güç elektroniği

G ELEKTRON I PROF.DR.HACI BODUR

1

G ELEKTRON I

1. G Elektroniinin Kapsam ve Endstriyel Uygulamalar 2. Temel Yar letken G Elemanlar 3. Dier Yar letken G Elemanlar 4. G Elemanlarnda Karlatrma, Bastrma ve Isnma 5. Temel Kontrol ve zolasyon Elemanlar 6. AC-AC Dntrcler / AC Kyclar 7. AC-DC Dntrcler / Dorultucular 8. DC-DC Dntrcler / DC Kyclar 9. DC-AC Dntrcler / nverterler


2

1. G ELEKTRONNN KAPSAMI VE ENDSTRYEL UYGULAMALARI

G ELEKTRONNN KAPSAMI G Elektronii, yke verilen enerjinin kontrol edilmesi ve enerji ekillerinin birbirine dntrlmesini inceleyen bilim daldr. 1. Yke Verilen Enerjinin Kontrol Yke verilen enerjinin kontrolu, enerjinin almas ve kapanmas ile ayarlanmas fonksiyonlarn ierir. 1. Statik (Yar letken) alterler a) DC statik alterler b) AC statik alterler 2. Statik (Yar letken) Ayarlayclar a) DC statik ayarlayclar b) AC statik ayarlayclar 2. Enerji ekillerinin Birbirine Dntrlmesi Elektrik enerji ekillerini birbirine dntren devrelere genel olarak Dntrcler ad verilir. Drt temel dntrc vardr. Bu dntrcler aadaki diyagramda zetlenmitir.

Dntrcler:

Dntrclerde kullanlan ksaltmalar : DC : Doru Akm eklindeki elektrik enerjisi AC : Alternatif Akm eklindeki elektrik enerjisi Ud : DC gerilim (ortalama deer) U : AC gerilim (efektif deer) f : frekans q : faz says


3

1. AC-DC Dntrcler / Dorultucular, Redresrler

AC Enerji DC U, f, q dU Temel zellikleri : Doal komtasyonludur. Tristr ve diyotlarla gerekletirilir. Balca uygulama alanlar : DC motor kontrol Akmlatr arj Galvano teknikle kaplama DC gerilim kaynaklar 2. DC-AC Dntrcler / nverterler, Eviriciler

DC Enerji AC Ud U, f, q Temel zellikleri : Zorlamal komtasyonludur. Yksek g ve dk frekanslarda SCR kullanlr. Orta g ve orta frekanslarda BJT kullanlr. Dk g ve yksek frekanslarda MOSFET kullanlr. Ayrca, dier g elemanlar, GTO yksek g ve dk frekanslarda, IGBT ortann zerindeki g ve frekanslarda, MCT yksek g ve orta frekanslarda kullanlmaktadr. Balca uygulama alanlar : AC motor kontrol Kesintisiz g kaynaklar Endksiyonla stma sistemleri Yksek gerilim DC tama sistemleri AC gerilim kaynaklar 3. DC-DC Dntrcler / DC Kyclar

DC Enerji DC Ud1 Ud2 < Ud1 Temel zellikleri : Zorlamal komtasyonludur. Eleman seimi inverterdeki gibidir.


4

Balca uygulama alanlar : DC motor kontrol Akmlatr arj DC gerilim kaynaklar 4. AC-AC Dntrcler / AC Kyclar

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

2121

21 UUqqff

=

=

: AC KIYICI FAZ KESME DEVRES

Temel zellikleri : Doal komtasyonludur. Tristr ve triyaklarla gerekletirilir. Balca uygulama alanlar : Omik yklerde g kontrol, temel olarak s ve k kontrolu Vantilatr karakteristikli ykleri (fan, pompa, ve kompresr gibi) tahrik eden dk gl AC motor kontrol

222111

21

21

21q,f,Uq,f,U

UUqqff

:

DORUDAN FREKANS DNTRC

Temel zellikleri : Doal komtasyonludur. Tristrlerle gerekletirilir. Dk hzlarda kontrol imkan salar. Balca uygulama alanlar : ok dk devirlerde alan ar i makinalarnn (yol kazma, ta krma, maden karma makinalar gibi) kontrol


5

G ELEKTRONNN ENDSTRYEL UYGULAMALARI 1. Statik Uygulamalar - Kesintisiz g kaynaklar (KGK, UPS)

- Anahtarlamal g kaynaklar (AGK, SPS)

- Endksiyonla stma (EI, EH) sistemleri

- Yksek gerilim DC tama (YGDCT, HVDC) sistemleri

- Elektronik Balastlar (EB)

2. Dinamik Uygulamalar

- DC motor kontrol

- AC motor kontrol

- Sincap kafesli (ksa devre rotorlu) asenkron motor kontrol

- Bilezikli (sargl rotorlu) asenkron motor kontrol

- Lineer asenkron motor kontrol

- Senkron motor kontrol

- Adm motoru kontrol

- Relktans motor kontrol


6

2. TEMEL YARI LETKEN G ELEMANLARI DYOT

Yap Sembol

Aklama u-i karakteristii

En basit yapl kontrolsz yar iletken elemandr. Geirme ynnde, eik geriliminin zerinde kk deerli bir i dirence sahip olan bir iletken gibidir. Tkama ynnde ise, delinme gerilimine kadar ok kk sznt akmlar geiren bir yaltkan gibidir. Ud : Delinme Gerilimi UTO : Eik Gerilimi rT : Edeer Diren ( - m mertebelerinde) Ud geriliminde, g kaybndan dolay diyot yar iletken zelliini kaybeder ve genellikle iletken hale gelir. Bu tr devrilmeye, genel olarak devrilme denilmektedir.

Zener Diyodu

Sembol

Aklama u-i karakteristii Zener diyodu, dalgal doru gerilimden dzgn doru gerilim elde etmek iin veya gerilim reglasyonu amacyla kullanlr.

UBD : Zener Devrilme Gerilimi rZ : Zener Direnci IZMIN : Minimum Zener Akm PDM : Maksimum Zener Gc PDM = UZ . IZ UBD . IZDM IZDM : Maksimum Ortalama Akm uZ = UBD + rZ . iZ uZ = UBD + U uZ UBD UZ Sabit


7

Zener Diyodunun Temel Devresi

Bu devrede,

yZAB

Z irUui =

uZ = UBD + rZ . iZ uZ UBD = UZ = Uy

IZmin iZ IZmax

maxYBDminAB

minZ IrUUI =

minYBDmaxAB

maxZ IrUU

I

=

r direncinin deimesiyle bandn aa yukar ( ) yer deitirmesi zener diyotun g kaybn etkiler.

