDRM, URRM > 2 Uf 2 fazlı sistemler için,

UDRM, URRM > 2 2 Uf ve 3 fazlı sistemler için,

UDRM, URRM > 6 Uf olarak düzenlenebilir. Faz gerilimi 220 V olan AC şebekeye bağlı tek fazlı doğrultucularda, en az 400 V’luk ve daha emniyetli olması açısından 600 V’luk güç elemanları kullanılmaktadır. 3 fazlı doğrultucularda ise, en az 600 V’luk ve daha emniyetli olması açısından 800 V’luk elemanlar kullanılmaktadır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

KONU İLE İLGİLİ ÇÖZÜLMÜŞ PROBLEMLER Problem 1 Faz gerilimi 110 V olan 2 fazlı yarım dalga kontrolsüz bir doğrultucu ile 10 Ω’luk bir yük beslenmektedir. Devre kayıplarını ihmal ederek,

a) Çıkış gerilim ve akımını bulunuz. b) Bir diyottan geçen akımın ortalama ve efektif değerlerini hesaplayınız. c) Efektif faz akımını bulunuz. d) Bir diyodun maruz kaldığı maksimum gerilimi bulunuz.

Çözüm

a) Çıkış gerilimi,

qSin

qSinUqsU fd

ππ

.110.221.2 ==

VU d 04,99=

Çıkış akımı,

1004,99

==R

UI d

AI d 9,9= b) Bir diyodun ortalama akımı,

DAV

dDAV

95,4

9,9.211

Bir diyodun efektif akımı,

( ) ( )∫=π

ωωπ 0

222

21 tdtSinII fmDEF

( ) ( )∫+

=π

ωωπ 0

221

21 tdtCosI fm

( ) ( )π

ωωπ 0

2 221

41 tSintI fm +=

[ ]041 2 += ππ fmI

DEF

fmDEF

78,7

11.221

2141 22

c) Efektif faz akımı, yarım dalga

doğrultucuda bir eleman akımının efektif akımına eşit olduğundan,

AII DEFf 78,7==

d) Bir diyodun maruz kaldığı maksimum

gerilim,

V1,311U110.22U.22UU

maxD

fhmmaxD

====

bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 2 Faz gerilimi 220 V olan tek fazlı tam dalga (köprü) kontrolsüz bir doğrultucu ile 20 Ω’luk bir alıcı beslenmektedir. Devre kayıplarını ihmal ederek,

a) Yükün gerilim ve akımını bulunuz. b) Bir diyodun ortalama efektif akımlarını hesaplayınız. c) Efektif faz akımını bulunuz. d) Bir diyodun maruz kaldığı maksimum gerilimi bulunuz.

Çözüm

Tek fazlı sistem İki fazlı sistem

Uf = 220 V Uf = 110 V q = 1 q = 2 S = 2 s = 2

a) Çıkış gerilimi,

qSin.

2220.222

qSinU.2qsU fd

ππ

=π

π=

V1,198Ud = Çıkış akımı,

201,198

==R

UI d

A9,9Id =

b) Bir diyodun ortalama akımı,

A95,4I

9,9.21I

q1I

DAV

dDAV

Bir diyodun efektif akımı,

( ) ( )∫=π

ωωπ 0

222

21 tdtSinII fmDEF

( ) ( )∫+

=π

ωωπ 0

221

21 tdtCosI fm

( ) ( )π

ωωπ 0

2 221

41 tSintI fm +=

[ ]041 2 += ππ fmI

DEF

fmDEF

78,7

11.221

2141 22

c) Efektif faz akımı,

A11I211.2

2II

fmf

d) Bir diyodun maruz kaldığı maksimum

gerilim,

UUU

fhmD

1,311

110.22.22

max

===

bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 3 Faz gerilimi 110 V olan iki fazlı yarım dalga kontrollü bir doğrultucu ile 9,9 A’lik bir DC motor beslenmektedir. Yük α=60° iken beslendiğine göre, devrenin kayıpsız olduğunu ve yük akımının sürekli ve düzgün olduğunu kabul ederek,

a) Yükün gerilimi bulunuz. b) Bir tristörün ortalama efektif akımlarını hesaplayınız. c) Efektif faz akımını bulunuz. d) Şebekeden çekilen aktif ve reaktif güçler ile güç katsayısını bulunuz.

Çözüm

a) α=60° iken, yük gerilimi,

°=== 602

.110.221.2 CosSinCosq

SinUqsCosUU fddπ

παπ

παα

VU d 52,49=α

b) Bir tristörün ortalama akımı, α’ dan

bağımsız olarak,

A95,4I

9,9.21I

q1I

TAV

dTAV

Bir tristörün efektif akımı,

A7I

9,921I

Iq1I

TEF

dTEF

c) Efektif faz akımı, yarım dalga doğrultucuda

bir elemandan geçen akımının efektif değerine eşit olacağına göre,

A7II TEFf ==

d) Şebekeden çekilen aktif güç,

W2,490P

9,9.52,49IUPCosIqUP

ddç1ffg

===α= α

Şebekeden çekilen görünen güç,

318,0GK1540

2,490SP

,sıGüçkatsayı

VA1540S7.110.2IqUS

ffg

bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 4 Faz gerilimi 220 V olan tek fazlı tam dalga (köprü) kontrollü bir doğrultucu ile α=45° iken 10 A’lik bir alıcı beslenmektedir. Devre kayıplarını ihmal ederek,

a) Alıcının besleme gerilimi ile gücünü bulunuz. b) Bir tristörün ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız. c) Şebekeden çekilen efektif faz akımını bulunuz. d) Faz akımının efektif temel bileşenini bulunuz. e) Şebekeden çekilen reaktif gücü bulunuz. f) Şebekeden çekilen görünen güç ile güç katsayısını bulunuz.

Çözüm

a) Alıcının besleme gerilimi, °=== 45

2.110.222.2 CosSinCos

qSinUqsCosUU fdd

ππ

αππ

αα

VU d 1,140=α

Alıcının aktif gücü,

WPIUP

ddç

140110.1,140

== α

b) Bir tristörün ortalama akımı,

TAV

dTAV

10.211

Bir tristörün efektif akımı,

TEF

dTEF

07,7

10.21

c) Şebekeden çekilen efektif faz akımı,

III

dhf

===

d) Giriş ve çıkıştaki aktif güçlerin

eşitliğinden,

CosI

CosIUIUCosIqU

ddddff

140145.110.2

=⇒

==°

αα α

e) Şebekeden çekilen reaktif güç,

VArQ

SinSinIUqQ

ffg

1401

45.9.110.21

== °α

f) Şebekeden çekilen görünen güç,

637,0

22001401

,sıGüçkatsayı

220010.110.2

VASIUqS

ffg

bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

4. AC-AC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER / AC KIYICILAR GİRİŞ AC-AC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

Ug : AC girişteki efektif faz gerilimi fg : Frekans qg : Faz sayısı Uç : AC çıkıştaki efektif faz gerilimi, Uç = f(α)

Uçmax : Maksimum AC çıkış gerilimi, α = 0 ⇒ Uç = Uçmax = Ug

α : Faz Kesme veya Faz Kontrol açısı : Gecikme Açısı veya Tetikleme Gecikmesi U1 = U2 = U3 = Uf : Efektif Faz Gerilimi U12 = U21 = U13 = Uh : Efektif Fazlar Arası Gerilim Ufm : Faz Gerilimi Maksimum Değeri Uhm : Hat (Fazlar Arası) Gerilimi Maksimum Değeri

AC-AC dönüştürücülerde, frekans ve faz sayısı sabit olmak üzere, efektif çıkış geriliminin kontrolü yapıldığında bu dönüştürücüye AC Ayarlayıcı veya AC Kıyıcı, sadece enerjinin anahtarlanması veya açılıp-kapatılması amaçlandığında ise, devreye AC Şalter denilmektedir. Endüstriyel olarak, AC kıyıcılar ısı ve ışık kontrolü amacıyla daha çok omik yüklerde kullanılmaktadır.

Endüstride çok yaygın olarak kullanılan dönüştürücü türüdür. Temel Özellikleri • Kontrol lineer değildir. • Faz Kontrol Yöntemi ile kontrol

sağlanır. • Çıkış gerilimi sabit frekans altında

efektif olarak kontrol edilir. • Hem şebeke hem de yük tarafında

yüksek değerli harmonikler oluşur. • Doğal komütasyonludur. • Tristör veya triyaklar ile

gerçekleştirilir. Başlıca Uygulama Alanları • Bütün omik yüklerde (fırın, ısıtıcı,

lamba gibi) güç kontrolü • Vantilatör karakteristikli küçük güçlü

AC motorlarda (fan, pompa, kompresör gibi) hız kontrolü

• Statik AC regülatörlerde gerilim kontrolü

• Statik AC şalterlerde devreyi açma ve kapama

• Statik reaktif güç kompanzasyonu

AC-AC Dönüştürücülerin Genel Olarak Sınıflandırılması AC-AC dönüştürücüler, Kontrol açısından,

a. AC Şalterler b. AC Ayarlayıcılar (Kıyıcılar)

Faz sayısına göre, a. Tek Fazlı AC-AC dönüştürücüler b. Üç Fazlı AC-AC dönüştürücüler

3 fazlı yükün bağlantı şekline göre,

a. Yükü Y bağlı AC-AC dönüştürücüler b. Yükü Δ bağlı AC-AC dönüştürücüler

şeklinde sınıflandırılmaktadır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

AC Kıyıcıların Temel Kontrol Özellikleri

Faz Kontrol Devreleri, temel olarak bir AC gerilimin Sıfır Noktaları ile Pozitif ve Negatif Aralıklarını algılayarak, α kontrol açısı ayarlanabilen Pozitif ve Negatif olmak üzere 2 sinyal üretir. Faz kesme açısı,

α = 180o.(ukont / utstmax) şeklinde hesaplanabilir. Doğrultucu ve AC kıyıcılarda, Pozitif Sinyal ilgili fazın Pozitif Elemanına ve Negatif Sinyal ilgili fazın Negatif Elemanına verilir. Örneğin, yukarıdaki temel AC kıyıcı devresinde, u1 gerilimini algılayan faz kontrol devresi, bu gerilimin + ve - yarı peryotlarında olmak üzere 2 sinyal üretmekte, bu sinyallerden + olanı T1 ve - olanı T4 tristörünün tetiklenmesinde kullanılmaktadır. AC kıyıcılar, bütün güç elemanlarının sürekli sinyallerle tetiklenmesi veya yine bütün güç elemanlarının daima α = 0 olarak tetiklenmesi ile AC Şalterler olarak kullanılmaktadır.

