Slayt 1 - Özer Şenyurt

Güç Elektroniği – 1
Elektronik Devre Tasarımı
Ders 05
Ders Notları Ege Üniversitesi Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mehmet Necdet YILDIZ’a aittir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/1
Güç Elektroniği – 1
AC-DC Dönüştürücüler
3 Fazlı Doğrultucular
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz
Doğrultucu (Omik Yükte);
3 fazlı doğrultucular hem daha
yüksek güç elde etmek için hem de
daha düzgün DC gerilim sağlamak
için kullanılan güç elektroniği
devreleridir.
3 fazlı yarım dalga kontrolsüz doğrultucu
bağlantısı omik yükte çalışma için
şekilde gösterilmiştir. Şekilden görüldüğü
gibi her fazın pozitif alternansı bir diyot
tarafından iletilmektedir.
1 fazlı doğrultucu devrelerle yaklaşık
15kW güçlere kadar çıkılmakta daha
yüksek güçler için ise 3 faz kullanımı
gerekmektedir.
3 fazlı doğrultucular da 1 fazlılar gibi
önce kontrolsüz daha sonra da
kontrollü olarak incelenecek ve
analizi yapılacaktır.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
3 fazlı bağlı AC kaynak
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/2
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Omik Yükte);
Yan taraftaki dalga temel şekillerinden
görülebileceği gibi, yarım dalga
doğrultma yapılmasına ve filtreleme
kullanılmamasına rağmen her 3 faz
gerilimi arasındaki 120º’lik faz
kaymalarından dolayı çıkış gerilimi
oldukça düzgün oluşmuştur.
Devrenin faz gerilimlerini doğrulttuğu
görülmektedir. Fakat diyotlar üzerine
gelen ters gerilimin hat gerilimi olduğu
görülmektedir.
Kaynaklardan çekilen akım ise kare
dalga formatında olup 120º faz farklıdır.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/3
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Omik Yükte);
Çıkış geriliminin ortalama değeri (Vdc);
3 fazlı yarım dalga kontrolsüz
doğrultucunun omik yükteki çıkış
gerilim dalga şekli aşağıdaki şekilde
görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik.
Bu durumda gerilimin ortalama değeri
yan taraftaki gibi bulunabilecektir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/4
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Omik Yükte);
Çıkış Akımının Ortalama Değeri (Idc);
3 fazlı yarım dalga kontrolsüz
doğrultucunun omik yükteki çıkış
akımı dalga sekli aşağıdaki şekilde
görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik.
Bu durumda akımın ortalama değeri
yan taraftaki gibi bulunabilecektir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/5
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Omik Yükte);
Ortalama Çıkış Gücü (Pdc);
Şekilde verilen kaynak akımını “Im” tepe
Pdc= Idc . Vdc
Kaynak Akımının Etkin Değeri (Ia(rms));
Kaynağın bir fazından çekilen akım
şekilde görülmekte olup bu akımın
etkin değeri yandaki gibi
bulunabilecektir.
değerli kare dalga formatında bir akım
olarak kabul edersek bu akımın yaklaşık
etkin değeri
IA(rms)= Im . √k
eşitliğinden bulunabilecektir. Burada etkin
periyot (k),
k= t1 / (t1+t2)
Kaynaktan Çekilen Toplam Etkin Güç
(Ps(rms));
PA(rms)= IA(rms) . Vf(rms)
Üç fazdan çekilen toplam güç;
PS(rms)= 3 . PA(rms)
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/6
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Omik Yükte);
Devrenin Güç Katsayısı (Cosφ);
Kaynağın bir fazından çekilen akım ve
ilgili faz gerilimi şekilde görülmektedir.
Şekilde kaynak akımı, kaynağın sadece
pozitif alternanslarında çekildiği için
dengesiz ve güç katsayısı da belirsizdir.