En ekonomik dizayn iin: IZmin IZMIN

maxYminZ

BDminABII

UUr

+


8

Zener Diyotlu rnek Devreler rnek Devre 1:

rnek Devre 2:


9

TRSTR (SCR) Yap, Sembol ve letim Karakteristii

Yap ve Sembol

letim Karakteristii

Karakteristik Deerler iG : Kap Akm uG : Kap Gerilimi IGT : Tetikleme Akm IGT = f (UTM , Vj), IGT: Her trl artlar altnda tristr tetikleyebilen deerdir. UGT : Tetikleme Gerilimi IGTM : Max. Kap Akm UGTM : Max. Kap Gerilimi uB : Devrilme gerilimi UB0 : Sfr Devrilme Gerilimi IH : Tutma Akm (mA) IL : Kilitleme Akm (mA) IL > IH Ud : Delinme Gerilimi

dtdu krt: Kritik Gerilim Ykseltme Hz ( V / s)

dtdi krt : Kritik Akm Ykseltme Hz ( A / s) tq : Snme Sresi (s) Qs : Taban Tabakalarnda Biriken Elektrik Yk (As) UDRM : Max. Periyodik (+) Dayanma Gerilimi UDRM < UB0 URRM : Max. Periyodik (-) Dayanma Gerilimi URRM < Ud ITAVM : Srekli almada Tristrn Max. Ortalama Akm ITEFM : Srekli almada Tristrn Max. Efektif Akm ITmaxt:= 10 ms : 10 ms iin Tristrn Max. Akm dti2 : Tristrn Max. Snr Yk (A2s) vj : Jonksiyon Scakl vjmax : Max. Jonksiyon Scakl


10

letim ve Kesimde Kilitlenme zellii Yeterli kap akm uygulanan bir tristrn iinden geen akm kilitleme akmna eritidiinde tristr iletimde olarak kilitlenir. Yani artk kap akm kesilse de tristr iletimde kalr. letimde olan bir tristrn iinden geen akm herhangi bir ekilde tutma akmnn altna derse, tristr otomatik olarak kesime girer. Bu anadan itibaren en az snme sresi kadar tristr negatif bir gerilimle tutulur veya tekrar bir pozitif gerilim ( 0,6 V) uygulanmaz ise, tristr kesimde olarak kilitlenir. Yani artk gerilim uygulansa da kesimde kalr. Bu nedenle, tristre Tetiklemeli Eleman da denilmektedir. Tristrn Kendiliinden letime Geme Sebepleri 1. Bir tristrn ularndaki gerilimin deeri bu tristrn sfr devrilme gerilimi deerine eriirse, yani

uT UB0 ise,

bu tristr kendiliinden iletime geer. 2. Bir tristrn ularndaki gerilimin ykselme hz deeri bu tristrn kritik gerilim ykselme hz

deerine eriirse, yani

dtduT

dtdu krt ise,

bu tristr kendiliinden iletime geer. 3. Yani iletimden kan bir tristrn negatif gerilimle tutulma sresi bu tristrn snme sresinden

kkse, yani

qN tt < ise, bu tristr kendiliinden iletime geer.


11

Tristrn Tahrip Olma Sebepleri 1. uT > Ud ise, 2. ITAV > ITAVM ve ITEF > ITEFM ise, 3. dtiT 2 > dti 2 ise , 4.

dtdiT >

dtdi krt ise (SCM OLAYI),

5. vj > vjmax ise, tristr tahrip olur. Bu durumda tristr genellikle iletken hale gelir veya ksa devre olur. Tristrn Tetiklenmesi

td : Gecikme Sresi tr : Ykselme Sresi, Ama Sresi ts : Yaylma Sresi

srdON tttt ++=

t r sresi sonunda, kap akm civarnda akmn getii dar bir kanal oluur. ts sresi sonunda ise, snma etkisi ile akm btn jonksiyon yzeyine yaylr. tr sresi sonunda oluan kanaldan geen akm bu kanaln iletkenliini arttrr. letkenlii artan kanaldan daha ok akm geer. Bu olay zincirleme bir ekilde srer ve akm btn yzeye yaylr. Fakat, akmn ykselme hz kritik akm ykselme hzna eriirse, akm btn yzeye yaylmadan bu kanaln scakl max. deere eriir ve bu kanal tahrip olur. Bylece, yar iletken yap bozulur ve iletken hale gelir. Bu ekildeki bozulmaya sicim olay denir. Bunun olmamas iin,

1. dt

diT dtdi krt olacak ekilde seri bir endktans ile akm snrlandrlmaldr.

2. retimde kap akmnn verildii nokta veya punta says arttrlmaldr.


12

Tristrn Sndrlmesi

Qs : Taban Tabaklarnda Biriken Elektrik Yk (As) TMI : Snme ncesi Tristrden Geen Akm

dt/di : Snme Esnasnda Tristr Akmnn Azalma Hz

qt : Snme Sresi

TU : letim Gerilim Dm

Tristr kontroll bir diyottur. Kapsna srekli ve yeterli bir sinyal verilen tristr diyoda edeerdir. Diyodun da kontrolsz bir tristr olduu sylenebilir. letimden kma olay ikisinde de ayndr. Tristr ve Diyodun letim Gerilim Dm

uT = UT0 + rT . iT UT0 : Eik Gerilimi rT : Edeer Diren (-m mertebelerinde)


13

Tristrl rnek Devreler 1. Tristrl Bir AC Uygulama :

T

etik

lem

e

Siny

ali

2. Tristrl Bir DC Uygulama :


14

BPOLAR TRANSSTR ( BJT ) Yap, Sembol ve u-i Karakteristii npn tr : Yap

Sembol

pnp tr :

letim Karakteristii Temel Bir Transistr Devresi

Genel zellikler - Yk genellikle C ucuna balanr. Taban akm daima E B arasnda geer ve akmn yn pden

nye dorudur. Ana akm taban akm ile ayn yndedir. - B ile C arasnda bir akm geerek, transistr ters ve istenmeyen kt bir iletime girebilir. Bu durum

nlenmelidir. - Transistrn devrilmeye girmesi eleman tahrip eder. - G devrelerinde transistr ya tam iletimde (kaln izgi zerinde) ya da tam kesimde

altrlmaldr. Buna Anahtarlama Eleman olarak alma denilir. Tristrler doal olarak byle alr.

- Transistrde giri olduu srece k vardr. - Giri akm, k akmdr. - Alt blgelerde karakteristikler paralel ve eit aralkldr. Bu blgede sabit kazanla akm ykseltme

ilemi yaplabilir. Fakat g devrelerinde bu yaplamaz.


15

Genel Tanmlar iC = F . iB iE = iC + iB = (1 + F ) iB

C : Kollektr E : Emiter B : Taban F : DC Akm Kazanc

UBE 0,6 V

B

BELB R

uUi =

iC = F.iB uR = RL.iC uCE = UL - uR uCE = UL - RL.iC Yk Dorusu

Doyum ve Ar Doyum

iB = IBB ise, uCE = uBE olur. Buna Snrda alma denir. iB = IBS ise, uCE = UCEsat ve iC = ICmax olur. Buna Doyumda alma denir. IBB < iB < IBS ise, uCE < uBE olur. Buna Doyum Blgesinde alma denir. iB > IBS ise, yine uCE = UCEsat ve iC = ICmax olur. Buna da Ar Doyumda alma denilir.

- B-E aras normale gre i direnci olduka byk bir diyot jonksiyonudur. Doyum karakteristii ile

uBE karakteristii arasndaki blgeye Doyum Blgesi denir. - Bir transistrn iletimden kma sresi iB akmnn doyum fazlas ile orantldr. Ar doyum,

transistrn hzn drr, anahtarlama kayplarn arttrr ve B-C jonksiyonundan akm geirerek ilave kayplara sebep olabilir.

Emniyetli alma Alan (SOA)

Bir transistrn ayn anda hangi akm ve gerilim deerlerinde kullanlabilecei SOA grafiinden tespit edilmelidir.


16

letime ve Kesime Girme

tr = Ykselme Sresi ts = Yaylma Sresi tf = Dme Sresi tON tr tOFF ts + tf tSW = tON + tOFF tr + ts + tf

- Anahtarlama esnasndaki ani g kayb ok yksektir. Bir yar iletkenin toplam g kayb,

anahtarlama ve iletim g kayplarnn toplamna eittir. Dk frekanslarda iletim g kayb, yksek frekanslarda ise anahtarlama g kayb daha etkilidir.

- Transistr, orta g ve orta frekanslarda en yaygn olarak kullanlan en ucuz yar iletken g elemandr.