Triyak, bilindiği gibi ters-paralel bağlı 2 tristöre eşdeğerdir. Ancak, sadece bir soğutucu ile sadece bir kapıya sahiptir. AC kıyıcı devrelerinde, triyakın gücünün yettiği yere kadar, aynı faza ait ters-paralel bağlı 2 tristör yerine daima bir adet triyak kullanılmaktadır. Böylece, AC kıyıcıların maliyeti düşmekte ve kontrolü kolaylaşmaktadır. Bir faza ait + ve – sinyallerin her ikisi de, o faza ait triyakın kapısına uygulanmalıdır. Bu durum da, yukarıda verilen triyaklı temel devre şemasında görülmektedir. AC şalterlerde, devreye giriş ve çıkışlarda, AC şebekeden geçici harmonikler çekilir. Bunu önlemek için Sıfır Gerilim Şalteri kullanılır. Sıfır Gerilim Şalterleri, daima (+) yarım dalganın başında devreye girer ve (-) yarım dalganın sonunda devreden çıkar. AC kıyıcılarda, kesme açısı α ile güç kontrolü yapıldığı sürece, yük omik dahi olsa şebekeden reaktif güç çekilir ve daima harmonikler oluşur. Bu mahsuru en aza indirebilmek için, sadece omik yüklerde Dalga Paketleri Yöntemi ile güç kontrolü yapılır. Bu yöntemde, örneğin, AC şebekenin 10 tam peryodu bir kontrol peryodu olarak seçilir. 10 peryot içerisinde yüke uygulanacak olan tam peryot sayısı değiştirilerek güç kontrolü sağlanır. Örneğin, kontrol oranı 3/10 için, şebekenin 10 peryodundan 3’ü yüke uygulanır. Bu yöntem motor kontrolünde kullanılamaz.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

TEK FAZLI AC KIYICILAR Devre Şeması ve Temel Dalga Şekilleri Omik Yüklü Tek Fazlı AC Kıyıcı Omik-Endüktif Yüklü Tek Fazlı AC Kıyıcı

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Çıkış Gerilimi İfadeleri Omik Yüklü Tek Fazlı AC Kıyıcı Omik-Endüktif Yüklü Tek Fazlı AC Kıyıcı

∫π

ωωπ

= )t(d)t(sinU1U 22fm

2ç

∫π

ωω−π

= )t(d))t(2cos1(U211 2

ω−ωπ

= )t(2sin21)t(U

21 2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ α+α−π

π= 2sin

21U

21 2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ α+α−ππ

= )2sin21(1

2U2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ α+α−ππ

= )2sin21(1U2

)2sin21(1

2UU fm

ç α+α−ππ

)2sin21(1Uf α+α−π

π=

∫α+π

ωωπ

= )t(d)t(sinU1U 22fm

2ç

∫α+π

ωω−π

= )t(d))t(2cos1(U211 2

α+π

ω−ωπ

= )t(2sin21)t(U

21 2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ α−γ+π−α−γ+π

π= )2sin)(2(sin

21U

21 2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ γ−α+α−γ+ππ

= )2sin2(sin21(1

2U2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ γ−α+α−γ+ππ

= )2sin2(sin21(1U2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ γ−α+α−γ+π

π=α )2sin2(sin

211

2UU fm

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ γ−α+α−γ+π

π= )2sin2(sin

211Uf

Çıkış Akım ve Gücü R/UII çfç ==

R/UIUP 2çççç ==

0=α için, fmaxçç UUU ==

R/UIIII fmaxfmaxçfç ====

R/UIUIUPP 2fmaxçfmaxçmaxçmaxçç ====

Açıklama

• Faz kesme kontrolü, tek fazlı AC kıyıcılarda, faz geriliminin sıfır noktaları referans (α=0)

olmak üzere yapılır. • Çıkış gerilimi, tek fazlı AC kıyıcılarda, faz gerilimi ile belirlenir. • Omik yükte, genellikle α anında kısa süreli sinyaller ile tetikleme sağlanır. α anında

tetiklenerek iletime giren bir tristör, π anında akımın sıfır olmasıyla kesime girer. Bir elemanın kontrol aralığı 0<α<π ve iletim aralığı α<β<π şeklindedir.

• Omik-endüktif yükte, genellikle α-π aralığında uzun süreli sinyaller ile tetikleme sağlanır. α anında tetiklenerek iletime giren bir tristör, π+γ anında akımın sıfır olmasıyla kesime girer. Bir elemanın kontrol aralığı φ<α<π ve iletim aralığı α <β<π+γ şeklindedir.

• Her iki yük durumunda da, α açısına bağlı olarak, elemanların iletiminde ve çıkış geriliminde boşluklar oluşur.

• Her iki yük durumunda da, AC şebekeden çekilen akımın DC bileşeni yoktur. Ancak, α açısına bağlı olarak, akımda faz farkı ve harmonikler oluşur.

• Tek fazlı AC kıyıcılarda, güç elemanları faz gerilimine maruz kalır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

3 FAZLI AC KIYICILAR 3 Fazlı AC Kıyıcıların Temel Prensipleri

3 Fazlı bir Sistemde Kontrol Aralıkları 3 Fazlı bir Sistemin Vektörel Diyagramı

Açıklama

• Kontrol aralıkları, genellikle faz gerilimlerine göre belirlenir.

• Örneğin, U1, U2 ve U3 faz gerilimlerin pozitif aralıkları sırasıyla T1, T3 ve T5 negatif aralıkları ise T4, T6 ve T2 tristörlerinin kontrol aralıkları olarak kullanılabilir.

• Ancak, faz ve fazlar arası gerilimler arasındaki ilişkiler dikkate alınarak, kontrol aralıkları faz veya fazlar arası gerilimlere göre tasarlanabilir.

• U12, U23 ve U31 fazlar arası gerilimleri, sırasıyla U1, U2 ve U3 faz gerilimlerinden 30o ileridedir.

• U13, U21 ve U32 fazlar arası gerilimleri ise, sırasıyla U1, U2 ve U3 faz gerilimlerinden 30o geridedir.

• Çıkış gerilimleri, iletimde olan elemanlara göre, faz ve/veya fazlar arası gerilimler kullanılarak belirlenir.

• Genellikle omik olan yük, Y veya Δ bağlı olabilmekte ve her ikisinde de maliyet ve kontrol kolaylığı açılarından farklı devre yapıları oluşturulabilmektedir.

• Güç Elemanları, genellikle fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Yükü Y Bağlı 3 Fazlı AC Kıyıcıların Muhtelif Devre Şemaları

• Güç elemanları AC şebeke faz girişlerine bağlıdır. • Yükün Y bağlı olduğu genel devre şemasıdır. • Y noktası N ile bağlı değildir. • Kontrol faz gerilimlerine göre yapılır. • Elemanlar fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

• Güç elemanları AC şebeke faz girişlerine bağlıdır. • Her bir fazın negatif elemanları olarak diyotlar

kullanılmıştır. • Fazlar arası geçmek zorunda olan akımlar ancak

tristörler üzerinden devreyi tamamlayabileceğinden, aynı kontrol sağlanır.

• Burada amaç, maliyetin azaltılmasıdır. • Kontrol faz gerilimlerine göre yapılır. • Elemanlar fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

• Güç elemanları AC şebeke faz girişlerine bağlıdır. • Y noktası N ile bağlıdır. • Her bir faz kolu, bağımsız olarak tek fazlı bir AC

kıyıcı gibi çalışır. • Kontrol faz gerilimlerine göre yapılır. • Elemanlar faz gerilimlerine maruz kalır.

• Güç elemanları AC şebeke faz girişlerine bağlıdır. • Herhangi bir fazın elemanları olarak diyotlar

kullanılmıştır. • Fazlar arası geçmek zorunda olan akımlar ancak

tristörler üzerinden devreyi tamamlayabileceğinden, aynı kontrol sağlanır.

• Burada da amaç, maliyetin azaltılmasıdır. • Kontrol faz gerilimlerine göre yapılır. • Elemanlar fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Yükü Δ Bağlı 3 Fazlı AC Kıyıcıların Muhtelif Devre Şemaları

• Güç elemanları AC şebeke faz girişlerine bağlıdır. • Yükün Δ bağlı olduğu genel devre şemasıdır. • Kontrol faz gerilimlerine göre yapılır. • Elemanlar fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

• Güç elemanları AC şebeke faz girişlerine bağlıdır. • Her bir fazın negatif elemanları olarak diyotlar

kullanılmıştır. • Fazlar arası geçmek zorunda olan akımlar, ancak

tristörler üzerinden devreyi tamamlayabileceğinden, aynı kontrol sağlanır.

• Burada amaç, maliyetin azaltılmasıdır. • Kontrol faz gerilimlerine göre yapılır. • Elemanlar fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

• Güç elemanları Δ yükün fazlarına seri bağlıdır. • Her bir faz kolu, fazlar arası gerilim ile fakat

bağımsız olarak tek fazlı bir AC kıyıcı gibi çalışır. • Kontrol fazlar arası gerilimlere göre yapılır. • Elemanlar fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

• Güç elemanları AC şebeke faz girişlerine bağlıdır. • Herhangi bir fazın elemanları olarak diyotlar

kullanılmıştır. • Fazlar arası geçmek zorunda olan akımlar, ancak

tristörler üzerinden devreyi tamamlayabileceğinden, aynı kontrol sağlanır.

• Burada da amaç, maliyetin azaltılmasıdır. • Kontrol faz gerilimlerine göre yapılır. • Elemanlar fazlar arası gerilimlere maruz kalır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

GENELLEŞTİRİLMİŞ İNCELEMELER Aktif Güç Dengesi Devre kayıpları ihmal edildiğinde, bir AC kıyıcının giriş ve çıkışındaki aktif güçler birbirine eşit olur. AC şebeke tarafındaki aktif güç, akımın efektif temel bileşeni ve bu bileşenin kayma faktörü ile hesaplanır. AC çıkıştaki aktif güç ise, yükün omik olması durumunda, efektif çıkış gerilimi ve yükün direnci ile bulunabilir. Bu durumda, güç dengesi,

Pg = Pç q Uf If1 Cos φ1 = q (Uç

2/R) şeklinde ifade edilebilir. Bir Elemanın Maruz Kaldığı Akım ve Gerilim AC şalter veya ayarlayıcılarda faz başına öncelikle bir adet triyak veya ters-paralel bağlı 2 adet tristör kullanılmaktadır. Kontrollü veya kontrolsüz hat akımının tamamı bir triyaktan veya yarım dalgası bir tristörden geçer. Kontrolsüz akım, kontrollü akımın α = 0 olan özel bir durumudur. Tam dalga durumunda, Bir triyaktan geçen doğrultulmuş ortalama ve efektif akımlar,

∫π

ωωπ

= )t(d)tsin(I1I fmTAV

αω

π= )tcos(I1

)cos1(I1fm α+

π=

)cos1(I21I maxfTAV α+π

0=α⇒ için, maxfTAV I22Iπ

∫π

ωωπ

= )t(d)t(sinI1I 22fm

2TEF

∫π

ωω−π

= )t(d))t(2cos1(I211 2

ω−ωπ

= )t(2sin21)t(I

21 2

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ α+α−ππ

= )2sin21(1II 2

maxf2TEF

)2sin21(1II maxfTEF α+α−π

π=

0=α⇒ için, 2maxf

2TEF II =

maxfTEF II =

Yarım dalga durumunda, Bir tristörden geçen ortalama ve efektif akımlar,

)cos1(I221I maxfTAV α+π

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ α+α−ππ

= )2sin21(1I

21I 2

maxf2TEF

)2sin21(1I

21I maxfTEF α+α−π

π=

0=α için,

maxfTAV I21Iπ

2maxf

2TEF I

21I =

maxfTEF I2

1I =

şeklinde hesaplanır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Güç elemanları, tek fazlı ve sadece Y noktası N ile bağlı olan 3 fazlı AC kıyıcılarda, faz gerilimlerine maruz kalır ve

UDRM, URRM > 2 Uf şeklinde, diğer bütün 3 fazlı AC kıyıcılarda fazlar arası gerilimlere maruz kalır ve

UDRM, URRM > 6 Uf şeklinde seçilir. KONU İLE İLGİLİ ÇÖZÜLMÜŞ PROBLEMLER Problem 1 2,2 kW’lık tek fazlı bir ısıtıcı triyaklı bir AC şalter üzerinden beslenmektedir. AC şebekenin faz gerilimi 220 V olduğuna göre, devre kayıplarını ihmal ederek,

a) AC şebeken çekilen faz akımını bulunuz. b) Triyakın ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız. c) Triyakın maruz kaldığı maksimum gerilimi bulunuz.

