BÖLÜM 3 TRİSTÖRLÜ DOĞRULTUCULAR

BÖLÜM 3
TRøSTÖRLÜ DOöRULTUCULAR
A. Deneyin AmacÕ
Tek faz ve 3 faz tristörlü do÷rultucularÕn çalÕúmasÕnÕ ve davranÕúlarÕnÕ incelemek.
Bu deneyde tek faz ve 3 faz olmak üzere tüm yarÕm ve tam dalga tristörlü do÷rultucular,
omik ve indüktif yükler altÕnda incelenecektir. Deney 2’de diyotlar kullanÕlarak incelenen
do÷rultucu devreler, bu deneyde tristörlerle kontrollü bir hal almÕútÕr. Yani yük gerilimi
tristörlerin iletime geçme zamanlamalarÕ kontrol edilerek de÷iútirilebilir. Bu sebeple
tristörlü do÷rultuculara kontrollü do÷rultucular da denir.
B.Teori: Tristörlü Do÷rultucular
GøRøù
Deney 2’ de sabit çÕkÕú gerilimi üretebilen diyotlu do÷rultucularÕ inceledik. E÷er
endüstriyel uygulama sabit de÷il de ayarlanabilir bir gerilime ihtiyaç duyuyorsa bu
durumda diyotlu do÷rultucularÕ kullanamayÕz. Bu tip uygulamalarda diyotlarÕn yerini faz
kontrollü tristörler alÕr. Tristörün çÕkÕú gerilimi, tristörün gecikme ya da ateúleme açÕsÕ
de÷iútirilerek kontrol edilebilir. Tristör, kapÕ terminaline uygulanan bir akÕm darbesiyle
iletime sokulur ve ancak üzerindeki gerilim negatifken, akÕm da belli bir de÷erin altÕna
düúerse kapanÕr. AC sistemlerde gerilim ve akÕm do÷al olarak negatife inerler ancak DC
sistemlerde böyle bir durum söz konusu olmadÕ÷Õ için bu sistemlerde tristör kullanÕlamaz.
Faz kontrollü sistemler basit, verimli ve nispeten ucuz olduklarÕ için endüstriyel
uygulamalarda, özellikle ayarlanabilir hÕzlÕ sürücü sistemlerinde birkaç kW’den MW
seviyelerine kadar geniú bir aralÕkta yaygÕn olarak kullanÕlÕrlar. Tristörlü do÷rultucular da
diyotlu do÷rultucular gibi, tek faz , üç faz ve yarÕm dalga , tam dalga do÷rultucu úeklinde
incelenecektir.
GÜÇ ELEKTRONøöø
91
Tek Faz YarÕm Dalga Tristörlü Do÷rultucu:
ùekil 3.1’de de görüldü÷ü gibi devrede yarÕm dalga diyotlu do÷rultucudaki diyodun
tristörle de÷iútirilmesi dÕúÕnda bir fark yoktur.
ùekil 3.1 YarÕm dalga tristörlü do÷rultucu
Faz kontrolü, giriú geriliminin pozitif evresinin istenildi÷i anÕnda, tristörün iletime
sokulmasÕyla sa÷lanÕr. Bu noktadan itibaren üzerindeki gerilim negatif olup, akÕm azalana
kadar tristör iletimde kalÕr. E÷er yük omik bir yük ise tristör akÕm ve gerilimlerinin dalga
úekli aynÕ olur ve negatif gerilim
sorunu yaúanmaz. Ancak diyotlu yarÕm dalga
do÷rultucuda oldu÷u gibi, indüktif yükte, tristörlü do÷rultucu da, akÕm geriden geldi÷i için
geç kapanarak bir süre negatif gerilimi geçirecek bu da yüke uygulanan ortalama
gerilimin azalmasÕna sebep olacaktÕr. ùekil 3.2. de farklÕ ateúleme açÕlarÕ için yarÕm dalga
do÷rultucunun çÕkÕúÕnda gözlenebilecek dalga úekilleri görünmektedir.
ùekil 3.2.Omik ve indüktif yükle 0,60,90O ateúleme açÕlarÕnda çÕkÕú akÕm, gerilim dalga
úekilleri
YarÕm dalga do÷rultucu devreleri, düúük frekans bileúenleri
ve yüksek salÕnÕmlarÕ
sebebiyle endüstride tercih edilmezler.
ÇÕkÕú geriliminin ortalama ve etkin de÷erleri diyotlu do÷rultuculardaki gibi
hesaplanabilir.