Transistrn Srlmesinde nemli Olan Hususlar - letime girme ve kma SOA alan iinde olmaldr. - Srekli almada ICmax deeri almamaldr. - letime girerken dic / dt ve iletimden karken duCE / dt deerleri snrlanmaldr. Bu, kayp gleri

azaltr. - letime srme ve iletimden karma sinyali; ani akm darbeli olmal, srekli srme akm ise; ana

akmla tam uyum iinde olmaldr. Ar doyum nlenmelidir. Bu, eleman hzlandrr ve kayplar azaltr.

- B E ular (eleman girii) uygun bir direnle kprlenmelidir. Bu, kaak, sznt ve deplasman akmlarna kar eleman korur, kayplar azaltr.

- Ters gerilim uygulanmamaldr. G transistrnn ters gerilim tutma zellii yoktur. Normal olarak -30 V civarndadr. Girii direnle kprlenmi bir transistr negatif gerilim tutma zelliini tamamen kaybeder.

- Eleman elektronik olarak korunmaldr.


17

Genel Bir Srme Devresi ve Ar Doyumun nlenmesi

L : letime girerken dic / dt yi snrlar. RB ve CB : Her yar iletkene paralel olarak konulmas gereken ( R C ) elemandr. letimden karken duCE /dt ve UCEmax snrlar. RBS : Giri akmn snrlar. Gerilim sinyalini akm sinyaline dntrr. RBP : Sznt ve deplasman akmna kar koruma grevi yapar. D1, D2 ve D3 : Ar doyumu nler, transistrn belirli bir gerilim dm ile almasn salar. D4 veya D5 : Transistr ters akm ve gerilimlere kar korur. letime girme esnasnda D3 diyodu kesimdedir. UCE : ok yksek veya UAdan byktr. UA = 2 UD UD : Bir diyottaki gerilim dm. UD 0,6 V UBE UD D3 = 0

BS

Agg R

UUi

=

ig = iB = iRBP + iB

BP

BERBP R

Ui =

iRBP


18

Transistrl rnek Bir Devre

Ykseltmeli Bir Srme Devresi

Ters paralel bal iki elamandan birisinin iletimde olmas, dierinin kesimde olmasn garanti eder. Burada transistrlerin tabanlar ters paralel bal olduundan, iki transistrn birlikte iletime olmas mmkn deildir. Herhangi birisinin tabanna bir akm uygulandnda, dierinin tabannda 0.6 V kadar bir negatif gerilim oluur, bu transistr iletime giremez, eer iletimde ise hzl bir ekilde kesime girer. Bu mkemmel bir kilitlemedir. Orta ve yksek frekanslarda (yaklak in'kHz 1 zerinde) giri sinyalinin negatif ksm mutlaka olmaldr.


19

KONU LE LGL ZLM PROBLEMLER Problem 1 20 ile 30 V arasnda dalgalanan bir DC gerilim kaynandan, 10 V luk ve 9 mAlk bir DC alcy beslemek zere, 10 V ve 10 luk bir zener diyot ile sabit bir DC gerilim kayna elde edilmek isteniyor. Bu zener diyodu iin, IZMIN=1 mA olduuna gre, a) Akm snrlayc diren en fazla ka ohm olabilir? b) Ayn diren iin yk ularndaki tam gerilimin min ve max deerlerini bulunuz. zm :

uZ = UBD + rZ . iZ uZ UBD = UZ

a) uAB = UZ + r ( iZ + iY )

maxYBDminAB

minZ IrUUI = minY

BDmaxABmaxZ Ir

UUI

=

33 10.9r102010.1 = mA1110.9

10001030I 3Zmax =

= IZmax = 11 mA

= k 1r bulunur. b) UYmin = UZmin = UBD + rZ . IZmin = 10 + 10.1.10-2 = 10,010 V UYmax = UZmax = UBD + rZ . IZmax = 10 + 10.11.10-2 = 10,110 V Problem 2 15 18 V arasnda dalgalanan bir DC gerilim kaynandan 12 Vluk ve 0 25 mA arasnda akm eken bir DC alcy beslemek zere, 12 V ve 5 luk bir zener diyot ile sabit bir DC gerilim kayna elde edilmek isteniyor. Bu zener diyodu iin IZmin=5 mA olduuna gre, a) Akm snrlayc diren en fazla ka ohm olabilir? b) Ayn diren iin yk ularndaki tam gerilimin min ve max deerlerini bulunuz? zm :

a) maxYBDminABminZ IrUUI =

33 10.25

r121510.5 =

= 100r bulunur.

b) 0100

1218IZmax

=


20

IZmax = 60 mA UYmin = 12 + 5.5.10-3 =12,025 V UYmax = 12 + 5.60.10-3 =12,300 V Problem 3

ekildeki devrede A ve B ular arasndaki dzgn olan gerilim ebekedeki dalgalanma sebebiyle 15-20 V arasnda deimektedir. Alcnn gerilimi 12 V olup, ektii akm 0-10 mA arasnda deimektedir. Devre en ekonomik olacak ekilde, r direncinin deerini ve zener diyodunun gcn hesaplaynz. zm : Devrenin en ekonomik hali, iZmin 0 durumunda oluur.

maxYZminAB

minZ IrUUI =

310.1012150 =r

r = 300 bulunur.

minYZmaxAB

maxZ IrUU

I

=

0300

1220IZmax

=

mA67,26IZmax Bu akm srekli deerde mA67,26IZDM olur.

PDM = UZ . IZDM = 12 . 26,67 . 10-3

mW 320PDM bulunur.


21

Problem 4 Bir tristr uT = 1000 Sin 62800 t (V) eklinde bir gerilime maruz kalacaktr. Bu tristrn kendiliinden iletime gememesi iin, bu tristrn, a) UB0 deeri ne olmaldr?

b) dtdu krt deeri ne olmaldr ?

zm : a) UTmax < UB0 olmaldr.

UB0 > UTmax = 1000 V

b) 62,8 V/s olmaldr.

Problem 5 Kritik gerilim ykselme hz 125 V / s olan bir tristre, genlii 2000 V olan bir sinsoidal gerilim uygulanmaktadr. Frekans gittike ykseltilirse, bu frekans hangi deere ulatnda tristr kendiliinden iletime geer? zm :

dtduT max =

dtdu krt

uT = Um Sint

dtduT = Um ..Cost

dtduT max = Um .

125.106 V/s = 2000. 2..f f 10 kHz bulunur.


22

Problem 6

t=0 annda yeni iletimden kan ve ekildeki gibi bir gerilime maruz kalan bir tristrn kendiliinden iletime gememesi iin, bu tristrn,

UB0 , dtdu krt ve tq deerleri

ne olmaldr?

zm : UB0 > UTmax ekilden, UB0 > 3000 V olmaldr.

Nq tt ekilden,

s 20tq olmaldr.

s 50ts 20 iin, uT = 303000 ( t 20 )

dtdu krt > (

dtduT ) max,

dtdu krt > 100 V / s olmaldr.

Problem 7 10 luk bir yk 50 Vluk bir DC kaynak ile beslemek zere, ekilde verilen bir npn tipi transistrn emiter montaj kullanlmtr. Transistrn akm kazanc 200 olduuna gre,

a) Taban devresi direnci 5 k iken, yk akm ve

gerilimi ne olur ? b) Ykte harcanan gcn 160 W olabilmesi iin, taban

devresi direnci ka k a ayarlanmaldr ?

zm : a) IC = IL

3B

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 . IL2 160 = 10 . IL2 IL = 4 A = IC IB = 4 / 200 IB = 20 mA

3B

BELB

10.20050

IUUR

=

=

RB = 2,5 k bulunur.