Çözüm a) AC şebeken çekilen faz akımı,

ϕ= cos.I.U.qP ff 1.I.220.110.2,2 f

3 = A10If =⇒

b) Triyakın doğrultulmuş ortalama ve efektif akımları,

fTAV I.2.2Iπ

10.2.2π

A9ITAV =

fTEF II = A10ITEF =

c) Triyakın maruz kaldığı maksimum gerilim,

fmaxT U.2U =

220.2= V1,311U maxT =

bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 2 Güç katsayısı 0,75 olan 100 kW’lık bir 3 fazlı yük, tristörlü bir AC şalter üzerinden beslenmektedir. AC şebekenin faz gerilimi 220 V olduğuna göre, devre kayıplarını ihmal ederek,

a) AC şebeken çekilen faz akımını bulunuz. b) Bir tristörün ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız. c) Bir tristörün maruz kaldığı maksimum gerilimi bulunuz.

Çözüm a) AC şebeken çekilen faz akımı,

ϕ= cos.I.U.qP ff 75,0.I.220.310.100 f

3 = A202If =⇒

b) Bir tristörün ortalama ve efektif akımları,

fTAV I.2.1Iπ

202.2.1π

A93,90ITAV =

fTEF I.2

1I =

202.2

A8,142ITEF =

c) Bir tristörün maruz kaldığı maksimum gerilim,

fmaxT U.6U =

220.6= V9,538U maxT =

bulunur.

Problem 3 33 kW’lık 3 fazlı bir ısıtıcı triyaklı bir AC şalter üzerinden beslenmektedir. AC şebekenin faz gerilimi 220 V olduğuna göre, devre kayıplarını ihmal ederek,

a) AC şebeken çekilen faz akımını bulunuz. b) Bir triyakın ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız.

Çözüm a) AC şebeken çekilen faz akımı,

ϕ= cos.I.U.qP ff

1.I.220.310.33 f3 =

A50If =⇒

b) Bir triyakın ortalama ve efektif akımları,

fTAV I.2.2Iπ

50.2.2π

A02,45ITAV =

fTEF II = A50ITEF =

bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 4 11 kW’lık tek fazlı bir fırın tristörlü bir AC kıyıcı ile kontrol edilmektedir. AC şebekenin faz gerilimi 220 V olduğuna göre, devre kayıplarını ihmal ederek,

a) AC şebeken çekilen maksimum faz akımını bulunuz. b) Tristörün maksimum ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız. c) α=90° için, fırının gerilim ve gücünü bulunuz. d) α=90° için, tristörün ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız.

Çözüm a) AC şebeken çekilen maksimum faz akımı,

ϕ= cos.I.U.qP maxffmax 1.I.220.110.11 maxf

3 = A50I maxf =⇒

b) Tristörün maksimum ortalama ve efektif akımları,

maxfmaxTAV I.2.1Iπ

50.2.1π

A51,22I maxTAV =

maxfmaxTEF I.2

1I = 50.2

A36,35I maxTEF =

c) α=90° için, fırının gerilim ve gücü,

)2sin21(1UU fç α+α−π

π=

2sin21

2(1220 π

+π

−ππ

220Uç =

2maxfmaxç I.R.qP =

23 )50.(R.110.11 =

)50(10.11R =⇒

Ω=50220R

çç =

22050

2220 2

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

kW5,5Pç = d) α=90° için, tristörün ortalama ve efektif akımları,

)cos1(I221I maxfTAV α+π

)90cos1(.50.221

°+π

A25,11ITAV =

)2sin21(1I

21I maxfTEF α+α−π

π=

))2

2sin(21

2(1.50.

21 π

+π

−ππ

A25ITEF =

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 5 4,4 kW’lık tek fazlı bir ısıtıcı triyaklı bir AC kıyıcı ile kontrol edilmektedir. AC şebeke faz gerilimi 220 V olup, devre kayıpları ihmal edilecektir. α=0° ve α=90° için,

a) Yük ve triyak gerilimlerini bulunuz. b) Yük, triyak ve faz akımlarını hesaplayınız. c) Yük ve triyakta harcanan güçler ile şebekeden çekilen güçleri hesaplayınız.

Çözüm

a) α=0° için, fmaxçç UUU ==

V220Uç =

mintt UU = V0Ut =

α=90° için,

)2sin21(1UU fç α+α−π

π=

))2

2sin(21

2(1220 π

+π

−ππ

V6,1552

220Uç ==

Sinüsoidal gerilim 0°-90° aralığında triyak ve 90°-180° aralığında yükün uçlarındadır.

V6,155UU çt == yazılabilir. Aynı zamanda,

2ç

2f UUU +=

şeklinde de ifade edilebilir.

b) α=0° için, maxfftç IIII ===

max

220

10.4,4 3

A20III ftç ===

α=90° için, ftç III ==

)2sin21(1II maxfç α+α−π

π=

))2

2sin(21

2(120 π

+π

−ππ

A14,142

20III ftç ====

c) α=0° için, 0Pt =

kW4,4PP çg ==⇒

α=90° için, 0Pt =

R/UIUPP 2ççççg ===⇒

202

220=

kW2,2PP çg ==⇒

Not: Bir AC kıyıcıda, efektif olarak triyakın gerilim ve akımının çarpımıyla, triyakta harcanan güç bulunamaz. Triyakın gerilim ve akımı eşzamanlı değildir.

Bir dirençte ise, gerilim ve akım eşzamanlı olduğundan, bu ikisinin çarpımı güce eşittir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

5. DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER / DC KIYICILAR GİRİŞ DC-DC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

Ud : Girişteki DC kaynak gerilimi Uç : Çıkıştaki ortalama DC gerilim, Uç = f(λ) λ : Darbe / Peryot Oranı, Doluluk Oranı

: Bağıl İletim Süresi D : Serbest Geçiş Diyodu

Başlıca Uygulama Alanları • DC motor kontrolü • Anahtarlamalı güç kaynakları • Akümülatör şarjı • Galvanoteknikle kaplama • DC motor alan besleme • DC kaynak makinaları • DC regülatörler • DC şalterler • DC gerilim kaynakları

Endüstride yüksek frekanslı devreler olarak bilinen ve son yıllarda kullanımı yaygınlaşan dönüştürücü türüdür. Temel Özellikleri • Kontrol lineerdir. • DC PWM Yöntemi ile kontrol

sağlanır. • DC PWM kontrolü, en kolay kontrol

yöntemi olarak bilinir. • Çıkış gerilimi ortalama olarak kontrol

edilir. • Yüksek frekanslı devreler olarak

bilinir. • Hem giriş hem de yük tarafında ciddi

dalgalanmalar oluşabilir. Ancak, bu dalgalanmalar kolayca düzeltilebilir.

• Zorlamalı komütasyonludur. • Genel olarak, yüksek güç ve düşük

frekanslarda SCR, orta güç ve orta frekanslarda BJT, düşük güç ve yüksek frekanslarda MOSFET, kullanılır. IGBT ise, ortanın üzerindeki güç ve frekanslarda kullanılır.

DC Kıyıcıların Tanımı ve Endüstriyel Uygulamaları Genel olarak DC-DC dönüştürücüler, anahtarlanan endüktansların enerji aktarımı prensibine göre çalışan dönüştürücülerdir. Bu dönüştürücüler, anahtarlamalı güç kaynaklarının temelini oluşturmaktadır. Bu dönüştürücülerin çok farklı türleri mevcuttur, ancak burada DC-DC dönüştürücülerin özel bir hali olan DC kıyıcılar incelenecektir. DC kıyıcılar ise, bir endüktans gerektirmeden bir DC gerilimi yüksek frekansta kıyarak, çıkıştaki DC gerilimi giriş geriliminin altında olmak üzere ayarlayan ve yaygın olarak DC motor kontrolünde kullanılan dönüştürücüler olarak bilinmektedir. DC kıyıcıların, tek, 2 ve 4 bölgeli olarak çalışan türleri mevcuttur. Endüstriyel olarak, DC kıyıcılar genellikle yüksek frekanslarda çalışmakta ve DC motorların kontrolünde kullanılmaktadır. Frekans arttıkça akımdaki dalgalanma azalır. Bu durumda, DC kıyıcıların yükü bir akım kaynağı olarak kabul edilebilir

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

DC-DC Dönüştürücülerde Kontrol Yöntemleri Prensip olarak DC-DC dönüştürücülerin kontrolü, bir yarı iletken güç anahtarının bir peryot içerisindeki bağıl iletim süresi λ ayarlanarak yapılır. Bu kontrol, oldukça kolay bir şekilde, bir testere dişi sinyal ile ayarlanabilen bir kontrol geriliminin karşılaştırılmasıyla sağlanır. Burada, λ bağıl iletim süresi,

λ = Ti / Tp = Ukont / Utstmax şeklinde hesaplanabilir. λ bağıl iletim süresi ve çıkış geriliminin kontrolü, aşağıda verilen 2 temel şekilde yapılmaktadır. 1. Sabit frekans altında darbe genişliği

değiştirilerek yapılmakta ve buna Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM, PWM) denilmektedir.

2. Darbe genişliği sabit tutularak

frekansın değiştirilmesi ile yapılmakta ve buna Frekans Modülasyonu (FM) denilmektedir.

Endüstriyel uygulamalarda, giriş ve çıkıştaki dalgalanmaların filtre edilebilmesi açısından, frekansın sabit kalması istenmekte ve yaygın olarak PWM yöntemi kullanılmaktadır.

Ti : İletim Süresi veya Darbe Genişliği Tk : Kesim Süresi Tp : Darbe veya Anahtarlama Peryodu fp : Darbe veya Anahtarlama Frekansı

Tp = Ti + Tk fp = 1 / Tp

λ = Ti / Tp Ti = λ Tp = Tp - Tk Tk = (1-λ) Tp = Tp – Ti

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

TEK BÖLGELİ TEMEL DC KIYICILAR Devre Şeması ve Temel Dalga Şekilleri Omik Yüklü Temel DC Kıyıcı Omik-Endüktif Yüklü Temel DC Kıyıcı

Akım İfadeleri Omik Yüklü Temel DC Kıyıcı Omik-Endüktif Yüklü Temel DC Kıyıcı

R/UI çç =

dTç iii ==

dTç III ==

çç Ii =

Td ii =

DTç iii +=

DTç III +=

çT II λ=

çD I)1(I λ−=

çd II λ=

Çıkış Gerilimi ve Çalışma Bölgeleri

∫=iT

pç dtU

T1U

i UTT

dç UU λ=

10 ≤λ≤ dç UU0 ≤≤

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Açıklama • DC kıyıcı prensip olarak bir kontrollü güç elemanı (transistör, aktif eleman) ve bir

kontrolsüz güç elemanı (diyot, pasif eleman) ile elde edilir. • Kontrol ve iletim aralığı, her iki yük durumunda da, 0<λ< 1 ve 0<Ti< Tp şeklindedir. • Enerji akışı, transistör iletimde iken DC kaynaktan DC yüke doğrudur. Diyot iletimde iken

ise, DC yükte biriken enerji diyot üzerinden serbestçe dolaşır. • Çıkış gerilimi, her iki yük durumunda da, transistör iletimde iken DC giriş gerilimine ve

kesimde iken sıfıra eşittir. Gerilim tek yönlü ve pozitiftir. • Giriş akımı, her iki yük durumunda da, transistör akımına eşittir. Akım da tek yönlüdür. • Omik-endüktif yüklerde, yük akımı kesintisiz ise, bir peryot içerisinde ya transistör ya da

diyot iletimdedir. Çıkış akımında boşluk oluşmaz. Çıkış akımı, daima transistör ve diyot akımlarının toplamına eşittir.

