Güç Elektroniği Devresi

Güç Kontrol Devresi
Devre Elemanları:
-2.7K,470 ohm’luk dirençler
-500K ohm’luk potansiyometre
-2*0.1F’lık kondansatör
-100W’lık akor telli Lamba
-30V’luk diyak
-BT137 triyak
-220V-50Hz güç kaynağı
Sayfa 1
DEVREDE KULLANILAN ELEMANLAR
DİRENÇLER
Direnç kelimesi genel anlamda , “bir güce karşı olan direnme” olarak tanımlanabilir.
Elektrik ve elektronikte direnç iki ucu arasına gerilim uygulanan bir maddenin akım
akışına karşı gösterdiği direnme özelliğidir.
Kısaca elektrik akımına karşı gösterilen zorluğa direnç denir.
Direnç “R” veya “r” ile gösterilir , birimi “ohm” () dur.
Şekil 1. Direnç sembolleri
Direncin devredeki rolü:
Bir E gerilim kaynağına bağlanan R direncinden şekil 2.’de gösterilmiş olduğu gibi bir
I akımı akar.
Bu üç değer arasında Ohm kanununa göre şu bağıntı vardır .
E=I . R
Birimleri:
E:Volt I:Amper
R:Ohm ()
Direnç Türleri:
1. Sabit dirençler
2. Ayarlı dirençler
3. Termistör
4. Fotodirenç
Sayfa 2
İncelenen devrede kullanılan dirençler sabit direnç ve ayarlı direnç (potasiyometre) ‘dir.
Direnç renk kodları:
Elektronik devrelerde en çok kullanılan karbon ve metal film dirençlerin üzerine direnç
değerlerini belirleyici renk kodları işlenmiştir.Bu renk kodları şekilde görüldüğü gibi değişik
şekillerde gösterilmektedir.
Renk
Sayı
Çarpan
Tolerans
Siyah
0
1
-
Kahverengi
1
10
%1
Kırmızı
2
100
%2
Turuncu
3
1000
-
Sarı
4
10000
-
Yeşil
5
100000
%0.5
Mavi
6
1000000
%0.25
Mor
7
10000000
%0.1
Gri
8
100000000
%0.05
Beyaz
9
1000000000
-
Renksiz
-
-
%20
Gümüş
-
0.01
%10
Altın
-
0.1
%5
Şekil 3. Direnç
Direnç değeri= ( AB10C )T
Sayfa 3
POTANSİYOMETRE
Potansiyometreler şekil 4 de belirtilmiş olduğu gibi üç uçlu ayarlı dirençlerdir. Orta uç
direnç üzerinde gezinebilen bir fırçaya bağlıdır.
Potansiyometreler yine şekilde belirtilmiş olduğu gibi direnç değerinin değiştirilmesi
yoluyla gerilim bölme ,diğer bir deyimle çıkış gerilimini ayarlama işlemi yapar.
Potansiyometreler lineer ya da logaritmik aralıklı olurlar.Lineer aralıklı olanlar
genelde ölçü aletlerinde kullanılırlar. Logaritmik olanlarda ise açıldıkça aralıklar giderek
sıklaşır.Radyo ve amplifikatörlerin ses kontrolünde kullanılırlar.
KONDANSATÖRLER
Kondansatörler iki iletken plaka arasına yalıtkan bir maddenin yerleştirilmesi veya
hiçbir yalıtkan kullanılmaksızın hava aralığı bırakılması ile oluşturulur.Genel olarak “c”
Harfi ile sembollendirilir.birimi ise “farad” tır. AC ve DC devrelerde gerilim depolamada
güç katsayısının düzeltilmesinde rezonans halinde ve süzgeç devrelerinde kullanılır.
Kullanılan dielektrik maddenin cinsine göre sınıflandırılırlar
Sayfa 4
Kondansatör çeşitleri
1.Elekrolitik kondansatörler (kutuplu)
2.Mercimek
“
(kutupsuz)
3.Trimmer
“
(ayarlı)
4.Varyabl
“
Kondansatörlerin bağlantı şekilleri
Seri Bağlantı: Bu tip bağlantıda kondansatörler birer ucundan birbirine eklenmiştir.Her
kondansatörde farlı gerilim mevcuttur.Toplam Kapasite(CT) ise kondansatörlerin bire
bölümlerinin toplamına eşittir.Toplam direnç(RT) ise dirençlerin cebirsel toplamına eşittir.