23

Problem 8

ekildeki devrede, a) letime geme esnasnda ani taban

akm deerini hesaplaynz ( iD3 = 0 ).

b) letim durumunda, transistrn

gerilim dm ile taban akmn ve D3 diyodunun akmn bulunuz.

c) letimden kma esnasnda, ters

taban akmnn ani deerini bulunuz.

d) Taban akm deiimini yaklak

olarak iziniz.

UD1,2,3 0,6 V UBE = 1 V dc = 100 UEB -1 V

zm a) letime geme esnasnda, iB =?

D3 = 0,

B100'Bg iiii +==

UB = UBE UA = UD1 + UB

= 0,6 + 1 = 1,6 V

mA5008,26

6,1158,26UU

ii Ag'Bg =

=

==

i100 = UB / 100 = 1 / 100 = 10 mA

100'BB iii = = 500 10 = 490 mA bulunur.


24

b) letim durumunda, UCE , iB , iD3 = ? iC = u / 22 iC = 2 . 220 . Sint / 22 iC = 10 2 . Sint A

iB = dc

ci = 100

tSin210 = 100 2 Sint (mA)

i100 = 10 mA iB = 2 . 100 . Sint + 10 (mA) ig = 500 mA iD3 = ig - iB = 490 - 2 . 100 . Sint (mA) bulunur. UD1 + UBE = UD3 + UCE UCE = 1 V bulunur.

letimden kmada :

c) letimden kma esnasnda, iB = ?

UB = UBE = 1 V UA = - UD2 + UBE

= -0,6+1 = 0,4 V

ig mA5758,264,015

8,26UU Ag

=

=

=

i100 = 100UBE = 10 mA

B100'Bg iiii +==

100gB iii += =575+19 iB = 585 mA bulunur.

d)

Problem 9

Peryodik bir almada, kesim dndaki alma durumlar iin, bir transistrn ularndaki gerilim ve iinden geen akmn deiimleri ekilde verilmitir. Bu transistr

kHz 10fP = lik bir frekansta anahtarlandna gre, a) Transistrn verilen her bir

aralktaki enerji kaybn hesaplaynz.

b) Transistrn toplam enerji ve g kaybn hesaplaynz.


25

zm 1. blge iin,

u1 =

610.42250 t + 250 = 250 62.106 t V

i1 =

610.5

50 t = 10. 106 t A

W1 = ( ) s40

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

... PT= 206,13 W

ZOLE KAPILI ALAN ETKL TRANSSTR (IGFET, MOSFET)

Sembol

letim Karakteristii

Genel zellikler

MOSFET daima doyumda kullanlmaldr. Giri olduu srece k vardr. Giri gerilim, k akmdr. Kazan sonsuz kabul edilir. En hzl yar iletken elemandr. letime giri 50-60 ns ve iletimden k 150-200 ns civarndadr. letim gerilim dm (iletim g kayb) en yksek olan elemandr. Tek dezavantaj, scaklkla artan yksek deerli bir i dirence sahip olmasdr. Dk g ve yksek frekanslarda kullanlr. Giri akm nanoamperler mertebesindedir. Ancak, gerilim sinyali ilk verildiinde yksek

deerli bir arj akm eker. Bu akmn karlanmasna dikkat edilmelidir. Aksi halde hz der. Kap dayanma gerilimi 20 Vtur. Gerekte, uygulanan gerilim 18 Vu gememelidir.

rnek bir MOSFET Srme Devresi


26

MOSFET ve IGBT elemanlarnn srlmesinde, iki ynl veya ift kutuplu sinyale de srme kaynana da gerek yoktur. BJTnin srlmesinde de, dk glerde ve dk frekanslarda iki ynl giri akmna gerek duyulmaz. Bu artlar altnda, btn bu elemanlarn srlmesinde burada verilen devre aynen kullanlabilir. BJT iin zenerlere gerek yoktur. Bu srme devresinde, giri sinyali uygulandnda, T1, T2 ve T3 ardk olarak iletime girer ve G ucu +15 Va ekilir. Giri sinyali kesildiinde, Rn ile gsterilen diren zerinden T4 iletime girerek G ucunu 0a eker, yani MOSFETin parasitik giri kondansatr CGSi dearj eder. Hzl transistrler seildiinde, srme devresi olduka hzl ve emniyetlidir.


27

3. DER YARI LETKEN G ELEMANLARI TRSTR TETROT

4 ulu zel bir tristrdr. Her iki kapdan da tetiklenebilir. Tetiklemede, iG1 ve iG2 akmlar ayr ayr kullanlabilir.

FOTO TRSTR

Normal ortamda gzle grlen kla iletime giren iki, veya drt ulu zel bir tristrdr. Ikla veya bir kap akmyla kontrol edilebilir.

TRYAK (K YNL TRSTR TRYOT)

Triyak ters-paralel bal iki tristre edeerdir. ki ynl tristr de denir. Tetikleme ve montaj kolayl salar. Sadece AC uygulamalarda kullanlmak zere retilmektedir. AC kyclarda gcn yettii yere


28

kadar bir triyak kullanlr. Aksi halde tristrlere geilir. Yaklak 100-150 Alere kadar triyaklar retilmektedir. Triyak I- ve III- belgelerinde dk akmlarla kolay tetiklenir. III+ belgesinde tetikleme ok zor veya imkanszdr. Uygulamalarda, I+ ve III- blgelerinde alma kolaydr. KAPI SNML TRSTR (GTO)

Ksa sreli iG1 ile tetiklenir ve iG2 ile sndrlr. iG1 ok kk deerlerdedir (normal trsitrlerdeki gibi) iG2 ok byk deerlerdedir ( ana akm kadar) Hzl zel bir tristrdr. Dk frekans ve yksek glerde kullanlr. Sndrme sinyalinin byklnden dolay tetikleme devreleri

karmak ve pahaldr.

MOS KONTROLL TRSTR (MCT)

MOSFET ve tristr karm, olduka hzl, gerilim kontroll, karma bir elemandr. MOSFETin ideal srme zellii ile tristrn ideal iletim karakteristiini birlikte tar. Negatif gerilim sinyali ile tetiklenir. Pozitif gerilim sinyali ile sner. Yine iletimde ve kesimde kilitlenme zellii vardr. u anda en stn eleman grnmndedir. Fakat henz geliimi tamamlanamamtr. Halen ticari olarak retilememektedir.

ZOLE KAPILI BPOLAR TRANSSTR (IGBT)

Sembol

UCET : k Eik Gerilimi UGET : Kap Eik Gerilimi Genellikle, UCET > 2 V ve UGET 4 V civarndadr.

u-i karakteristii

MOSFETin mos kontrol ve BJTnin ana akm karakteristiini birlikte tar. Tek dezavantaj k eik geriliminin oluudur. Ancak i direnci ok kk olduundan, yksek akmlarda yine avantajl duruma geer. Gnmzde ortann biraz zerindeki g ve frekanslarda, en yaygn olarak kullanlan elemanlardr.