VORT
VM
(1 CosD )
2S
V RMS
( D =Ateúleme açÕsÕ)
GÜÇ ELEKTRONøöø
92
VM
2
ª1 §
Sin 2D ·º
« S ¨ S D 2 ¸»
¹¼
¬ ©
0.5
Tek Faz Tam Dalga (Köprü )Do÷rultucu:
ùekil 3.3’te yarÕ kontrollü ve tam kontrollü köprü do÷rultucu görünmektedir. Tam
kontrollü do÷rultucu 4 tane tristörden oluúurken, yarÕ kontrollü do÷rultucu 2 tristör 2
diyottan oluúmaktadÕr. YarÕ kontrollü do÷rultucuda gerilim ve akÕm daima pozitiftir, yani
sadece tek kadranda çalÕúan bir do÷rultucudur. Tam kontrollü do÷rultucuda ise boúta
çalÕúma diyodu kullanÕlmadÕ÷Õ takdirde gerilim negatife düúebilir. AkÕm ise burada da
daima pozitiftir. Bu sistem de pozitif akÕm ve pozitif-negatif gerilimle yani 2 kadranda
çalÕúmaktadÕr.
ùekil 3.3 Tek faz, yarÕ-kontrollü ve tam kontrollü do÷rultucu
ùekil 3.4’te indüktif yüklü, yarÕ kontrollü do÷rultucu için tipik bir çÕkÕú gerilimi
dalga úekli ile tristör ve diyotlarÕn iletim aralÕklarÕ verilmiútir.
ùekil 3.4 YarÕ kontrollü köprü do÷rultucu
ùekilde de görüldü÷ü gibi gerilimin pozitif evresini T1-D2 negatif evresini de T2D1 anahtarlarÕ iletmektedir. Gerilim pozitif evrenin sonuna gelip negatife geçti÷inde T1D2 çiftinin görevi biter ve gerilim negatife geçti÷i için D2 kapanarak üzerinde pozitif
gerilim olan D1 açÕlÕr. Bu noktada T2 henüz ateúlenmedi÷i için ve de yük akÕmÕ sÕfÕra
düúmedi÷i için T1 tristörü T2 ateúlenene kadar iletimde kalÕr. wt= S + D ’da T2 ateúlenir
ve T2-D1 çifti iletimi alÕr.
GÜÇ ELEKTRONøöø
93
Gerilimin ortalama ve etkin de÷erleri aúa÷Õdaki gibidir.
VORT
VM
S
(1 CosD )
V RMS
VM ª 1 §
Sin 2D ·º
« S ¨ S D 2 ¸»
2¬ ©
¹¼
0.5
Tam kontrollü do÷rultucuda diyotlar yerine de tristörler kullanÕldÕ÷Õ için devre
üzerindeki her anahtar kontrollüdür ve bu sebeple tam kontrollü denmektedir. ùekil
3.3’te görülen tam kontrollü devreye göre, T1-T4 tristörleri ve T2-T3 tristörleri kendi
içlerinde birlikte çalÕúÕr. wt= D anÕnda T1 ve T4 ateúlenir ve wt=Ⱥ anÕna kadar bu
tristörler iletimde kalÕr. T2 ve T3 tristörleri wt=Ⱥ+Į’ya kadar ateúlenmeyece÷i için, e÷er
yük indüktif ise T1 ve T4 tristörleri kesim durumuna geçmeyip yük akÕmÕnÕ taúÕmaya
devam edecekler ; T2 ve T3 diyotlarÕnÕn açÕlma anÕna kadar da negatif gerilimi çÕkÕúa
ileteceklerdir. wt=Į anÕnda T2 ve T3 tristörleri ateúlenerek iletime baúlayacaklardÕr. Bu
durum tristörlerin iletim periyotlarÕyla birlikte úekil 3.5’te gösterilmiútir.
T1-T4
0
D
ʌ
øletim
Yok
ʌ +D
øletim
Yok
T2-T3
øletim
Yok
T1-T4
2ʌ
ùekil 3.5
ùekil 3.5’e göre yük akÕmÕnÕn süreksiz oldu÷u görünmektedir. Bu sebeple devredeki
hiçbir anahtarÕn iletimde olmadÕ÷Õ zaman dilimleri vardÕr. Sürekli yük akÕmÕ olmasÕ
durumunda
akÕm, T1-T4 tristörleri tarafÕndan di÷er tristör çifti ateúlenene kadar
taúÕnacaktÕr. Bu durumda da akÕmÕn süreklili÷i sa÷lanÕrken ortalama gerilim azalacaktÕr.
Į’dan Ⱥ’ye kadar olan periyotta gerilim ve akÕm pozitiftir yani güç úebekeden yüke do÷ru
akmaktadÕr. Bu durumda devre “do÷rultma” (rectification) durumundadÕr denir. Gerilimin
Ⱥ’den sonraki negatif kÕsmÕnda ise akÕm yine pozitiftir. Güç yükten kayna÷a akar. Bu
konumda da devre “evirici” (inverter) modunda çalÕúÕyor denir.
AkÕm sürekli oldu÷u takdirde, tam kontrollü köprü do÷rultucu için, ortalama ve etkin
gerilim aúa÷Õdaki formüllerle hesaplanabilir.