• Omik-endüktif yüklerde yük akımının devamını sağlamak için yüke ters-paralel bir diyodun konulması zorunludur. Aksi halde, transistör akımı keserken, endüktans aşırı emk üretir ve devre ile elemanlar hasar görür. Uygulamalarda, yük omik bile olsa, emniyet açısından yine diyot konulur.

• Çıkış gerilimi ile giriş ve çıkış akımlarında, λ oranına bağlı olarak dalgalanmalar oluşur. Omik-endüktif yükte, yük endüktansı çıkış akımını düzeltilir.

• Güç elemanları DC giriş gerilimine maruz kalır. İKİ BÖLGELİ DC KIYICI Çıkış Gerilimi ve Akım İfadeleri

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−+= ∫∫

i T

pç dtUdtU

T1U

[ ])TT(TUT1

ipidp

−−=

[ ] dpip

UTT2T1

−=

( ) dç U12U −λ= 10 ≤λ≤

dçd UUU ≤≤−

DTç iii +=

DTç III += çT II λ=

DTd iii −= çD I)1(I λ−=

DTd III −= çd I)12(I −λ=

Çalışma Bölgeleri

Devre Şeması ve Temel Dalga Şekilleri

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Açıklama • Kontrol ve iletim aralığı, yine 0<λ< 1 ve 0<Ti< Tp şeklindedir. • Bir peryot içerisinde ya transistör ya da diyot iletimdedir. Çıkış akımında boşluk oluşmaz. • Çıkış gerilimi, transistör iletimde iken DC giriş gerilimine ve diyot iletimde iken negatif

olarak DC giriş gerilimine eşittir. • Çıkış akımı, daima transistör ve diyot akımlarının toplamına eşittir. • Giriş akımı, daima transistör akımından diyot akımını çıkarılarak bulunur. • Enerji akışı, transistör iletimde iken DC kaynaktan DC yüke doğru, diyot iletimde iken

DC yükten DC kaynağa doğrudur. • Ortalama ve sonuç olarak, transistörlerin iletim aralığı daha büyük iken DC kaynaktan

enerji çekilir, diyotların iletim aralığı daha büyük iken DC kaynağa enerji verilir. • Tek yönlü akım ve çift yönlü gerilim ile 2 bölgeli çalışma elde edilir. Çalışma bölgeleri,

tam kontrollü doğrultucular gibidir. • Güç elemanları DC giriş gerilimine maruz kalır.

GENELLEŞTİRİLMİŞ SONUÇLAR Çıkış Gerilimleri ve Çalışma Modları Tek bölgeli DC kıyıcılarda,

Uç = λ Ud

İki bölgeli DC kıyıcılarda,

Uç = (2λ-1) Ud λ = 0 için, Uç = - Uçm = - Ud λ < 1/2 için, Uç < 0 ⇒ Neg. Çal. Modu λ = 1/2 için, Uç = 0 λ > 1/2 için, Uç > 0 ⇒ Poz. Çal. Modu λ = 1 için, Uç = Uçm = Ud Poz. Çal. Modu ⇒ DC kay. ⎯⎯ →⎯Enerji DC yük Neg. Çal. Modu⇒ DC kay. ⎯⎯ ⎯←Enerji DC yük 2 bölgeli DC kıyıcılar, tek yönlü akım, 2 yönlü gerilim, 2 yönlü enerji akışı ve böylece 2 bölgeli çalışma sağlar. ÖNEMLİ NOT : 2 bölgeli 2 adet kontrollü doğrultucunun ters-paralel bağlanmasıyla 4 bölgeli bir AC-DC dönüştürücü, benzer şekilde 2 bölgeli 2 adet DC kıyıcının ters-paralel bağlanmasıyla, 4 bölgeli bir DC-DC dönüştürücü elde edilebilmektedir. Her ikisinde de 2 yönlü gerilim ve akım ile 2 yönlü enerji akışı sağlanabilmektedir. Araştırınız.

Çıkış Gerilimi Değişimleri

Aktif Güç Dengesi

Pg = Pç ⇒ Ud Id = Uç Iç Elemanlarının Maruz Kaldığı Akım ve Gerilim

DTç III +=

çTAV II λ=

çDAV I)1(I λ−=

çTEF II λ=

çDEF I)1(I λ−=

dRRMDRM UU,U >

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

KONU İLE İLGİLİ ÇÖZÜLMÜŞ PROBLEMLER Problem 1 Giriş gerilimi 250 V ve anahtarlama frekansı 10 kHz olan tek bölgeli bir DC kıyıcı ile 50 A’lik bir DC motor kontrol edilmektedir. Devre kayıplarını ihmal ederek, çıkış akımının sürekli ve sabit olduğunu kabul ederek, bağıl iletim süresi 3/5 iken,

a) Peryot ile transistör ve diyodun iletim sürelerini hesaplayınız. b) Motor gerilimi ile gücünü bulunuz. c) Transistör ve diyodun ortalama akımlarını bulunuz. d) Transistör ve diyodun efektif akımlarını hesaplayınız. e) Giriş akımı ile gücünü bulunuz.

Çözüm

a) 3p

p 10.101

f1T ==

s100Tp μ= pi TT λ=

10053

s60Ti μ= ipk TTT −= 60100 −= s40Tk μ= b) dç UU λ=

25053

V150Uç = ççç I.UP = 50.150= kW5,7Pç =

c) çT II λ=

5053

A30IT = DTç III += DI3050 += A20ID =⇒ d) çTEF II λ=

5053

A73,38ITEF = çDEF I)1(I λ−=

50)531( −=

A62,31IDEF = e) Td II = A30Id = ddg I.UP = 30.250= kW5,7Pg = kW5,7PP çg ==

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 2 Giriş gerilimi 100 V ve darbe frekansı 20 kHz olan 2 bölgeli bir DC kıyıcı ile 10 A’lik bir DC alıcı beslenmektedir. Çıkış akımının sabit ve devrenin kayıpsız olduğunu kabul ederek,

a) λ=7/10 için, alıcının gerilim ve gücünü, transistör ve diyot ile girişin ortalama akımlarını hesaplayınız. Güç dengesinin gösteriniz ve çalışma modunu belirtiniz.

b) λ=2/10 için, aynı soruları cevaplayınız. Çözüm a) λ=7/10 için, dç U)12(U −λ=

100).1107.2( −=

V40Uç = çT II λ=

10107

A7IT = TçD III −= 710 −= A3ID = DTd III −= 37 −= A4Id = ddg I.UP = 4.100= W400Pç = W400PP çg == Çalışma (+) modda. Enerji akışı DC kaynaktan DC yüke doğrudur. Örneğin, akümülatör şarj oluyor, DC kaynaktan enerji çekiyor.

b) λ=2/10 için, dç U)12(U −λ=

100).1102.2( −=

V60Uç −= çT II λ=

10102

A2IT = TçD III −= 210 −= A8ID = DTd III −= 82 −= A6Id −= ddg I.UP = 6.100 −= W600Pç −= W600PP çg −== Çalışma (-) modda. Enerji akışı DC yükten DC kaynağa doğrudur. Örneğin, uçları ters çevrilmiş bir akümülatör deşarj oluyor, DC kaynağa enerji veriyor.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

6. DC-AC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER / İNVERTERLER GİRİŞ DC-AC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

Ud : Girişteki DC kaynak gerilimi Uç : Çıkıştaki AC efektif faz gerilimi

Uç = f (md) veya Uç = f (ma) md : Modülasyon Doluluk Oranı ma : Modülasyon Genlik Oranı

: Modülasyon Katsayısı mf : Modülasyon Frekans Oranı

Başlıca Uygulama Alanları • AC motor kontrolü • Kesintisiz güç kaynakları • Endüksiyonla ısıtma • Yüksek gerilinde DC taşıma • DC gerilim kaynakları

Endüstride yüksek frekanslı devreler olarak bilinen ve son yıllarda kullanımı yaygınlaşan dönüştürücü türüdür. Temel Özellikleri • Kontrolün lineer olduğu kabul edilir. • Yaygın olarak AC PWM Yöntemi ile

kontrol sağlanır. • Çıkış gerilimi efektif olarak kontrol edilir. • Yüksek frekanslı devreler olarak bilinir. • Giriş tarafında ciddi dalgalanmalar ve

çıkış tarafında ciddi harmonikler oluşabilir. Ancak, bu dalgalanmalar kolayca düzeltilebilir.

• Zorlamalı komütasyonludur. • Genel olarak, yüksek güç ve düşük

frekanslarda SCR, orta güç ve orta frekanslarda BJT, düşük güç ve yüksek frekanslarda MOSFET, kullanılır. IGBT ise, ortanın üzerindeki güç ve frekanslarda kullanılır.

DC-AC Dönüştürücülerin Genel Olarak Sınıflandırılması DC-AC dönüştürücüler, Besleme kaynağı açısından,

a) Gerilim Kaynaklı İnverterler b) Akım Kaynaklı İnverterler

Faz sayısına göre,

a) Tek Fazlı İnverterler b) Üç Fazlı İnverterler

Kontrol açısından,

a) Kare Dalga İnverterler b) Boşluklu (Kısmi) Kare Dalga İnverterler c) PWM İnverterler

İletim süresine göre,

a) 1800 iletimli inverterler b) 1200 iletimli inverterler

Tek fazlı inverterler, Devre yapısına göre,

a) Yarım Köprü İnverterler b) Tam Köprü İnverterler c) Push-Pull İnverterler

olmak üzere sınıflandırılmaktadır. Gerilim kaynaklı ve PWM inverterler, endüstride daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

TEK FAZLI KARE DALGA İNVERTERLER Yarım Köprü Kare Dalga İnverter

∫π

ω⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π=

2d2

a )t(d2

U1U

2UU d

a =

∫π

ωωπ

d1a )t(d)tsin(

2U2U

2U22U d

1a π=

Bu inverter sadece 2 transistör ve 2 diyot ile gerçekleştirilir. Devre yapısı basit ve ucuzdur. Ancak, orta uçlu bir gerilim kaynağı gerektirir. Böyle bir kaynak pratik olarak pek mümkün olmadığından, bazı özel endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır. Elamanlar Ud gerilimine maruz kalır.

Tam Köprü Kare Dalga İnverter

dab UU =

d1ab U22Uπ

Bu inverter 4 transistör ve 4 diyot ile gerçekleşmektedir. Normal bir inverter devresi olup, herhangi bir sınırlama veya özel şart gerektirmez. Elamanlar Ud gerilimine maruz kalır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Push-Pull Kare Dalga İnverter

aU2U d

abs =

aU222U d

1abs π=

Bu inverter de sadece 2 transistör ve 2 diyot ile gerçekleştirilir. Devre yapısı yine basit ve ucuzdur. Ancak, primeri orta uçlu bir transformatör gerektirir. İzolasyon amacıyla bir transformatör zaten genellikle istendiğinden, bu devre endüstriyel uygulamalarda en yaygın olarak kullanılan en basit ve en ucuz inverter türüdür. Elamanlar 2Ud gerilimine maruz kalır. Ancak çıkış gerilimi de normalin 2 katıdır.