29

4. G ELEMANLARINDA KARILATIRMA, BASTIRMA VE ISINMA

YARI LETKEN G ELEMANLARININ KARILATIRILMASI


30

YARI LETKEN G ELEMANLARINDA BASTIRMA DEVRELER Genel Giri Yar iletken g elemanlarnda, temel olarak elemanlarn maruz kald elektriksel deerleri ve elemanlarda oluan anahtarlama kayplarn snrlama veya azaltma amacyla yaplan Bastrma lemi, - Seri Bastrma - Paralel Bastrma olmak zere iki genel gruba ayrlr. Temel olarak, seri bastrma, g elemanna seri olarak balanan bir endktans ile iletime girme ilemi esnasnda elemandan geen akmn ykselme hznn snrlanmasdr. Paralel bastrma ise, elemana paralel balanan bir kapasitans ile kesime girme ilemi srasnda eleman ularnda oluan gerilimin ykselme hznn snrlanmasdr. Bu elemanlara, seri ve paralel bastrma elemanlar denilir. Yaln olarak bir endktansn veya bir kapasitans kullanlmas baz problemlere neden olur. Bu nedenle, baz ilavelerle bastrma ilemleri gelitirilmektedir. Bylece, Seri ve Paralel Bastrma Devreleri veya Hcreleri olumaktadr. Bu bastrma devreleri, yaynlarda Sfr Akmda Anahtarlama, Sfr Gerilimde Anahtarlama ve Yumuak Anahtarlama gibi isimlerle de yer almaktadr. Paralel Bastrma Devresi

Seri bal RB ve CB elemanlarna, paralel bastrma devresi, paralel bastrma hcresi veya paralel R-C eleman denilir. G elemanlarna veya genel devre girilerine paralel olarak balanan bu R-C elemann iki temel grevi vardr. 1. Eleman ularndaki gerilimin max. deerini snrlar veya bastrr. Bu elemann tahrip olmasn nler. 2. Eleman ularndaki gerilimin ykselme hzn ve bunun max. deerini snrlar veya bastrr. Bu,

elemann anahtarlama g kaybn azaltr. Tristrde, ayn zamanda kendiliinden iletime gemeyi nler.

ebeke giriine bal paralel R-C elemanlar ile AC ebekeden gelen btn akm ve gerilim darbelerine kar btn devre korunur.


31

rnek Devre Kesiti 1

Tristrn sndrlmesiyle ilgili bu devre kesitinde, ters ynde I0 akmn geirmekte olan tristrn hzl bir ekilde ak devre olmasyla, LK-UK-CB-RB yolu ile seri bir R-L-C devresi oluur. Bu salnmda, ters yndeki tristr gerilimi en fazla Um deerini alr ve UK deerine yerleir. Bastrma elemanlar olmasayd, tristr ok ar gerilimlere maruz kalarak tahrip olurdu.

CB Um mdt

du

RB Um mdt

du

CB deerinin artmas, hem Um hem de (du/dt)m deerlerini iyi ynde etkiler. RBnin artmas, Um deerini her iki ynde de etkileyebilir, (du/dt)m deerini olumsuz etkiler. Bu nedenle RB deerinin optimize edilmesi gerekir. Ayrca, CBnin hem arj hem de dearj esnasnda RBde enerji kayb oluur. Uygulamada CBnin seimi, frekansla dorudan ilgilidir. CBnin sarj ve dearj sreleri, peryoda gre olduka kk olmaldr. Ayrca, RBdeki g kayb, makul seviyelerde kalmaldr. Aksi halde devre amacndan sapar. Normal olarak, frekans arttka CB deeri der. rnein, 220 V ve 50 Hzlik AC ebekede, RB= 10 / 5 W ve CB=220 nF seilebilir. Birka yz V ve 10 kHzlik bir uygulamada, RB= 22 / 10 W ve CB= 1 nF gibi seilebilir. zellikle yksek frekanslarda, RBnin olumsuz etkilerini azaltmak iin, g elemannn iletim ynnde bir diyotla RBnin kprlenmesi iyi sonular vermektedir. Bu durumda bastrma devresine Kutuplu veya Ynl Bastrma Devresi denilir. Bu bastrma, sadece pozitif yndeki gerilimlerde etkilidir.


32

rnek Devre Kesiti 2

Burada, g elemannn iletime girmesi esnasnda, seri bastrma eleman LS elemandan geen akmn ykselme hz di/dtyi snrlar. Ayrca, dolu olan CS, RS zerinden dearj olur. G elemannn kesime girmesi esnasnda ise, kutuplu bastrma devresi, eleman ularndaki gerilimin ykselme hz du/dtyi ve maksimum deeri Umyi snrlar. Bylece, g eleman hem ar elektriksel deerlere kar korunur hem de elemann anahtarlama kayplar byk lde azalr.


33

YARI LETKEN G ELEMANLARINDA G KAYBI, ISINMA VE SOUTMA G Kayplar Genel olarak bir yar iletken g elemannda aada sralanan drt eit kayp oluur. 1. Tetikleme veya srme kayplar

Elemann kontrol akm nedeniyle oluur.

PG = dt.i.uT1

GG 2. Anahtarlama g kayplar Elemann iletime ve kesime girme ilemleri esnasnda oluan kayplardr. PS = PON + POFF 3. Kapama veya tkama kayplar

Elemann pozitif ve negatif kapama durumlarnda geen sznt akmlar sebebiyle oluan kayplardr.

PB = PP + PN 4. letim g kayb

Elemann iletimi esnasnda oluan kayptr.

PT = dt.i.uT1

TT Bu durumda, toplam g kayb, P = PG + PB + PS + PT olur. Srme ve kapama kayplar genellikle dikkate alnmaz.

Anahtarlama kayplar, kataloglarda genellikle bir tek anahtarlamadaki enerji kayplar eklinde verilir. Bu enerji kayplar frekansla arplarak 1 sdeki enerji kayplar olan anahtarlama g kayplar bulunur.

OFFONs WWW +=

sps W.fP = Dk frekanslarda, rnein SCRde 400 Hz, BJTde 1 kHz ve MOSFETte 10 kHz deerlerinin altnda, anahtarlama g kayplar ihmal edilerek,

TPP alnabilir.


34

letim G Kayplar TRANSSTRDE PT = dt.i.uT

1CCE

MOSFETTE PT = dt.i.uT

1DDS = dt.i.rT

1 2DDS = dtir 2DDS

TRSTR VE DYOTTA PT = dt.i.uT

1TT = dt.i)i.rU(T

1TTTTO +

PT = UTO

dtiT1rdt.i

T1 2

TT

0TT

T

0+

PT = UTO . ITAV + rT . ITEF2

Termik Edeer Devre ve Isnma

A : Ortam Scakl H : Soutucu Scakl C : Gvde Scakl vj : Jonksiyon Scakl RThJC : Termik Diren (C / W) RThCA : D Termik Diren (C / W)

C = A + P . RThCA vj = A + P (RThCA + RThJC ) = A + P . RThCA + P . RThJC vj = C + P . RThJC

Soutma G elemanlarnda iki trl soutma vardr: 1. Doal Soutma : Eleman alminyum veya bakr bir soutucuya monte edilir. Is doal olarak soutucudan havaya yaylr. 2. Zorlamal Soutma : Eleman yine alminyum veya bakr bir soutucuya monte edilir. Ayrca fan, su veya ya ile soutma kuvvetlendirilir.