VORT
GÜÇ ELEKTRONøöø
2VM
S
(CosD )
94
V RMS
VM
2
DENEY 3.1.1: Tek FazlÕ YarÕm Dalga Do÷rultucu (Omik Yükle)
ùekil 3.12’de görülen devreyi kurunuz.
( Devre, giriúteki diyot yerine tristör kullanÕlmasÕ dÕúÕnda deney 2.1.1’deki ile aynÕdÕr )
Not: Ampermetre tristör giriúinde AC, çÕkÕúÕnda DC ba÷lanacaktÕr. Yer açÕsÕndan sÕra ile
ba÷lanabilir. Deney úemasÕnda karÕúÕklÕ÷Õ önlemek için DC ba÷lantÕ kullanÕlmÕútÕr.
ùekil 3.12
ùekil 3.13
GÜÇ ELEKTRONøöø
99
DENEYøN YAPILIùI:
Tristörün iletime geçmesi için kapÕ terminaline bir akÕm uygulanmasÕ gerekti÷ini
deney 1’de görmüútük. ùimdi bu akÕmÕn gecikme açÕsÕnÕ 0 dereceye ayarlayÕn. (Į=0o).
Böylece tristör, diyot gibi davranacak ve diyotlu yarÕm dalga do÷rultucuda oldu÷u gibi,
giriú geriliminin pozitif evresini tamamen do÷rultacaktÕr. Ateúleme açÕsÕnÕn (Į) 0o oldu÷u
bu durumdaki yük gerilimi ve akÕmÕyla, giriú akÕmÕ ve tristör geriliminin dalga úeklini
çiziniz. Yük gerilim ve akÕmÕnÕn, ortalama ve etkin de÷erlerini ölçünüz.
Tristörün ateúleme açÕsÕnÕ 30,60,90,120,150 ve 180 dereceye ayarlayarak dalga
úekillerini gözlemleyiniz. YukarÕdaki basamaklarda alÕnan çizimleri ve ölçümleri bu
basamaklar için de tekrarlayÕnÕz.
NOT: Tristör sürücü devresindeki 220V referans gerilimi 3 fazlÕ trafo çÕkÕúÕndaki
220V gerilimden alÕnmasÕ sonuçlarÕn do÷rulu÷u açÕsÕndan tavsiye edilir.
100 ohm yük gerilimi 0 derece
100 ohm yük gerilimi 0 derece
100 ohm yük gerilimi 30 derece
GÜÇ ELEKTRONøöø
100 ohm yük gerilimi 30 derece
100
100 ohm yük gerilimi 30 derece
100 ohm yük gerilimi 60 derece
100 ohm yük gerilimi 60 derece
100 ohm yük gerilimi 60 derece
100 ohm yük gerilimi 90 derece
100 ohm yük gerilimi 90 derece
GÜÇ ELEKTRONøöø
101
100 ohm yük gerilimi 90 derece
100 ohm yük gerilimi 120 derece
100 ohm yük gerilimi 120 derece
100 ohm yük gerilimi 120 derece
G-K 0 DERECE
G-K 120 DERECE
ùekil 3.14 Çeúitli açÕlarda Tristör tetikleme úekilleri.
GÜÇ ELEKTRONøöø
102
'(1(<3.1.1 İSTENENLER
x
Deney 3.1.1’deki tek fazlÕ yarÕm dalga do÷rultucu için ölçtü÷ünüz gerilimleri teorik
olarak hesaplayarak ölçülen de÷erlerle karúÕlaútÕrÕnÕz. Sonuçlar uyumlu mu?
De÷ilse neden de÷il belirtiniz. Yük geriliminin, giriú ve yük akÕmÕnÕn dalga úeklini
ölçekli ka÷Õda çiziniz.
(Tek fazlÕ, kontrollü yarÕm dalga do÷rultucu için :
1
FOrt
FM
(1 CosD )
2S
FRMS
FM ª 1 §
Sin 2D ·º 2
¸
¨S D «
2 ¬S ©
2 ¹»¼
FM :AkÕm ya da gerilimin tepe de÷eri.)
x
Devre için, yük geriliminin ölçülen de÷erinin grafi÷ini, tristörün tetikleme
açÕsÕna( D ) göre çiziniz.
x
Deneyde aldÕ÷ÕnÕz ölçümleri kullanarak form faktörünü hesaplayÕnÕz.
FormFaktör
I etkin
I ortalama
Elde etti÷iniz sonuçlara göre form faktör neyin göstergesidir açÕklayÕnÕz.
Her bir ölçüm ve teorik hesaplarÕnÕz için aúa÷Õdaki tabloyu kullanÕnÕz.
Tablo 1.
Alpha
D
0
30
60
90
120
150
GÜÇ ELEKTRONøöø
Ölçülen De÷erler
Etkin(RMS)
Ortalama
Teorik De÷erler
Etkin(RMS)
Ortalama