Anahtar (Diyot) Akımı (ID);
Anahtar (diyot) akımı dalga sekli
şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar
akımı;
ID= Im + (%30.Im)= 1,3 . Vm/R
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/7
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Omik Yükte);
Anahtar (Diyot) Gerilimi (VD);
Anahtar gerilimi aşağıdaki şekilde
görülmektedir. Görüldüğü gibi anahtar
üzerine doğrudan kaynağın hat gerilimi
gelmektedir. Bu durumda anahtar gerilimi,
hat gerilimi tepe değerinin (√3.Vm) en az
%30 daha fazlası olmalıdır.
VD= √3 . Vm + %30
VD= √3 . Vm . 1,3
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/8
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Endüktif Yükte);
3 fazlı yarım dalga kontrolsüz
doğrultucu bağlantısı endüktif yük
için aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Şekilden görüldüğü gibi yüke ters
paralel bir serbest geçiş diyotu
bağlanmamıştır.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/9
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Yan taraftaki dalga temel şekillerinden
görülebileceği gibi, yarım dalga doğrultma
yapılmasına ve filtreleme kullanılmamasına
rağmen her 3 faz gerilimi arasındaki 120º’lik
faz kaymalarından dolayı çıkış gerilimi
oldukça düzgün oluşmuştur.
Devrenin faz gerilimlerini doğrulttuğu
görülmektedir. Fakat diyotlar üzerine gelen
ters gerilimin hat gerilimi olduğu
görülmektedir.
Kaynaklardan çekilen akım ise kare dalga
formatında olup 120º faz farklıdır.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 10
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Çıkış Geriliminin Ortalama Değeri (Vdc);
3 fazlı yarım dalga kontrolsüz
doğrultucunun endüktif yükteki çıkış
gerilim dalga sekli aşağıdaki şekilde
görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik.
Bu durumda gerilimin ortalama değeri
yan taraftaki gibi bulunabilecektir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 11
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Çıkış Akımının Ortalama Değeri (Idc);
3 fazlı yarım dalga kontrolsüz
doğrultucunun endüktif yükteki çıkış
akımı dalga sekli aşağıdaki şekilde
görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik.
Bu durumda akımın ortalama değeri
yan taraftaki gibi bulunabilecektir.
Burada yük çok endüktif kabul edilerek
çıkış akımı da tamamen düz kabul
edilmiştir.
Bu akım her 120 derecede devreye giren
fazlara ait diyotlar üzerinden
sağlanmakta olup serbest geçiş diyotuna
ihtiyaç kalmamaktadır. Bu nedenle
serbest geçiş diyotu kullanılmamıştır.
Bu durumda akımın ortalama değeri,
etkin değeri, ani değeri tepe değere eşit
olacaktır.
Idc= Im = Vm / Z
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 12
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Ortalama Çıkış Gücü (Pdc);
Pdc= Idc . Vdc
Kaynak Akımının Etkin Değeri (Ia(rms));
Kaynağın bir fazından çekilen akım
şekilde görülmekte olup bu akımın etkin
değeri yandaki gibi bulunabilecektir.
Şekilde verilene göre kaynak akımını
“Im” tepe değerli kare dalga formatında
bir akım olduğu görülmektedir. Buna
göre akımın etkin değeri,
IA(rms)= Im . √k
eşitliğinden bulunabilecektir. Burada
etkin periyot (k),
k= t1 / (t1+t2)
Kaynaktan Çekilen Toplam Etkin Güç
(Ps(rms));
PA(rms)= IA(rms) . Vf(rms)
Üç fazdan çekilen toplam güç;
PS(rms)= 3 . PA(rms)
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 13
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Devrenin Güç Katsayısı (Cosφ);
Kaynağın bir fazından çekilen akım ve
ilgili faz gerilimi şekilde görülmektedir.
Şekilde verilene göre kaynak akımı,
kaynağın sadece pozitif alternanslarında
çekildiği için dengesiz ve güç katsayısı
da belirsizdir.
Anahtar (Diyot) Akımı (ID);
Anahtar (diyot) akımı dalga sekli
şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar
akımı;
ID= Im + (%30.Im)= 1,3 . Vm/R
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 14
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrolsüz Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Anahtar (Diyot) Gerilimi (VD);
Anahtar gerilimi aşağıdaki şekilde görülmektedir.