Kare Dalga İnverterlerde • 1800 iletimli kare dalga inverterlerde,

kontrol için sadece bir flip-flop yeterlidir. Aynı faza ait 2 transistörün her ikisi de 1800 iletimde kalır. Transistörlerin iletimleri arasında boşluk olmadığından, çıkış ucunun potansiyeli daima belirlidir ve çıkış bir gerilim kaynağıdır. Ancak, aynı faza ait 2 transistörün aynı anda iletimde kalmasıyla bir kısa devrenin oluşmaması için, bu transistörlerin sinyalleri arasında ölü süre denilen bir boşluğun bırakılması gerekmektedir.

• Kare dalga inverterlerde, frekans inverter içerisinde kontrol edilmekte, gerilim ise ancak Darbe Genlik Modülasyonu ile girişteki DC gerilimin genliği değiştirilerek kontrol edilebilmektedir.

• 1200 iletimli kare dalga inverterlerde, aynı faza ait 2 transistörün iletimleri arasında 60’ar derecelik boşluklar olduğundan, yükün özelliklerine göre çıkış geriliminde bozulmalar olmaktadır. Ancak ölü süreye gerek yoktur.

Genel Olarak İnverterlerde • Enerji akışı, tristörler iletimde iken DC

kaynaktan AC yüke doğru ve diyotlar iletimde iken AC yükten DC kaynağa doğrudur.

• Çıkışta gerilim ve akım ile enerji 2 yönlü olabilmektedir. Böylece, inverterler 4 bölgeli olarak çalışabilmektedir.

• Bir peryot içerisinde, ortalama enerji akışı DC kaynaktan AC yüke doğru ise devrenin inverter modunda, enerji akışı AC yükten DC kaynağa doğru ise doğrultucu modunda çalıştığı anlaşılır.

• DC kaynaktan çekilen akım için, DTd III −=

• Giriş ve çıkıştaki aktif güçler için, Pg = Pç ⇒ Ud Id = q U1 I1 Cosφ1

eşitlikleri yazılabilir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

BOŞLUKLU KARE DALGA İNVERTERLER

Boşluklu kare dalga inverterlerde, aynı faza ait 2 transistörün iletimleri arasında boşluklar olduğundan, çıkış geriliminde yükün özelliklerine göre bozulmalar olmaktadır. Ancak ölü süreye gerek yoktur.

∫θ−π

ω⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

π= )t(d

2U1U

2d2

maxüçg

kontd

dda U

Um2

UmU =πφ

=⇒=

∫θ−π

ωωπ

= )t(d)tsin(2

U2U d1a

2sin

2U22U d

1aφ

π=

Boşluklu kare dalga kontrolü, tek ve 3 fazlı bütün inverterlere uygulanabilmektedir. Doluluk oranı md değiştirilerek çıkış gerilimi kontrol edilmektedir. Bu kontrol aslında tek darbeli bir PWM kontrolüdür.

SİNÜSOİDAL PWM İNVERTERLER

Endüstride en yaygın olarak kullanılan kontrol yöntemi PWM ve en yaygın olarak kullanılan PWM yöntemi de Sinüsoidal PWM yöntemidir. Sinüsoidal PWM inverterlerde, bir sinüsoidal kontrol gerilimi ile daha yüksek frekanslı bir üçgen sinyalin karşılaştırılmasıyla kontrol sağlanır. Sinüsoidal gerilime, temel gerilim, modülasyon gerilimi veya kontrol gerilimi denilir. Üçgen sinyale, taşıyıcı dalga da denilmektedir.

ma : Modülasyon Genlik Oranı mf : Modülasyon Frekans Oranı fs : Üçgen Dalga Frekansı : Taşıyıcı Frekansı : Anahtarlama Frekansı f1 : Sinüsoidal Dalga Frekansı : Temel veya Ana Frekans : Modülasyon Frekansı

maxüçg

maxkonta U

Um = 1

sf f

fm =

1ma ≤ için,2

1mU da1a =

1ma ≤ : Modülasyon Altı Çalışma : Lineer Çalışma

1ma > : Modülasyon Üstü Çalışma : Lineer Olmayan Çalışma : Aşırı Modülasyon

3ma ≥ : Kare Dalga Çalışma

PWM inverterlerde, gerilim ve frekans inverter içerisinde kontrol edilmektedir. PWM kontrolü, tek ve 3 fazlı bütün inverterlere uygulanabilmektedir. Harmonik seviyesi oldukça düşüktür.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

ÜÇ FAZLI KARE DALGA İNVERTERLER

Üç fazlı inverterlerin çalışma prensibi tek fazlılara oldukça benzerdir. Çıkış geriliminin bozulmaması açısından 1800 iletimli olanları tercih edilir. Çoğu uygulamalarda ve özellikle kesintisiz güç kaynaklarında, harmoniklerin çok az olduğu PWM kontrolü kullanılmaktadır. Anahtarlama kayıpları açısından kare dalga inverterler oldukça avantajlıdır. Kare dalga inverterlerde Doluluk Oranı değiştirilerek gerilim kontrolü yapılabilir. NOT : AC filtrenin çıkış gerilimi, giriş geriliminin temel bileşenine eşittir. DC filtrenin çıkış gerilimi ise, giriş geriliminin ortalama değerine eşittir.

Üç Fazlı 1800 İletimli İnverter Üç Fazlı 1200 İletimli İnverter

2UU d

a =

dab U32U =

2U22U d

1a π=

d1ab U6Uπ

32U d

a =

dab U2

1U =

2U6U d

1a π=

d1ab U23Uπ

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

KONU İLE İLGİLİ ÇÖZÜLMÜŞ PROBLEMLER Problem 1 Giriş gerilimi 250 V ve frekansı 20 kHz olan tam köprü kare dalga bir inverter ile 25 Ω’luk bir ısıtıcı beslenmektedir. Devre kayıplarını ihmal ederek,

a) Peryot ile transistörlerin iletim sürelerini bulunuz. b) Alıcının gerilimi ile akım ve gücünü hesaplayınız. c) DC kaynaktan çekilen akımı bulunuz. d) Bir transistörün ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız. e) Transistörlerin maruz kaldığı maksimum gerilimi bulunuz.

Çözüm a) f=20 kHz olduğuna göre,

310.201

f1T ==

s50T μ= Yük omik olduğuna göre,

502TTT ==

s25TT μ= b) Tam köprü tam dalga inverter için, dab UU = V250Uab = Yük omik olduğuna göre,

250R

UI ab

ab ==

A10Iab =

UI.UP

2ab

ababç ==

10.250= kW5,2Pç =

c) Kayıpları ihmal edildiğine göre, çg PP = çdd PI.U =

3d 10.5,2I.250 =

A10Id =⇒ d) Bir transistörden yarı peryot içerisinde 10 A geçtiğine göre,

1021ITAV =

A5ITAV =

1021ITEF =

A071,7ITEF = f) Tam dalga bir inverterde, dmaxT UU = V250U maxT = bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 2 12 V’luk bir akümülatör ile çalışan push-pull türü kare dalga bir inverterin çıkış gerilimi filtre edilerek, P=1200 W, U=220 V, f=50 Hz, cosϕ=0,8 değerlerine sahip olan tek fazlı bir AC alıcı beslenecektir. Devre kayıplarını ihmal ederek,

a) Kullanılacak transformatörün dönüşüm oranını hesaplayınız. b) DC kaynaktan çekilen ve AC alıcının çektiği akımları bulunuz. c) Bir güç elemanının maruz kaldığı maksimum gerilimi bulunuz. d) Bir diyottan geçen ortalama akım 25 A olarak ölçüldüğüne göre, bir transistörün ortalama

akımını hesaplayınız. Çözüm a) Bir AC filtrenin çıkış gerilimi, giriş geriliminin temel bileşenine eşit olur. Push-pull kare dalga inverter için,

U222U d

1abs π=

12222220π

18,10/1a =⇒ bulunur. b) AC alıcının çıkış gücünden, 11ab1abç cos.I.UP ϕ= 8,0.I.2201200 1ab= A818,6I 1ab =⇒ bulunur. Giriş ve çıkış gücünün eşitliğinden, ddg I.UP = dI.121200 = A100Id = bulunur.

c) Push-pull türü bir inverter kullanıldığına göre, dmaxT U2U = 12.2U maxT = V24U maxT = bulunur. d) Bütün inverterler için, DTd III −= olduğuna göre, 25I100 T −= A125IT = bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Problem 3 Giriş gerilimi 200 V ve frekansı 10 kHz olan tam köprü türü tek fazlı bir inverterde, boşluklu kare dalga kontrolü ile 10 Ω’luk bir alıcının gücü ayarlanmaktadır. Devre kayıplarını ihmal ederek,

a) Alıcının nominal akım ve gücünü bulunuz. b) Alıcı geriliminin nominalin yarısına düşmesi için, doluluk oranı hangi değere

ayarlanmalıdır? c) Alıcı gücünün nominalin yarısına düşmesi için, doluluk oranı hangi değere

ayarlanmalıdır? d) Doluluk oranı 3/5 iken, bir transistörün kaç derece ve kaç μs iletimde kaldığını bulunuz. e) Doluluk oranı 2/5 iken, bir transistörün ortalama ve efektif akımlarını hesaplayınız.

Çözüm a) Alıcının normal akım ve gücü, ddab UmU = 1md = için, V200UU dab ==

10200

I abab ==

A20Iab = 20.200I.UP ababç == kW4Pç = b) Gerilimin yarıya düşebilmesi için, ddab UmU =

ddd Um

4/1md =⇒ c) Gücün yarıya düşebilmesi için,

2ab

ç =

U21 2

ab2d =⋅

dab U2

1U =⇒

ddab UmU =

ddd UmU2

2/1md =⇒

d) 5/3md = için, çg PP =

53md =

πφ

°=π=φ⇒ 10853

TT.f2π=φ

T3 T.10.10.2

π=π

s30TT μ=⇒ e) 5/2md = için, Her bir transistör yarı peryotta çalıştığına göre,

20.m21I aTAV =

2052

21ITAV ⋅=

A4ITAV =

2052

21ITEF ⋅=

A944,8ITEF = bulunur.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

7. GÜÇ ELEKTRONİĞİNDE KONTROL VE KORUMA TEMEL KONTROL VE SÜRME DEVRELERİ Doğal komütasyonlu dönüştürücülerde Faz Kontrolü ve zorlamalı komütasyonlu dönüştürücülerde PWM Kontrolü yöntemleri yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu kontrol yöntemlerinin temel prensipleri, dönüştürücüler ile birlikte anlatılmıştı. Bu kontrolleri yapmak üzere, Faz Kontrol ve PWM Entegreleri üretilmektedir. Kontrol devrelerinde üretilen sinyaller, sürme devrelerinde yükseltilmekte, izole edilmekte, şekillendirilmekte ve güç elemanlarına uygulanmaktadır. Sürme devreleri de günümüzde farklı özelliklerde Entegre Devreler şeklinde üretilmektedir. Bu entegre devrelerin bazılarında izolasyon özelliği de bulunmaktadır. Aşağıda BJT ve MOS kontrollü elemanlar için kullanılan temel sürme devreleri verilmiştir. Örnek bir BJT Sürme Devresi Bu sürme devresinde, Pozitif Giriş Sinyali uygulandığında, T1 kontrol transistörü iletime girer ve giriş sinyalini yükselterek T3 ana transistörünün ihtiyacı olan taban akımını verir. T3 ana transistörünün ihtiyacından fazla olan giriş akımı D diyodu üzerinden devresini tamamlar. Ana transistöre gereğinden fazla taban akımının verilmemesi, aşırı doyumu önler ve transistörün kesime girmedeki yayılma süresini büyük ölçüde azaltır ve hızını artırır. Negatif Giriş Sinyali uygulandığında ise, T2 kontrol transistörü iletime girer ve giriş sinyalini yükselterek T3 ana transistörünün ihtiyacı olan ters taban akımını verir. Böylece tabanından yeterli bir ters akım geçen ana transistör hızlı bir şekilde kesime girer.