35

KONU LE LGL ZLM PROBLEMLER Problem 1

UTO = 1,1 V rT = 5 m RThJC = 0,15 C / W RThCA = 0,25 C / W letme Scakl : -55 C ile 125 C

a) Tristrde meydana gelen iletim kayp gcn bulunuz. b) Toplam kayp g 200 W ve soutma havas scakl 30 C iken, tristrn gvde ve jonksiyon

scaklklarn bulunuz. c) Soutma havas scakl 30 C iken, toplam kayp g en fazla hangi deere karabilir. d) Tristr iletimde iken, anodu ile katodu arasndaki gerilimin en byk deerini bulunuz.

zm :

a) PT = UTO . ITAV + rT . ITEF2

0 < t < 10, iT = 9t + 90 10 < t < 25, iT = 90 25 < t < 30, iT = 0

ITAV =

+ ++30

25

25

10

10

0dt0dt90dt)90t9(

301 ITAV = 90 A

ITEF2=

+ ++ 0dt90dt)90t9(301 25

10

210

0

2 ITEF2 = 10350 A2

PT = UTO . ITAV + rT . ITEF2 PT = 1,1 . 90 + 5 . 10-3 . 10350 PT = 150,75 W

b) C = A + P . RThCA = 30 + 200 . 0,25 = 80 C

vj = C + P . RThjC = 80 + 200 . 0,15 = 110 C

c) (vj)max = A + PTmax (RThCA + RThjC ) 125 = PTmax ( 0,25 + 0,15 ) + 30 PTmax = 237,5 W

d)

UTmax = UTO + rT . ITmax UTmax = 1,1 + 5 . 10-3 . 180 UTmax = 2 V


36

Problem 2 Aada baz karakteristik deerleri verilen bir tristrden ekildeki gibi bir akm gemektedir. Tristr zorlamal olarak soutulmakta olup, soutma havas scakl 35 C dir. a) Tristrn iletim kayp gcn bulunuz. b) Tristrn gvde ve jonksiyon scaklklarn bulunuz. c) letimde iken tristrde meydana gelen max. gerilim dmn bulunuz. zm :

UTO = 1 V rT = 1 m RThJC = 0,20 C / W RThCA = 0,10 C / W letme Scakl : -55 C ile 125 C

a) PT = UTO . ITAV + rT . ITEF2

0 < t < 20 ms iT = 300 ( 1- e t / 4 ) 0 < t < 20 ms iT = 0

ITAV = + 200

30

20

4/ 0)1(300301 dtdte t

=20

0

4/4300301 tet +

ITAV = 160 A

ITEF2= [ ] 0)1(300301 20

0

24/ + dte t = 0)21(300

301 10

0

8/4/ ++ dtee tt = 0283000

20

0

2/4/ ++ tt eet

ITEF2 = 42000 A2 PT = 1 . 160 + 1 . 10-3 . 42 . 103 PT = 202 W

b) C = A + P . RThCA = 35 + 202 . 0,10 = 55,2 C

vj = C + P . RThjC = 55,2 + 202 . 0,20 = 95,6 C c) UTmax = UTO + rT . ITmax = 1 + 1 . 10-3 . 300 UTmax =1,3 V


37

Problem 3 Baz karakteristikleri verilen bir tristrden kesme as ayarlanabilen yarm sins dalgas eklinde bir akm akmaktadr. Tristr zorlamal olarak soutulmakta olup soutma havas scakl 40 Cdir. a) Kesme as 30 iken, tristrn jonksiyon scakl 104 C olduuna gre, geen sinsoidal akmn

max. deeri ka Adir? b) 50 Alik bir DC akm geirilen bu tristrn jonksiyon scakl ka C olur? c) Bu tristrden en fazla ka Alik bir DC akm geirilebilir?

UTO = 1,2 V rT = 10 m RThJC = 0,20 C / W RThCA = 0,20 C / W letme Scakl : -55 C ile 125 C

= t = 2ft zm :

a) = 30 0 iin,

ITAV = )cos1(2int

21

+= mm IdtSI ITEF2= )22

1(42

1 222

SinItdtSinI mm +=

vj = A + P (RThCA + RThjC ) 104 = P. 0,4 + 40 P = 160 W

P = UTO . ITAV + rT . ITEF2

160 = UTO . 2mI )cos1( + + rT .

4

2mI )2

21( Sin+

Im1 = 193,5 A Im = 193,5 A

Im2 = -340 A b) ITAV = ITEF = 50 A iin,

P = UTO . ITAV + rT . ITEF2 P = 1,2 . 50 + 10 . 10-3 . 502 P = 85 W vj = A + P (RThCA + RThjC ) vj = 85 (0,2+0,2) +40 vj = 74 C0

c) 125 = PTmax . 0,4 + 40 PTmax = 212,5 W

212,5 = 1,2 Im +10 . 10-3 Im2 Im1 = 97,5 A Im2 = -217,5 A Im = 97,5 A


38

5. TEMEL KONTROL VE ZOLASYON ELEMANLARI TEMEL KONTROL ELEMANLARI Shockley Diyodu Kap ucu karlmam zel bir tristrdr. ki ulu ve tek ynl devrilen bir elemandr.

u-i karakteristii

Sembol

UP : Devrilme Gerilimi Ud : Delinme Gerilimi u UP : letime girer. i IP : letime girer. i IV : letimde kalr. i < IV : Kesime girer.

Shockley Diyotlu Bir Osilatr Devresi Temel Dalga ekilleri

Rmin birka k UP, UV, IP, IV : nemli ve temel katalog deerlerdir. Rpot birka yz k Ro 100 R = Rmin + Rpot Rmax = Rmin + Rpotmax

Rmin V

VdI

UU Rmax

P

PdI

UU

ICmax IV ICmin IP

UP < Ud ise, devre alr. IC < IP ise, uC hi UPye eriemez ve hi sinyal elde edilemez.


39

IC > IV ise, iletime giren eleman artk iletimden kmaz ve birinci sinyalden sonra artk sinyal elde edilemez. Uygulamada snr deerlerden uzak durulur.

uC = Ud ( 1 e -t / RC ) = RC : zaman sabiti

uC = UP t T T RC . ln Pd

d

UUU

bulunur.

UJT (Unijunction Transistor)

Sembol

u-i karakteristii

E : Emiter UP1 < UP2 < UP3 < UP4 B1, B2 : Tabanlar UBB1 < UBB2 < UBB3< UBB4 uBB : Tabanlar aras gerilim RBB : Kesim durumunda tabanlar UP = .UBB + UD

arasndaki diren UD : E B1 jonksiyonu iletim : z Standof Oran

gerilim dm ( 0,4 ile 0,8 arasnda) UD 0,6 V UD


40

UJTli Bir Osilatr Devresi

UP .Ud T RC . ln

Pd

d

UUU

= RC . ln 1

1

RB1 100 100 RB2 1 k RB1: k sinyali almay salar. RB2: letim durumunda akm snrlar.

Kesim durumunda, B2den B1e doru, IB1B2 = 21 BBBB

d

RRRU

++ kadar bir sznt akm geer. Bu akm,

U0 = RB1 . IB1B2 kadar bir kaak gerilim oluturur. Bu gerilim tetiklemeye yetmemelidir. PUT (Programmable Unijunction Transistor) Anot tarafndan kap ucu karlm zel bir tristrdr.

Sembol

PUTlu Bir Osilatr Devresi

UP = UR1 + UD

=21

1RR

R+

Ud + UD

UP = .Ud + UD UD 0.6 V


41

SUS (Silicon Unilateral Switch) Tek ynde devrilen basit bir entegre devredir. Bir pnp ve bir npn transistr ile bir zener diyodu ve bir direnten ibarettir.

Edeer Devre

Normalde G ucunun kullanlmasna gerek yoktur. G ucu d devre ile devrilme geriliminin drlmesini salar.

Sembol

UP1 = UZ1 + UD ( Kap ucu kullanlmaz ise) UP2 = UZ2 + UD < UP1 UP3 = 4 UD < UP1

Seri diyotlar, gerilim dm oluturarak sabit gerilim salamak amacyla kullanlr. SBS (Silicon Bilateral Switch)

Sembol u-i karakteristii

Ters paralel bal iki adet SUS a edeerdir. Yalnz bir kap vardr. ulu ve iki ynl devrilen bir elemandr.


42

Diyak


AC uygulamalarda en yaygn olarak kullanlan ve en ucuz olan iki ynl devrilen elemandr.