Görüldüğü gibi anahtar üzerine doğrudan kaynağın
hat gerilimi gelmektedir. Bu durumda anahtar
gerilimi, hat gerilimi tepe değerinin (√3.Vm) en az
%30 daha fazlası olmalıdır.
VD= √3 . Vm + %30
VD= √3 . Vm . 1,3
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 15
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükte);
3 fazlı yarım dalga kontrollü doğrultucu
devre bağlantısı saf omik yükte çalışma
için aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Şekilden görüldüğü gibi her fazın pozitif
alternansı ayrı bir tristör tarafından
kontrol edilmektedir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
Şekilde görülen devredeki tristörleri
kontrol etmek için ise aşağıdaki
şekilde görüldüğü gibi 3 fazlı bir
uyarma devresine ihtiyaç
duyulmaktadır.
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 16
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükte);
Şekildeki temel dalga şekillerinden
görüldüğü gibi, her bir tristör kendi fazının
pozitif alternansında ilk 30°’den sonra
kontrol edilmeye başlanmakta ve bu
kontrol alternans sonuna kadar devam
edebilmektedir.
Devre faz gerilimlerini doğrultmakta fakat
devredeki tristörler üzerine çalışma
sırasında darbeler halinde hat gerilimi
gelmektedir.
Yük rezistif olduğu için çıkış akımının
dalga sekli, çıkış geriliminin sekliyle
tamamen aynıdır.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 17
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükte);
Çıkış Geriliminin Ortalama Değeri (Vdc);
3 fazlı yarım dalga kontrollü
doğrultucunun omik yükteki çıkış
gerilim dalga sekli aşağıdaki şekilde
görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik.
Bu durumda gerilimin ortalama değeri
yan taraftaki gibi bulunabilecektir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 18
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükte);
Çıkış Akımının Ortalama Değeri (Idc);
3 fazlı yarım dalga kontrollü
doğrultucunun omik yükteki çıkış
akımının dalga sekli aşağıdaki şekilde
görüldüğü gibi olduğunu belirtmiştik.
Bu durumda akımın ortalama değeri
yan taraftaki gibi bulunabilecektir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 19
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükte);
Ortalama Çıkış Gücü (Pdc);
Pdc= Idc . Vdc
Kaynak Akımının Etkin Değeri (IA(rms));
Kaynağın bir fazından çekilen akım
şekilde görülmekte olup bu akımın
etkin değeri yandaki gibi
bulunabilecektir.
Kaynaktan Çekilen Toplam Etkin Güç (PSrms)
PA(rms)= IA(rms) . Vf(rms)
Üç fazdan çekilen toplam güç;
PS(rms)= 3 . PA(rms)
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 20
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükte);
Devrenin Güç Katsayısı (cosφ);
Kaynağın bir fazından çekilen akım
ve ilgili faz gerilimi şekilde
görülmektedir.
Şekilde verilen dalga şekline göre kaynak
akımı, kaynağın sadece pozitif
alternanslarında çekildiği için dengesiz ve
güç katsayısı da belirsizdir.
Anahtar (tristör) akımı (IT);
Anahtar (tristör) akımı dalga sekli
şekildeki gibidir. Bu şekle göre anahtar
akımı;
IT= Im + (%30.Im)= 1,3 . Vm/R
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 21
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükte);
Anahtar (tristör) gerilimi (VT);
Anahtar gerilimi aşağıdaki şekilde
görülmektedir. Görüldüğü gibi anahtar
üzerine doğrudan kaynağın hat gerilimi
gelmektedir. Bu durumda anahtar
gerilimi, hat gerilimi tepe değerinin
(√3.Vm) en az %30 daha fazlası
olmalıdır.
VT= √3 . Vm . 1,3
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 22
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Endüktif Yükte);
3 fazlı yarım dalga kontrollü doğrultucu
devre bağlantısı endüktif yük için şekilde
gösterilmiştir. Şekilden görüldüğü gibi
yüke ters paralel bir serbest geçiş diyotu
bağlanmamıştır.