Paralel Bağlantı: Bu bağlantıda ise kondansatörlerin uçları birbirine bağlanmıştır.Her
kondansatöre ayrı gerilim düşer.Toplam Kapasite (CT) ise kondansatörlerin cebirsel
toplamına eşittir.
Karışık Bağlantı: Bu bağlantıda kondansatörler seri ve paralel olarak bağlanmıştır.Toplam
kapasite (CT) ise seri kondansatörlerin paralele çevrilip,daha sonra bu paralel
kondansatörlerin cebirsel toplamının alınmasıyla gerçekleştirilir.
SERİ
PARALEL
Sayfa 5
KARIŞIK
.
Kondansatörlerin direnci
Kondansatörler AC gerilime az DC gerilime çok direnç gösterirler .Frekansa bağlı olarak
dirençleri değişir.
Xc = 1/ 2fc
Bu formülde değişik olarak “F” frekans birimi Herz olarak bulunur.
Kondansatör değerlerinin belirlenmesi:
Kondansatörlerin üstünde rakamla belirtilir.Burada sonunda bir birim bulunmayan 3 haneli
sayılarda ilk iki hane sayı 3. hane ise çarpandır.Değerler yan yana yazılıp birim olarakta pF
yazılır.
105=10.10 pF=1.000.000=1 F
Sıcaklık
Katsayısı
1.Sayı
2.sayı
Çarpan
Tolerans
Sayfa 6
Renk
Sayı
Çarpan
Tolerans
Siyah
0
1
%20
Kahverengi
1
10
%1
Sıcaklık Katsayısı
-6
0.10
-6
-33.10
Kırmızı
2
100
-6
%2
-75.10
Turuncu
3
1000
-6
-
-150.10
Sarı
4
10000
-6
-
-220.10
Yeşil
5
100000
-6
%5
-330.10
Mavi
6
1000000
-6
-
-470.10
Mor
7
-
-6
-
-750.10
Gri
8
-
-
Beyaz
9
-
%10
Altın
-
0.1
-
-
DİYAK
Diac bir tost biçiminde PNP yarı iletkenlerinden yapılır. P taraflarında birer bacağı vardır.
Aşağıdaki şekilde bir diac ın iç yapısı ve sembolü görülmektedir.
Sayfa 7
Diac´ın bacakları arasına negatif yada pozitif bir gerilim uyguladığımız zaman içindeki PN
parçalarından biri ters diğeri ise doğru yönde bayaslanır. Ters bayaslanan PN parçasının
üzerinden bir miktar sızıntı akımı akmaya başlar. Diac üzerindeki gerilimi arttırarak PN
bağlantısının kırılma voltajın (breakdown) üzerine çıkartırsak, ters bayaslı PN bağlantı kırılma
bölgesine geçer. Bu durumda Diac üzerinden geçen akım ani olarak yükselir ve Diac negatif
direnç özelliği gösterir. Diac´ın bu durumda çalışmasına ON durumu adı verilir. Diac
üzerindeki voltaj azaltıldığında yada breakdown voltajını altına inildiğinde Diac üzerinden
geçen akım durur yani OFF durumuna geçer.
Diac içindeki katkı atomları P ve N maddeler içinde eşit oranda olduğu için
(hatırlarsanız PNP yapısına sahip BJT transistörlerde PNP maddeleri farklı yoğunlukta katkı
atomlarına sahipti) Diac´ın bacaklarının yönü yoktur.
Diac, çoğunlukla Triac devrelerinde Tetikleme elemanı olarak kullanılır. Aşağıda ki şekilde
Triac ve Diac ile yapılan bir faz kontrollü güç devresi görülmektedir.
Sayfa 8
Bu devrede C kondansatörü zerindeki gerilim Diac kırıla gerilimin üzerine geçtiği zaman
Diac ON durumuna geçerek Triac´ı tetikler. On durumundaki Diac, triac için gerekli olan kapı
akımını sağlar. Triac´ın iletim açısı, Diac´ın devresinde bulunan R ve C nin zaman sabitesi ile
sağlanmaktadır.
Aşağıda ki devre bir önce ki devreye büyük benzerlik göstermektedir. Aralarındaki fark,
yük olarak endüktif bir yük olan AC motor ile devreye ilave edilmiş olan C2 ve R2 dir.