Ayrıca,ters-paralel bağlı iki elamandan birisinin iletimde olması, diğerinin kesimde olmasını garanti eder. Burada transistörlerin tabanları ters-paralel bağlı olduğundan, iki transistörün birlikte iletimde olması mümkün değildir. Herhangi birisinin tabanına bir akım uygulandığında, diğerinin tabanında 0.6 V kadar bir negatif gerilim oluşur, bu transistör iletime giremez ve eğer iletimde ise hızlı bir şekilde kesime girer. Bu mükemmel bir kilitlemedir. Yaklaşık 1 kHz’nin üzerindeki orta ve yüksek frekanslarda giriş sinyali ve sürme kaynağı iki yönlü veya çift kutuplu olmalıdır. Örnek bir MOSFET Sürme Devresi MOSFET ve IGBT elemanlarının sürülmesinde, iki yönlü veya çift kutuplu giriş sinyali ve iki yönlü sürme kaynağına gerek yoktur. BJT elemanlarının sürülmesinde ise, yaklaşık olarak 1 kHz’nin altındaki düşük frekanslarda iki yönlü giriş sinyali ve iki yönlü sürme kaynağına gerek yoktur. Bu şartlar altında, bütün bu elemanların sürülmesinde burada verilen devre kullanılabilir. Ancak, BJT için zenerlere gerek yoktur. MOSFET ve IGBT için ise zenerler her zaman gereklidir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Bu sürme devresinde, giriş sinyali uygulandığında, T1, T2 ve T3 ardışık olarak iletime girer ve G ucu +15 V’a çekilir. Giriş sinyali kesildiğinde, Rn ile gösterilen direnç üzerinden T4 iletime girerek G ucunu 0’a çeker, yani MOSFET’in parasitik giriş kondansatörü CGS’i deşarj eder. Hızlı transistörler seçildiğinde, sürme devresi oldukça hızlı ve emniyetlidir. SİNYAL İZOLASYONU İzolasyonun Tanımı Güç elektroniği sistemlerinde, kontrol devrelerinde üretilen tetikleme ve/veya sürme sinyalleri, sürme devrelerinde yükseltilerek ve izole edilerek güç elemanlarına uygulanır. Genellikle yükseltme işlemi bir transistörle, izolasyon işlemi ise manyetik alanla veya ışıkla sağlanmaktadır.

Örnekte görüldüğü gibi, güç elemanının (tristör) kontrolde kullanılan ana ucu (katodu) kontrol devresinin doğrudan sıfır ucuna bağlı değil ise veya bu 2 uç arasında bir potansiyel farkı mevcut ise (T2 tristöründe olduğu gibi) kontrol akımının devresini tamamlayabilmesi ve koruma açısından, sinyal izolasyonu gereklidir. Manyetik Bağlayıcılar / Tetikleme Transformatörleri

Tetikleme transformatörü, küçük boyutlu bir ferit nüveye az sarım sayılı bir primer ve bir ya da birkaç sekonder sargı sarılarak elde edilir. Burada, bütün sargıların birbirlerine ve nüveye karşı izole edilmeleri oldukça önemlidir. Uiz : İzolasyon Gerilimi ( bir kaç kV mertebesinde) L değeri birkaç yüz μH mertebelerinde olup, ancak kısa süreli sinyaller iletilebilir. Uzun süreli sinyallerde, ilk anda çıkış verip sonra kısa devre özelliği gösterir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Optik Bağlayıcılar / Opto Transistörler Optik bağlayıcı, girişlerindeki LED’den geçen akımın yaydığı ışıkla çıkışları iletime giren elemanlardır. Kısa ya da uzun süreli sinyallerin iletilmesinde kullanılır. Opto-transistör, opto-darlington, opto-tristör, opto-triyak, çok kullanılan optik elemanlardır. Genel sinyal izolasyonunda opto-transistör ve triyaklı AC kıyıcılardaki izolasyonlarda opto-triyak daha çok kullanılmaktadır.

Opto Transistörün Sembolü

GÜÇ ELEMANLARINDA TEMEL KORUMA DÜZENLERİ Genel Giriş Yarı iletken güç elemanlarında, temel olarak elemanların maruz kaldığı elektriksel değerleri ve elemanlarda oluşan anahtarlama kayıplarını sınırlama veya azaltma amacıyla yapılan Bastırma İşlemi,

• Seri Bastırma • Paralel Bastırma

olmak üzere iki genel gruba ayrılır. Temel olarak, seri bastırma, güç elemanına seri olarak bağlanan küçük bir endüktans ile iletime girme işlemi esnasında elemandan geçen akımın yükselme hızının sınırlanmasıdır. Paralel bastırma ise, elemana paralel bağlanan küçük bir kondansatör ile kesime girme işlemi sırasında eleman uçlarında oluşan gerilimin yükselme hızının sınırlanmasıdır. Bu elemanlara, seri ve paralel bastırma elemanları denilir. Yalın olarak bir endüktans veya bir kondansatör kullanılması bazı problemlere neden olur. Bu nedenle, bazı ilavelerle bastırma işlemleri geliştirilmektedir. Böylece, Seri ve Paralel Bastırma Devreleri veya Hücreleri oluşmaktadır. Bu bastırma devreleri, yayınlarda Sıfır Akımda Anahtarlama (ZCS), Sıfır Gerilimde Anahtarlama (ZVS) ve Yumuşak Anahtarlama (SS) gibi isimlerle de yer almaktadır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

Paralel Bastırma Devresi

Seri bağlı RB ve CB elemanlarına, paralel bastırma devresi, paralel bastırma hücresi veya paralel R-C elemanı denilir. Güç elemanlarına veya genel devre girişlerine paralel olarak bağlanan bu R-C elemanın iki temel görevi vardır.

1. Eleman uçlarındaki gerilimin maksimum değerini sınırlar veya bastırır. Bu elemanın tahrip olmasını önler.

2. Eleman uçlarındaki gerilimin yükselme hızının maksimum değerini sınırlar veya bastırır. Bu, elemanın anahtarlama güç kaybını azaltır. Tristörde, aynı zamanda kendiliğinden iletime geçmeyi önler.

Şebeke girişine Δ bağlı paralel R-C elemanları ile AC şebekeden gelen bütün akım ve gerilim darbelerine karşı bütün devre korunur. Örnek bir Bastırma Hücresi

Burada, güç elemanının iletime girmesi esnasında, seri bastırma elemanı LS elemandan geçen akımın yükselme hızı di/dt‘yi sınırlar. Ayrıca, dolu olan CS, RS üzerinden deşarj olur. Güç elemanının kesime girmesi esnasında ise, kutuplu bastırma devresi, eleman uçlarındaki gerilimin yükselme hızı du/dt‘yi ve maksimum değeri Um‘yi sınırlar. Böylece, güç elemanı hem aşırı elektriksel değerlere karşı korunur hem de elemanın anahtarlama kayıpları büyük ölçüde azalır.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

GÜÇ ELEMANLARINDA GÜÇ KAYIPLARI VE ISINMA Güç Kayıpları Bir yarı iletken güç elemanında aşağıda sıralanan dört temel kayıp oluşur. 1. Tetikleme veya Sürme Kayıpları Elemanın kontrol veya giriş akımı nedeniyle oluşan kayıptır.

PG = dt.i.uT1

GG∫

2. Anahtarlama Kayıpları Elemanın iletime ve kesime girme işlemleri esnasında oluşan kayıplardır.

PS = PON + POFF

3. Kapama veya Tıkama Kayıpları Elemanın pozitif ve negatif kapama durumlarında geçen sızıntı akımlar sebebiyle oluşan kayıplardır.

PB = PP + PN

4. İletim Kaybı Elemanın iletimi esnasında oluşan kayıptır.

PT = dt.i.uT1

TT∫

Bu durumda, toplam güç kaybı,

P = PG + PB + PS + PT olur. Kontrol ve kapama kayıpları genellikle dikkate alınmaz. Anahtarlama kayıpları, kataloglarda genellikle bir anahtarlamadaki enerji kayıpları şeklinde verilir. Bu enerji kayıplarının frekansla çarpılmasıyla 1 s’deki enerji kayıpları olan anahtarlama güç kayıpları bulunur.

OFFONs WWW +=

sps W.fP = Düşük frekanslarda, örneğin SCR‘de 400 Hz, BJT‘de 1 kHz ve MOSFET‘te 10 kHz değerlerinin altında, anahtarlama güç kayıpları da ihmal edilerek,

TPP ≅ alınabilir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

İletim Güç Kayiplari İletim kayıplarının güç elemanlarına göre ne şekilde hesaplanabileceği aşağıda verilmiştir. TRANSİSTÖRDE PT = dt.i.u

CCE∫ Sabit bir gerilim düşümü için,

PT = UCE ICAV MOSFETTE

PT = dt.i.uT1

DDS∫ = dt.i.rT1 2

DDS∫ = ∫ dtir 2DDS

PT = rDS IDEF2

TRİSTÖR VE DİYOTTA PT = dt.i.u

TT∫ = dt.i)i.rU(T1

TTTTO∫ +

PT = UTO

dti

T1rdt.i

T1 2

0TT

0∫+∫

PT = UTO . ITAV + rT . ITEF2

Termik Eşdeğer Devre ve Isınma Genellikle bir soğutucuya bağlı olan bir güç elemanındaki sıcaklık tanımları ve termik eşdeğer devresi ile sıcaklık hesaplarının nasıl yapılabileceği aşağıda verilmiştir.

θA : Ortam Sıcaklığı θH : Soğutucu Sıcaklığı θC : Gövde Sıcaklığı θvj : Jonksiyon Sıcaklığı

RThJC : İç Termik Direnç (°C / W) RThCA : Dış Termik Direnç (°C / W)

θC = θA + P . RThCA

θvj = θA + P (RThCA + RThJC ) = θA + P . RThCA + P . RThJC

θvj = θC + P . RThJC Soğutma, Güç elemanları aşağıda verilen iki temel şekilde soğutulmaktadır. 1. Doğal Soğutma : Eleman alüminyum veya bakır bir soğutucuya monte edilir. Isı doğal olarak soğutucudan havaya yayılır. 2. Zorlamalı Soğutma : Eleman yine alüminyum veya bakır bir soğutucuya monte edilir. Ayrıca fan, su veya yağ ile soğutma güçlendirilir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİ PROF. DR. HACI BODUR

KONU İLE İLGİLİ ÇÖZÜLMÜŞ PROBLEMLER Problem 1 Bazı karakteristikleri verilen bir tristörden kesme açısı ayarlanabilen yarım sinüs dalgası şeklinde bir akım geçmektedir. Tristör zorlamalı olarak soğutulmakta olup, soğutma havası sıcaklığı 40 °C’dir.

a) Kesme açısı 30° iken, tristörün jonksiyon sıcaklığının 104 °C olduğu bilindiğine göre, geçen sinüsoidal akımın maksimum değeri kaç A’dir?

b) 50 A’lik bir DC akım geçirilen bu tristörün jonksiyon sıcaklığı kaç °C olur? c) Bu tristörden en fazla kaç A’lik bir DC akım geçirilebilir?