Neon Lamba


Yar iletken bir yapya sahip olmayan ve ierisi neon gaz ile dolu olan iki ynl devrilen bir elemandr. Dezavantaj : 60V < UP < 100 V Avantaj : isz = Birka A


43

SNYAL ZOLASYON ELEMANLARI zolasyonun Tanm

G elektronii devrelerinde, tetikleme veya srme sinyalleri genellikle izole edilerek ana akm elemanlarna iletilir. Bu ilem manyetik alanla ve kla olmak zere iki ekilde yaplabilir. Tetikleme Transformatr

Tetikleme transformatr, kk boyutlu bir ferit nveye az sarm sayl bir primer ve bir ya da birka sekonder sarg sarlarak elde edilir. Btn sarglarn birbirlerine ve nveye kar izole edilmeleri nemlidir. Uiz : zolasyon Gerilimi ( Bir ka kV mertebesinde)

L deeri birka yz H mertebelerinde olup, ancak ksa sreli sinyaller iletilebilir. Uzun sreli sinyallerde, ilk anda k verip sonra ksa devre zellii gsterir. rnek Bir Tetikleme Devresi


44

Uzun sreli sinyallere veya ksa devre olmalara kar, girie seri bir kondansatrn balanmas uygun olur. Kondansatrn arj boyunca k alnr ve dearj ters bir diyot zerinden salanr. Opto Balayclar Girilerindeki LEDden geen akmn yayd kla klar iletime giren elemanlardr. Ksa ya da uzun sreli sinyallerin iletilmesinde kullanlr. nemli opto balayc trleri :

a) Opto Transistr b) Opto Darlington c) Opto Tristr d) Opto Triyak

nemli opto balayc parametreleri :

a) Akm Kazanc a= IC/IF

b) Anahtarlama Hz tSW = tON + tOFF

c) zolasyon Gerilimi (Uiz)

Opto Transistrn Sembol

Opto Triyakn Sembol

rnek Bir Srme Devresi

Manyetik Ve Optik Balayclar Arasndaki Farklar


45

1. Tetikleme transformatr sadece ksa sreli sinyalleri iletirken, opto balayc hem ksa hem de uzun sreli sinyalleri iletir.

2. Tetikleme transformatr kta ikinci bir gerilim kaynana ihtiya duymazken, opto balayc knda ikinci bir kaynak gerekir.

3. Ykseltme ilemi, transformatrn primerinde opto balaycnn ise sekonderinde yaplr. 6. AC-AC DNTRCLER / AC KIYICILAR TEK FAZLI AC KIYICILARIN TEMEL PRENSPLER Temel AC Kyc Devresi

U1 , Ug , U : Giri AC ebeke gerilimi U2 , U , Uy : k AC yk gerilimi U2 U1 f2 = f1 AC KIYICI q2 = q1

Omik bir yk iin:

0< < , U2 = 2

Um )2Sin21(1 +

olur.

, : Normalde daima rd olarak alnrlar. AC Kycnn Temel Dalga ekilleri

tN = / =10 ms Doal Komtasyonlu Devre T1 doal olarak de ve T2 doal olarak 2de sner.


46

AC Kyclarn Temel zellikleri

- AC kyclar, AC gerilimin her iki yarm dalgasn belli alarda keserek, k geriliminin efektif deerini deitirir.

- Doal komtasyonlu ve problemsiz devrelerdir. - Hem ebeke hem de yk tarafnda yksek deerli harmonikler oluur. - Tek veya fazl olarak gerekletirilirler. - Endstride s ve k kontrolnde yaygn olarak kullanlrlar. - Vantilatr karakteristikli ykleri tahrik eden dk gl AC motorlarn kontrolnde de

kullanlmaktadr.

- Prensip olarak her bir faz iin, gcnn yettii yere kadar bir adet triyak daha sonra ters paralel bal iki tristr kullanlr. Bilindii gibi, 100-150 Alere kadar triyaklar 5000 A e kadar tristrler retilmektedir.

- Triyaklar sadece AC kyclarda kullanlmak zere retilmektedir. Kontrol Devrelerinin Temel zellikleri

Genel olarak AC kycnn kontrol devresi aadaki zelliklere sahip olmaldr.

1. ebeke gerilimi ile senkronize almaldr. ebeke geriliminin sfr noktalarn grerek, bu noktalarda resetlenmeli ve zaman saymaya balamaldr.

2. Omik yklerde annda ksa sreli (birka on s ), omik endktif yklerde ise - aralnda srekli olarak yeterli tetikleme akm salamaldr.

3. Gerektiinde sinyaller izole edilmeli, ykseltilmeli ve kesilebilmelidir. Temel AC Kyc Devreleri Ana akm elemanlarna gre AC kyclar, genel olarak aada verilen ekilde gerekletirilmektedir.

1. Ters paralel bal 2 tristr ile gerekletirilen AC kyc devreleri

2. Bir triyak ile gerekletirilen AC kyc devreleri

3. Bir diyot kprs ve bir tristr ile gerekletirilen AC kyc devreleri


47

TERS PARALEL BALI 2 TRSTR LE GEREKLETRLEN AC KIYICI DEVRELER 1. Tetiklemenin Diren ile Salanmas

Devre emas

alma Prensibi

Pozitif alternansta T1 kapsndan geen iG1 akm ve negatif alternansta T2 kapsndan geen iG2 akmnn tetikleme akm IGTye erimesiyle, ilgili tristrler tetiklenerek iletime girer. Tristrler tetiklendiinde, kontrol devresi devre d kalr. iG akmlar /2ye kadar IGTye eriemez ise, artk daha eriemez. Dolaysyla, bu devrede as en fazla /2ye karlabilir. Ry


48

Devre emas

Pozitif alternansta, 1 ve 3 ular (+), 2 ve 4 ular (-) olur, T1 tetiklenir. Negatif alternansta, 1 ve 3 ular (-), 2 ve 4 ular (+) olur, T2 tetiklenir. Tetikleme devresi, tristr iletime girdii andan itibaren devre d kalr veya resetlenir. as, u ile UPnin kesitii noktalar arasnda ayarlanabilir. Gerekte u >> UP olduundan, 0


49

3. Tetiklemenin Tek Ynl Devrilen Bir Eleman ile Salanmas Devre emas

alma Prensibi

UZ : Zener gerilimi Osilatrn sfr anndan itibaren sabit UZ gerilimiyle alt kabul edilirse,

t1 R1 C . lnPZ

ZUU

U

olur.

1 = . t1 =2f f=50 Hz

AC gerilimde tek ynl devrilen bir eleman ile tetiklemenin salanabilmesi iin, kontrol devresinde bir diyot kprs gerekmektedir. Tristrlerin iletime girmesi ile yine kontrol devresi devre d kalr veya resetlenir. Bylece, AC ebekede ile senkronizasyon salanr. Burada, osilatr devresi, her iki alternansta da zener diyodu tarafndan salanan sabit UZ gerilimiyle almaktadr. Her iki alternansta da, tetikleme transformatr knda 1 ile 3 ular (+) ve 2 ile 4 ular (-)dir. Her iki alternansta her iki tristre de pozitif sinyal uygulanr, fakat ana ulardaki gerilime gre uygun olan tristr tetiklenir. Yani, pozitif alternansta T1 ve negatif alternansta T2 tetiklenir. BR TRYAK LE GEREKLETRLEN AC KIYICI DEVRELER

1.

Tetikleme devresinde diyot olmadna gre, u = ( Rmin + Rpot ) iG + uG U1 = ( Rmin + Rpot1 ) IGT + UGT U1 =Um sin1 1 = arcsin(U1 / Um) bantlar yazlabilir.