Bilindiği gibi endüktif yüklerde akımla gerilim arasında bir faz farkı vardır. Bu durumda yük
üzerindeki gerim sıfıra ulaşmadan üzerinden geçen akım sıfıra ulaşır, yani triac üzerindeki
gerilim daha yüksek iken üzerinden geçen akım sıfıra ulaşır ve Triac OFF olur. Fakat bu
seferde Triac üzerindeki gerilim çok fazla olduğu için kendiliğinden ateşlenir. İstenmeyen bu
durumu ortadan kaldırmak için devreye R2 ve C2 ilave edilmiştir. Bu RC devresi, devrede ki
faz farkından dolayı oluşan istenmeyen ateşlenmeleri ortadan kaldırır.
Sayfa 9
TRIAC
Thyristör ailesinden olan TRIAC özellikle AC güç kontrolü için yapılmış bir devre
elemanıdır. Aşağıdaki şekilde bir TRIAC ın içi yapısı ve sembolü görülmektedir.
Triac iç yapısına dikkat edilirse paralel bağlanmış iki SCR şeklindedir.Gerçekte de SCR ile
AC güç kontrolü yapılmak istendiğinde iki SCR yi paralel bağlamak gereklidir. Kısaca aynı
kılıf içinde iki SCR olarak düşünebiliriz. Bu yapı özelliğinden bir triac üzerinden geçen her
iki yöndeki akımı kontrol edebilir. Aşağıdaki şekilde bir triac ın V-I karakterristiği
görülmektedir. Şekle dikkat edilirse simetrik iki SCR karakteristiğidir.
Sayfa 10
Devrenin akım iletmesi şu şekilde olmaktadır.
Triacın A1(1 numaralı anod) ve A2 (2 numaralı anod) arasına bir AC akım uygulayalım.
A1 pozitif, A2 negatif olduğu zamanlarda kapıya (gate) pozitif bir pals verildiğinde triacın A1
ucundan A2 ucuna doğru bir akım akacaktır. Uygulanan AC akım sıfır volt olduğunda triac
kendiliğinden akım iletmeyi durduracak yani sönecektir. A2 pozitif A1 negatif olduğunda ise
kapıya negatif bir pals uygularsak akım bu kez A2 den A1 e doğru akacak, A1 ve A2 uçlarına
uygulanan gerilim sıfır volt olduğunda triac kendiliğinden sönecektir. Triaclar örneğin A1
pozitif A2 negatif olduğunda kapısına negatif pals uygulandığında A2 negatif A1 pozitif
olduğunda kapısına pozitif pals uygulandıklarında da ateşlenirler.
Sayfa 11
Triac ın Tetiklenme Durumları
A1 ile A2 arasına uygulanan
gerilim
Kapı ile A2 arasına uygulana
Çalışma Bölgesi
gerilim
Pozitif
Pozitif
I
Pozitif
Negatif
I
Negatif
Pozitif
II
Negatif
Negatif
II
Triacları ateşlenmesi ve ateşleme teknikleri SCR ile aynıdır. Ateşleme için sadece bir
potansiyometre kullanırsak AC sinyalin pozitif bölümlerinde 0-900 derece arası ateşleme
yapabilir. Negatif bölümlerinde ise 2700 ile 3600 arasında ateşleme yapabilir. Ateşleme açısını
daha da arttırmak için kapı ile A2 arasına bir kondansatör ilave edilir. Bu sayede yaklaşık
3600 dereceye kadar ateşleme elde edilir. Ateşleme yöntemleri ile ilgili şekiller aşağıdadır.
Sayfa 12
Triaclar tam dalga güç kontrolünde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bir potansiyometre
yardımı ile yük üzerinde harcanan güç ayarlanabilir, Dimmer yada ışığı ayarlanabilir lambalar
veya sabit güç anahtarlaması solid relay (elektronik röle) örnek olarak verilebilirÖzellikle
solid relay yani elektronik röle teorik olarak sonsuz ömre sahip olması ve hiç bakım
gerektirmemesi nedeni ile yaygın olarak endüstride kullanılmaktadır.
Triac uygulamalarında A1 ve A2 arasına uygulanan voltaj küçük değerler ulaştığında
triac kendiliğinden sönerek akım iletmeyi keser. Yeniden iletime geçirmek için kapıya yeterli
akım ve voltaj sağlamak gereklidir. Buda triac üzerinden geçen akımda kesintiler demektir.