UTO = 1,2 V rT = 10 mΩ RThJC = 0,20 °C / W RThCA = 0,20 °C / W İşletme Sıcaklığı : -55 °C ile 125 °C

Çözüm

a) α = 30 0 için,

ITAV = )cos1(2

int21 α

ππ

+=∫ mm

IdtSI

ITEF2= )2

21(

421 2

22 ααπππ

SinItdtSinI mm +−=∫

θvj = θA + P (RThCA + RThjC ) ⇒ 104 = P. 0,4 + 40 ⇒ P = 160 W P = UTO . ITAV + rT . ITEF

160 = UTO . π2mI )cos1( α+ + rT .

π4

2mI )2

21( ααπ Sin+−

Im1 = 193,5 A Im2 = -340 A ⇒ Im = 193,5 A

b) ITAV = ITEF = 50 A için, P = UTO . ITAV + rT . ITEF

2 ⇒ P = 1,2 . 50 + 10 . 10-3 . 502 ⇒ P = 85 W θvj = θA + P (RThCA + RThjC ) ⇒ θvj = 85 (0,2+0,2) +40 ⇒ θvj = 74 C0

c) 125 = PTmax . 0,4 + 40 ⇒ PTmax = 212,5 W 212,5 = 1,2 Im +10 . 10-3 Im

2 Im1 = 97,5 A Im2 = -217,5 A ⇒ Im = 97,5 A

ÖNEMLİ NOT : Temel dönüştürücülerde, gerilim ve akımlar, genellikle kesilmiş yarım ve tam dalga bir sinüs fonksiyonu ile kıyılmış bir DC fonksiyon şeklindedir. Bu fonksiyonların ortalama ve efektif değerlerinin hesaplanmasının iyi bilinmesi gerekir. Güç kayıpları ve ısınma hesapları, bundan sonra dönüştürücü soruları ile birlikte yapılacaktır.

1 Güç Elektroniği (B.K. Bose P.E. and M.D.)

2 Güç Elektroniği

3 Güç Diyotları I-V Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

4 Güç Diyotları Anahtarlama Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği) x f Toparlanma Şarjı Q RR bu noktada bitmektedir.

5FAV FT FAV f Frms

6 Güç Diyotları Yumuşaklık Katsayısı (S)

7 Güç Diyotları Örnek: Yumuşaklık Katsayısı S=1.9, dif/dt=200a/us, trr=110ns, V FT =2.2V ve r f =150mΩ olan bir diyottan, sürekli durumda If=30A DC akım geçmektedir. Buna göre; - tb=? - ta=? - I RRM =? - Qrr=? - P FAV =?

8 Tristör I-V Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

9 Tristör Anahtarlama Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği) x f

10 Tristör V AK : Tristörün Anot ve Katot uçları arasındaki gerilim (V) t d : Gecikme zamanı (s) V FB0 : Devrilme gerilimi (V) t r : Yükselme zamanı (s) V TT : İletime geçme eşik gerilimi (V) t s : Yerleşme zamanı (s) V RB : Delinme gerilimi (V) t rr : Ters toparlanma zamanı (s) I B0 : Devrilme akımı (A) t rc : Kesime kilitlenme zamanı (s) I H : Tutma akımı (A) V T : İletimdeki tristörün Anot ve Katot uçları arasında görülen sürekli gerilim (V) I L : İletime kilitlenme akımı (A) V TT : İletime geçme eşik gerilimi (V) dv AK /dt: Tristörün Anot-Katot uçları arasına uygulanan gerilimin değişim hızı (V/s). t N : Ters gerilim uygulama zamanı (s) di T /dt: Tristörün Anot-Katot hattından geçen akımın değişim hızı (A/s) t q =t off : Kesime gitme süresi (s) P V I r I 2 FAV TT TAV T Trms V V r I T TT T Trms

11 Tristör Tristörün çalışması üzerine önemli noktalar. 1. di T Tkritik di dt dt olmalıdır. Aksi takdirde tristör aşırı ısınır ve yarı iletken özelliğini kaybeder. Buna sicim olayı denir. AKkritik olmalıdır. Aksi takdirde tristör kontrolsüz bir şekilde 2. dv dv AK dt dt iletime girer. Eğer Anot + ve Katot değerli ise. 3. VAKM VFB0 olmalıdır. Aksi takdirde tristör kontrolsüz bir şekilde iletime girer. 4. t N t q olmalıdır. Aksi takdirde tristör kesime kilitlenmeden tekrar ile time girebilir. (Sadece bir olasılık, fakat önemli bir olasılık.)

12 Tristör Tristörün önemli özellikleri: 1. Tristör yarı kontrollü, akım kontrollü ters ve ileri yönde gerilim tutabilen yarı iletken bir güç anahtarıdır. 2. Tristörler en yüksek akımda üretilen iki yarı iletkenden biridir. Diğeri de diyottur. 3. Diyot sadece ters yönde gerilim tutabilirken, tristör hem ters hem de ileri yönde gerilim tuttabilir. (Tetiklenmemek ve V AKM <V FB0 olması şartı ile.) 4. Tristörler en çok doğal komütasyonlu (kendiliğinden kesime girme durumu) güç elektroniği devrelerinde kullanılır.

13 Tristör t=0 anında iletimden henüz çıkmış bir tristöre uygulanan gerilim aşağıdaki şekilde verilmektedir. Buna göre, tristörün kontrolsüz bir şekilde tekrar iletime girmemesi için, t q (veya t off ), V FB0 ve (dv/dt) krt ne olmalıdır. V AK (V) t(us)

14 Güç Transistörü (BJT) I-V Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

15 Güç Transistörü (BJT) Anahtarlama Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

16 Güç Transistörü (BJT) Önemli Noktalar: 1. Güç BJT lerinin akım kazançları (hfe veya β) yüksek değildir (20 civarındadır). Bu yüzden, anahtar olarak çalışabilmek için yüksek kapı akımına ihtiyaç duyarlar. Bu durum çok sakıncalıdır, çözüm olarak darlington yapı kullanılır fakat bu durum da kayıpları ve karmaşıklığı artırmaktadır. 2. BJT lerin iletim karakteristiği yüksek performanslıdır, yani iletim kayıpları düşüktür. Fakat anahtarlama kayıpları ise yüksektir. 3. BJT ler ters yönde küçük bir gerilim tutabilirler fakat ileri yönde daha büyük gerilimleri tutabilirler. (Tetiklenmemek şartı ile.) 4. BJT lerde kuyruk akımı vardır. 5. BJT ler tam kontrollü akım kontrollü ileri ve ters yönde gerilim tutma özelliğine sahip yarı iletken güç anahtarlarıdır. 6. BJT ler yerini gün geçtikçe IGBT ve MOSFET e bırakmaktadır.

17 Güç Transistörü (BJT) Örnek (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

18 MOSFET I-V Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

19 MOSFET Anahtarlama Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

20 r DSon (mω) MOSFET Junction Temperature (C o ) V DSsat =V GS -V GST I DS =K(V GS -V T ) 2 V GST İletim Karakteristiği I-V Karakteristiği V GST

21 MOSFET Önemli Noktalar: 1. Güç MOSFET leri tam kontrollü gerilim kontrollü ve sadece ileri yönde gerilim tutabilen yarı iletken güç anahtarlarıdır. 2. MOSFET lerin iletim karakteristiği düşük performanslıdır, yani iletim kayıpları yüksektir. Fakat anahtarlama kayıpları ise düşüktür. 3. MOSFET ler ters yönde neredeyse hiç gerilim tutamazlar. Fakat ileri yönde daha büyük gerilimleri tutabilirler. (Tetiklenmemek şartı ile.) 4. Bu bakış açısı altından, BJT ile bir bütünün iki parçası gibi, birbirlerini tamamlamaktadırlar. 5. Güç elektroniği devrelerinde genellikle N kanal çoğaltan tür MOSFET kullanılmaktadır. 6. V DSsat =r DSon *i D. Doyumda çalışan MOSFET bir dirence eşdeğerdir. 7. r DSon iletimde MOSFET in iç direncidir, yani MOSFET iletimde bir dirence eşdeğerdir. Bu direnç değeri sıcaklıkla ve V DSS nin küpü ile doğru orantılı artar. Bu durum yüksek gerilimler için üretilen MOSFET lerin iletim kayıplarının yüksek olduğunu ifade etmektedir. Bu yüzden MOSFET ler düşük gerilim yüksek akımlı olacak şekilde üretildiklerinde verimlidir (İletim kayıpları düşüktür).

22 MOSFET Örnek: V DD =500V a.) İletim Karakteristiğini çiziniz. (5 noktada, 1 er V ara ile) b.) I-V karakteristiğini çiziniz (5 noktada, 1 er V ara ile). c.) Doyum (V GSon ) noktasını bulunuz ve bu durumunda MOSFET in iletim kaybını hesaplayınız. d.) Sonra, V DD =700V kabul edip, iletim kaybını tekrar hesaplayınız. e.) VGS yi doyum noktasının (V GSon ) 1V altına alıp iletim kaybını tekrar hesaplayınız. f.) d ve e şıkkındaki verileri I-V karakteristiğinde gösteriniz. g.) Aradaki farkı yorumlayınız. V GS r DSon =50mΩ K=0.5 V GST =5V R G =5MΩ R D =50Ω + - I D + V DS -

23 TRİYAK I-V Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

24 TRİYAK Tristörler ile tamamen aynı karakteristiklere sahiptir. Fakat yerleşim problemlerinden ötürü çok büyük akımlarda imal edilemez. Böyle durumlarda ters paralel bağlı tristör çifti kullanılmaktadır. Klasik tristöre SCR (Slicon Controlled Rectifier), klasik triyaka SSR (Solid State Relay) denilmektedir. Triyaklar, yarı kontrollü akım kontrollü, ileri ve ters yönde gerilim tutma özelliğine sahip, ileri ve ters yönde akım geçirme özelliğine sahip yarı iletken güç anahtarlarıdır.

25 GTO (Gate Turn-off Thyristor) Anahtarlama Karakteristiği (ABB) Kuyruk akımı, anahtarlama kayıplarını ciddi ölçüde artıran bir etkendir.

26 GTO (Gate Turn-off Thyristor) *Kısa süreli küçük bir ileri gate akımı ile iletime girer. *Fakat görece olarak çok daha büyük ters bir akım ile kesime girer. *Karakteristikleri SCR ile aynıdır. Fakat tutma ve kilitleme akımları ile iletim ve anahtarlama kayıpları SCR ye göre daha fazladır. I GTQ : Kontrol edilebilen akım değeri, normal GTO akımının çok üzerindedir. Örneğin: ortalama akım 830A, kontrol edilebilen akım 2000A. G GQ : Kesimde akım kazancı, örneğin 5 olsun, bu takdirde 100A anotkatot akımına sahip bir GTO yu kesime götürmek için Gate den ters yönde 20A uygulanması gereklidir. t tail :t t : Kuyruk akımı süresi (s) t gt : Gerilimin kesilme süresi (s) t gq : Akımın kesilme süresi (s) t gq t off t on : GTO nun iletime girebilmesi için gereken minimum zaman (s) t off : GTO nun kesime girebilmesi için gereken minimum zaman (s) GTO lar tan kontrollü akım kontrollü ileri ve ters yönde gerilim tutma özelliğine sahip yarı iletken güç anahtarlarıdır.