Şekilde ise devreye ait temel dalga
şekilleri görülmektedir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 23
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Şekildeki temel dalga şekillerinden
görüldüğü gibi, çok endüktif yükte her bir
tristör yine kendi fazının pozitif
alternansında ilk 30°’den sonra kontrol
edilmeye başlanmakta ve bu iletim diğer
tristör uyarılana kadar sürmektedir.
Şekilden görüldüğü gibi, çıkış akımı
tamamen düz kabul edilmiştir. Serbest
geçiş diyotuna gerek kalmaksızın her bir
tristör diğeri uyarılana kadar iletimde
kalarak bu devamlılığı sağlamaktadır.
Devre çıkısına serbest geçiş diyotu
bağlanacak olursa, çıkış geriliminin
negatife geçişleri kesilecektir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 24
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Çıkış Geriliminin Ortalama Değeri (Vdc);
3 fazlı yarım dalga kontrollü doğrultucunun
endüktif yükteki çıkış gerilim dalga sekli
aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi olduğunu
belirtmiştik. Bu durumda gerilimin ortalama
değeri yan taraftaki gibi bulunabilecektir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 25
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Çıkış Akımının Ortalama Değeri (Idc);
Kaynak Akımının Etkin Değeri (IA(rms));
3 fazlı yarım dalga kontrollü doğrultucunun
endüktif yükteki çıkış akımının dalga sekli
aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi olduğunu
belirtmiştik. Bu durumda akımın ortalama
değeri,
Idc= Im= Vm / Z
eşitliğinden bulunabilecektir.
Kaynağın bir fazından çekilen akım
şekilde görülmekte olup, etkin değeri
etkin periyotta göre bulunabilir.
Ortalama Çıkış Gücü (Pdc);
Pdc= Idc . Vdc
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
Kaynak akımının etkin periyodu,
k= t1 / (t1+t2)
Akımın etkin değeri,
IA(rms)= Im . √k
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 26
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Kaynaktan Çekilen Toplam Etkin Güç (PS(rms));
Bir fazdan çekilen güç,
PA(rms)= IA(rms) . Vf(rms)
Üç fazdan çekilen toplam güç;
PS(rms)= 3 . PA(rms)
Devrenin Güç Katsayısı (cosφ);
Kaynağın bir fazından çekilen akım ve ilgili
faz gerilimi şekilde görülmektedir.
Şekilde verilen sekle göre kaynak akımı,
kaynaktan sadece tek yönlü olarak (pozitif
yönde) çekildiği için dengesiz ve güç
katsayısı da belirsizdir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 27
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Anahtar (Tristör) Akımı (IT);
Anahtar (Tristör) Gerilimi (VT);
Anahtar (tristör) akımı dalga sekli
şekildeki gibidir. Bu sekle göre anahtar
akımı;
IT= Im + (%30.Im)= 1,3 . Vm/R
Anahtar gerilimi aşağıdaki şekilde
görülmektedir. Görüldüğü gibi anahtar
üzerine doğrudan kaynağın hat gerilimi
gelmektedir. Bu durumda anahtar
gerilimi, hat gerilimi tepe değerinin
(√3.Vm) en az %30 daha fazlası
olmalıdır.
VT= √3 . Vm . 1,3
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 28
Güç Elektroniği – 1
3 Fazlı Yarım Dalga Kontrollü Doğrultucu (Endüktif Yükte);
Üç fazlı yarım dalga kontrollü doğrultucunun omik ve tam endüktif yükler altında
çalıştırılmasında yapılan analizlerde her bir güç elemanının 360 derecelik bir periyot
içinde 120’ser derece çalıştığı, 240 derece ise yalıtımda kaldığı görülmüştür.
Bu çalısma sırasında her bir elemandan faz akımı akmakta ve her bir eleman hat
gerilimine dayanmak zorunda kalmaktadır.
Kaynaktan çekilen akım tek yönlü olduğu için dengesizdir.
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 29
Güç Elektroniği – 1
Özer
ÖzerŞENYURT
ŞENYURT
www.ozersenyurt.net – www.orbeetech.com
/ 30