Bazı uygulamalarda bu istenen bir durum değildir.
Triac üzerinden geçen akımı teorik olarak sürekli hale getirmek yada iletimde olmadığı
süreyi en aza indirmek yada iletim açısını çok geniş aralıkta değiştirebilmek için R (direnç), C
(kondansatör) ve neon yada DIAC içeren devreler kullanılır. Örneğin AC motor hız kontrol
devreleri buna bir örnek olarak verilebilir. Neon ile DIAC karakteristikleri birbirine çok yakın
ve DIAC bir yarı iletken olduğu için günümüz devrelerinde DIAC tercih edilmektedir.
Triac’ın önmli bir avantajı , iki ters paralel bağlı tristörün tek silisyum yapı üzerinde
üretilebilmesidir . Fakat iki ayrı ve ters bağlanmış tristör tek bir triaktan daha güçlüdür .
Diğer yandan triaklar ters paralal bağlı iki tristör devresinden daha ekonomik
ve denetim devreleri daha basittir.
Buna karşılık triakların dezavantajları ve kullanımını sınırlayan faktörler ;
 dV/dt kapasiteleri düşük olduğundan endüktif yüklerde denetimi zorlaşır
Kapı devresi hassasiyetleri daha azdır,
Serbest kalma süresi (tekrar iletim için kapalı kalması gereken süre) tq daha büyüktür.
Bilindiği gibi tq değeri daha küçük olan tristörler daha değerlidir.
Sayfa 13
DEVRENİN ÇALIŞMASI
Dimmer devresi ışık şiddetini ayarlayan bir devre olup , 220V AC gerilim ve 50Hz
şebeke freaknsında çalışır . Devre ışık şiddetini ayarını potansiyometre vasıtasıyla
yapmaktadır.
Devreye enerji verildiğinde =RC eşitliğinden kondansatörün şarj , deşarj
Süreleri potansiyometre ve R1 Direnci ile belirlenir. R ve C kapı sinyalini geciktirecek bir faz
kaydırma devresi oluşturur. Kapı devresi diyak tarafından pozitif yarım çevrimde x
noktasında negatif yarım çevrimde y noktasında tetiklenir. X in ve Y‘nin konumu
potansiyometre , R1 direnci ve C1 kondansatörü tarafından belirlenir. C1 kondansatörünün
uçlarındaki gerilim diyakın ateşleme gerilimine (30V) ulaştığı anda triak iletime geçer.
Potansiyometrenin ayarı ile oynayarak triakın tetiklenme açısı değiştrilebilir ve bu durumda
lambanın parlaklık durumu da değişir. R2 direnci ve C2 kondansatörü gürültüyü engellemek
için konulmuştur,
Sayfa 14
Yararlanılan Kaynaklar
1) ABUT , N. “Güç Elektroniği “ Kocaeli Üniversitesi 2001 , Kocaeli
2) PARR , E. A. “Endüstriyel Kontrol El Kitabı ,Cilt 2 Teknikler”
3) BOYLESTAD , R.
NASHELSKY , L. “Elektronik Elemanlar Ve Devre Teorisi”
4) ÖZKAN , T. “Temel Elektronik”
5) www.firat.edu.tr/end-elektronik/elk-program.htm
6) www.antrak.org.tr
7) Elektronik.katalog.com/elektronikeğitim
8) Güç elektroniği (Remzi Gülgün) T.C. Yıldız Teknik Üniversitesi
Basım-Yayım Merkezi Matbaası,1999 2.Baskı
Sayfa 15
İÇİNDEKİLER
1.Devre Şeması
2.Devrede kullanılan elemanlar (Direnç)
3.Direnç Renk Kodları
4.Potansiyometre-Kondansatör
5.Kondansatör Çeşitleri ve Bağlantı Şekilleri
6.Kondansatörlerin Direnci
7.Diyak
8.Diyak’ın karakteristik eğrisi
9.AC Motor için hız kontrol devresi
10. Triyak’ın iç yapısı
11. Triyak’ın akım eğrisi
12. Triyak’ın tetikleme durumları
13. Triyak’ın faz kontrol devresi
14. Devrenin Çalışma Prensibi
15. Kaynaklar
Kataloglar
-BT137 (Triac) - 6 Sayfa
-BR100/3 (Diyak) - 3 Sayfa