27 IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) I-V Karakteristiği (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

28 IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) Anahtarlama Karakteristiği Kuyruk akımı (I t )

29 IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) V GES : IGBT yi doyuma götüren VGE gerilimi (V). V CER : İleri delinme gerilimi (V) V RB : Ters delinme gerilimi (V) t d(off): Kesime gitmede gecikme zamanı (s) t d(on): İletime geçmede gecikme zamanı (s) t r : Yükselme zamanı (s) t f : Düşme zamanı (s) t on : İletime geçme zamanı (s) t off : Kesime gitme zamanı (s)

30 IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) IGBT, BJT ve MOSFET in üstünlüklerine sahiptir. Şöyleki; 1. İletim kayıpları düşüktür, çünkü iletimde (çıkış karak teristiği)bjt nin karakteristiğine sahiptir. 2. Anahtarlama (giriş) karakteristiği MOSFET e eşdeğerdir. 3. GTO larda olduğu gibi bir kuyruk akımına sahiptir ki buda anahtarlama kayıplarını artıran bir unsurdur. 4. İç endüktansı BJT veya MOSFET ile karşılaştırıldığında genelde daha yüksektir. 5. IGBT ler BJT ler gibi ters yönde gerilim tutma özelliğine sahiptir. 6. Bu yüzden IGBT ler gerilim kontrollü, tam kontrollü ileri ve ters yönde gerilim tutma özelliğine sahip yarı iletken güç anahtarlarıdır. 7. IGBT lerde kuyruk akımı vardır. 8. Uygulamada, ters paralel bağlı bir diyot ile imal edilir. Bu diyot IGBT yi ters yönde büyük gerilimlerden korur. Aynı zamanda, evirici gibi bazı güç elektroniği devrelerinde akımın sürekliliğini sağlamakta önemli bir role sahiptir.

31 IGBT (Isolated Gate Bipolar Transistor) Uzun zamandan beri Silicon tabanlı IGBT üretimi yapılmaktadır. Günümüzde henüz çok yeni bir teknoloji ile üretilmeye başlanmış bir MOSFET te vardır. Bu son teknoloji ürünü MOSFET, Silicon-Carbide teknolojisi tabanlı üretilmektedir. SiC tabanlı MOFET ler Si tabanlı IGBT lere göre; ***MHz lerde anahtarlanabilmektedir. ***Bu çok yüksek anahtarlama frekanslarında bile güç (anahtarlama ve iletim) kayıpları ihmal edilebilir seviyededir. ***En az üç kat daha yüksek sıcaklıkta (junction temperature) çalışabilmektedir. ***Kırılma gerilimleri çok daha yüksektir. ***Wide Band Gap (semıconductors) yarı iletkenler olarak adlandırılmaktadır. NOT: Şu anda bildiğimiz en büyük sakıncası EMI (Electromagnetics Interference) değerlerinin çok yüksek olmasıdır. NOT: SiC tabanlı IGBT henüz üretilememiştir. IGBT lerde ancak, sadece ters paralel bağlı serbest geçiş diyotları SiC tabanlı üretilmektedir. NOT: SiC tenolojisinin yanı sıra GaN ve GaAs teknolojileri de geliştirilmektedir. Fakat ticari olarak her güç değeri için henüz mevcut (üretimde) değildir.

32 MCT (MOS-Controlled Thyristor) (Prof. Dr. Hacı Bodur Güç Elektroniği)

33 MCT (MOS-Controlled Thyristor) *MOSFET in giriş (anahtarlama), tristörün çıkış (iletim) karakteristiğine sahiptir. *İlk tetiklemede (kısa süreli) iletime girer, tetikleme kesilse bile iletime kilitlenir. *Sonraki tetiklemede (kısa süreli) iletimden çıkar. Tetikleme kesilse bile kesime kilitlenir. Buradaki önemli nokta, GTO daki gibi bir G GQ kazancının bulunmamasıdır. *Bu bakış açısı altından, MCT ler gerilim kontrollü tam kontrollü bir yarı iletken güç anahtarıdır. *Anahtarlama frekansları IGBT lere yakındır. *MCT ler de GTO lar gibi kontrol edilen akım değerine (I GTQ ) sahiptir. Yalnız, bu değer normal anot-katot akımının çok altındadır. *I GTQ akımın üstünde bir anot-katot akımı değerinde, MCT ler SCR ler gibi ancak zorlamalı komütasyon ile kesime götürülebilir.

34 LASCR (Light Activated Thyristor) *1500A ve 4000V lara kadar üretilmektedir. *Üzerine yeterince ışık düştüğünde iletime geçer, ışık kesilse dahi SCR nin sahip olduğu iletim şartları devam ettiği müddetçe iletim devam eder. *Gate ucundan klasik SCR gibi kontrol edilebilir. *Işık ile ilgili özellikler hariç, diğer özellikleri klasik SCR ile hemen hemen aynıdır.

35 Güç Anahtarlarının Karşılaştırılması (Prof. Dr. Hacı BODUR Güç E.)

36 V x I Güç Anahtarlarının Karşılaştırılması (B.K. Bose P.E. and M.D.) IGBT IPM: IGBT Intelligent Power Module Akıllı IGBT Güç Modülü: Birçok IGBT nin belirli bir devre amacı (2 seviyeli veya 3 seviyeli evirici gibi) ile bir araya getirilmesi ve IGBT sürme devrelerinin de entegre edilmesi ile oluşam müdüle denir. IGBT Discrete: Tekli IGBT Anahtarlama Frekansı

37 Güç Anahtarlarının Karşılaştırılması (B.K. Bose P.E. and M.D.)

38 Güç Anahtarlarının Karşılaştırılması (B.K. Bose P.E. and M.D.)

39 Güç Anahtarlarının Karşılaştırılması (U. ARİFOĞLU Ders Notları)

40 Güç Anahtarlarının Karşılaştırılması Güç Anahtarı Kontrol Edilebil me Kontrol İşareti İletim Yönü Gerilim Tutma Özelliği Güç Botutu Gerilim Boyutu Akım Boyutu Frekans Boyutu Diyot - - tek Ters yönde ***** ***** ***** - Tristör yarı akım tek İleri ve ters yönde GTO tam akım tek İleri ve ters yönde MCT tam gerilim tek İleri ve ters yönde BJT tam akım tek İleri ve ters yönde ***** ***** ***** * **** **** **** ** *** *** *** **** ** ** ** *** MOSFET tam gerilim tek İleri yönde * * ** ***** IGBT tam gerilim tek İleri ve ters yönde *** *** *** **** Unutulmamalıdırki, Güç, Gerilim ve Akım oranları bugüne kadar sürekli gelişmiştir. Fakat frekans oranlarında, özellikle yüksek güç miktarları altında, ilerleme sağlamak oldukça zor olmuştur.

41 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON)

42 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON)

43 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON)

44 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON)

45 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON)

46 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON)

47 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON)

48 Üretimde Önemli Noktalar(SEMIKRON) *Düşük ısıl dirençli tasarım. *Düşük endüktanslı tasarım. *Ters ve ileri yönde daha yüksek gerilim dayanımı sağlama. *İletim kayıplarının azaltılması amacıyla, düşük iletim dirençli (r DSon ) veya diğer bir deyişle düşük V CSsat, V DSsat değerlerine ulaşma. *Anahtarlama kayıplarını azaltmak ve anahtarlama frekansını artırmak. *Anahtarlama şarjı düşük tasarımlar. *Ve daha birçok önemli nokta

49 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) *Düşük endüktanslı DC bara tasarımı. 1.Bakır plaka kullanılır (Kablu kullanılmaz). 2.Kondansatörler paralel bağlanarak kullanılır. 3.DC bara yolunda akımın izleyeceği yol olabildiğince kısa olmalıdır. 4.Düşük endüktanslı DC bara kondansatörü kullanılır.

50 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

51 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

52 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

53 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

54 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

55 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) *Doğru Snubber konsatörü seçimi 1.Kodansatör bağlantısında kablo kullanılmaz. Kondansatörler doğrudan plakalı bir şekilde bağlanır. 2.Düşük endüktanslı kondansatör kullanılır.

56 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

57 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

58 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) V overshoot L toplam V V V di bus dt toplam bus overshoot

59 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

60 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

61 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

62 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

63 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON)

64 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) *Aksi takdirde, aşma (overshoot) gerilimi yükselir ve IGBT yi tahrip edebilir. *Yüksek endüktans, L-C rezonans devresi gibi davranışlar ın sergilenmesine yol açar. Bu durumda güç elektroniği devrelerinde çok önemli olan geçici durum davranışlarının kötüleşmesine yol açar.

65 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) Aşırı gerilimden korumak için Gate Sabitleme

66 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) Isı Yönetimi: Mesafeyi artırmak ısıl direnci önemli ölçüde düşürür. Fakat, bu durumda endüktansın artacağı unutulmamalıdır. ***Isıl direnç azalırsa, ısı dağılımı artar***

67 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) 1. Tristör çeşitlerini birbirleri ile karşılaştırınız. 2. Transitör çeşitlerini birbirleri ile karşılaştırınız. 3. Yarı iletken teknolojisinde yaşanan gelişmeleri araştırınız. 4. Tristörün ısıl özelliklerini araştırınız. Isıl problemlerle ilgili (en az biri soğutucu tasarımı olacak) en az 3 adet örnek problemi çözünüz. 5. Elektrikli arabalarda bulunan Güç Elektroniği Sistemleri ni araştırınız. Blok şemalar çizerek her bir elemanın çalışma şeklini açıklayınız. 6. Rüzgar santrallerinde kullanılan Güç Elektroniği Sistemleri ni araştırınız. Blok şemalar çizerek her bir elemanın çalışma şeklini açıklayınız. 7. Ev aletlerinde (Çamaşır-bulaşık makinesi, elektrikli süpürge, buzdolabı, klima ve cep tel. şarj cihazı) kullanılan Güç Elektroniği Sistemleri ni araştırınız. Blok şemalar çizerek her bir elemanın çalışma şeklini açıklayınız. Not: Ödevler iki hafta sonra teslim edilecektir. İstisnai durumlar hariç olmak üzere ödev sayfa sayısının 5 ile 10 arasında olmasına dikkat ediniz.

68 Son Ürün (SEMIKRON)

69 Son Ürün

70 Son Ürün

71 Son Ürün

72 Son Ürün

73 Son Ürün

74 Uygulamada Önemli Noktalar(SEMIKRON) Daha fazla detay bilgi için kaynaklar:

75 Uygulama sonuçları (Skaler Denetimli ASM Sürücü, Boşta Akım Grafikleri) Mikrodenetleyici (dspic30f4011) Denetimsiz Doğrultucu (skd2512) IGBT Modüller (SEMIX302 GB128Ds) Filtre Kondan satörleri 450V, 6800µF Üç Fazlı Asenkron Motor IGBT Sürücüler (SKYPER 32 PRO) f=25hz ve m=0,5 durumunda R fazı hat akımı, harmonik dağılımı ve THB (Boşta Çalışma Durumu) Şekil 3.2: Asenkron motor sürücü devresi

76 Uygulama sonuçları (Skaler Denetimli ASM Sürücü, Boşta Akım Grafikleri) Şekil 3.6: f=25hz ve m=0,5 durumunda R fazı hat akımı, harmonik dağılımı ve THB (Boşta Çalışma Durumu)

nest...

187622 187623 187624 187625 187626