50

2.

zolasyona gerek yok.

Endstride en yaygn olarak kullanlan, en ucuz ve en basit AC kyc devresidir.

3.

.

UJT iin, UP = .UZ

t = R C . ln 11

yazlabilir. Burada, = . t : z Standoff Oran RZ: Zener diyodunu koruma direnci RB2 : UJTyi koruma direnci.


51

BR DYOT KPRS VE BR TRSTR LE GEREKLETRLEN AC KIYICI DEVRELER

Devre emas

DC Ykte Kullanlmas

Temel Dalga ekilleri

Burada, ana akm devresinde bir diyot kprs ve bir tristr kullanlmtr. Tristrn kontrolu herhangi bir ekilde yaplabilir. Bu devre ile kpr giriine seri balanan AC yklerde veya kpr kna seri balanan DC yklerde g kontrol yaplabilir. Endstride serbest uyartml DC motor alan sargsnn kontrolnde yaygn olarak kullanlr. Yalnz sargya ters paralel bir diyot balanmaldr. Aksi halde tetiklenen tristr hi iletimden kmaz ve kontrol yaplamaz. Bu devredeki temel dalga ekilleri, dier AC kyclardan biraz farkldr. Bu nedenle, omik bir yk ve belli bir as iin, bu devre ile ilgili temel dalga ekilleri aada verilmitir.


52

PRENSP OLARAK 3 FAZLI AC KIYICI DEVRELER

1. Y Bal Yk in 3 Fazl AC Kyc Devresi

Yldz noktas toprakl ise devre, 3 ayr tek fazl AC kycya edeerdir. Bu durumda, UDRM ; URRM > 2 Uf olur. Yldz noktas toprakl deil ise, UDRM ; URRM > 2 Uh > 2 3 Uf 3 fazda > 6 Uf

2. Bal Yk in 3 Fazl AC Kyc Devresi

UDRM , URRM > 2 Uh > 6 Uf

AC KIYICILARIN PROBLEMLER VE ZMLER Bu devreler, = 0 ise, AC alter, 0 ise, AC Kyc olarak tanmlanr.

AC alterler, devreye giri ve klarnda AC ebekeden geici harmoniklerin ekilmesine neden olur. Bunu nlemek iin SIFIR GERLM ALTER kullanlr. Bu durumda alter daima (+) alternansn banda devreye girer ve (-) alternansn sonunda devreden kar. AC kyclarda, kesme as ile g kontrol yapld srece, yk omik dahi olsa ebekeden reaktif g ekilir ve daima harmonikler oluur. Bu mahsuru en aza indirebilmek iin, sadece omik yklerde DALGA PAKETLER METODU ile g kontrol yaplr.


53

KONU LE LGL ZLM PROBLEMLER Problem 1 lgili baz deerleri verilen ekildeki devrede, a) = 300 iin, tristr ve yk ularndaki gerilimlerin

deiimlerini iziniz. b) Kesme asnn minimum deerini bulunuz. c) = 45 olabilmesi iin, Rpot ka ka ayarlanmaldr ? d) Tristrde meydana gelebilecek maksimum gerilim

dm ka V olur? e) = 30 iin, tristrn jonksiyon scakl ka C olur?

U = 220 V Ry = 2,2 UGT = 1,5 V IGT = 20 mA UTO = 1,2 V rT = 5 m

RThJC = 0,3 C / W RThCA = 0,7 C / W A = 45 C Rmin = 1 k UD = 1 V

zm : a)

b) min = ?

Rpot = 0 min Umin = ( Rpot + Rmin ) IGT + UD + UGT + Ry IGT Rpot = 0 ve Ry IGT 0 iin, Umin = 22,5 V Umin = Um Sinmin 22,5 = 2 220 Sinmin Sinmin = 0,0723 min =4,15 bulunur.

c) U1 = 2 220 Sin45 = 220 V 220 = ( Rpot + Rmin ) IGT + UD + UGT

Rpot = 9,87 k bulunur.


54

d) UTmax = UTO + rT ITmax

ITmax = y

mRU

= 2,2220.2 ITmax = 2 100 A

UTmax = 1,2 + 5 . 10-3 2 100

UTmax = 1,9 V bulunur.

e) = 30 vj = ?

ITAV =

dtintSI21

m = 2

Im ( 1+Cos ),

=21002 ( 1+Cos60 )

ITAV = 33,76 A

ITEF2= )2Sin21(

4I

tdtSinI21 2m22

m +

=

ITEF2= 4022,5 A2

P = UT.ITAV+rT. 2TEFI = 60.62 W. vj = A + P.(RThJC+RThCA) = 45 + 60,62.(0,3+0,7) vj = 105,62 C bulunur

Problem 2 2.2 kWlk bir stc, direnli tetikleme kullanlarak ters paralel bal 2 tristr ile gerekletirilen AC ayarlayc zerinden 220 V AC ile beslenmektedir. a) Sistemin balant emasn gerekletiriniz. b) = 45 iin, tristr ve yk ularndaki gerilimlerin deiimlerini altalta ve birbirine bal olarak

iziniz. c) = 60 iken, yk akmnn efektif deeri ne olur? zm :


55

d) A 1022010.2,2

UPI

3ef ===

A 210Im =

)120Sin21

314,314,3(

14,3.2)210()2Sin

21(

2II

22m2

TEF +=+

= =80,45 A2

ITEF= 8,97 A

Problem 3

ekildeki montajda, a) = 90 olmas iin, Rpot

ne olmaldr? b) = 120 iken, yk

akmnn efektif deeri ne olur? U = 220 V f = 50 Hz Ry = 11 = 0.75

Rmin = 1 k C = 1 F

zm : a) = 90 iin

ms 550.180.2

90t ==

=

!

=

11lnRCT

75.011ln.10.1.R10.5 63

=

R=3.606 k Rpot= R-Rmin=3,6-1=2.6 k

b) A 2011220

RUI

yef === , A 220Im =

)240Sin21

314,3.214,3(

14,3.2)220(

)2Sin21(

2II

2

2m2

TEF

+=

+

=

22TEF A 2.78I =

ITEF= 8,84 A


56

7. AC-DC DNTRCLER / DORULTUCULAR AC-DC Dntrclerin Genel zellikleri

U1,2,3 : Giri (ebeke) faz gerilimleri (efektif deerler) f : Frekans q : Faz says

Id , Iy : k (yk) akm (ortalama deer) Ud : k gerilimi (Id 0 ve 0 ), = 0 Ud = Ud

Ud : Max. k gerilimi (Id 0 ve = 0 ) Udi : deal k gerilimi ( Id = 0 ve 0 ) Udi : Max. ideal k gerilimi ( Id = 0 ve = 0 ) D : Serbest gei diyodu ( Sndrme, komtasyon diyodu ) Doal komtasyonlu ve problemsiz devrelerdir. Tristr ve diyotlarla gerekletirilir. Uygulama alanlar: DC motor kontrol, akmlatr arj, galvano teknikle kaplama ve DC gerilim kaynaklar eklinde sralanabilir. Endstride en yaygn olarak kullanlan dntrclerdir. AC-DC Dntrclerin Snflandrmas ve Karlatrlmas

Diyotlarla gerekletirilir Sadece dorultucu

modunda alr. Genellikle serbest gei

diyodu yoktur. = 0 Ud =Ud = Sabit

Tristrlerle gerekletirilir. Hem dorultucu hem de

inverter modunda alr. Serbest gei diyodu yoktur.

Konursa inverter modunda almaz.

0 < <

Tristr ve diyotlarla

gerekletirilir. Sadece dorultucu

modunda alr. Genellikle serbest

gei diyodu vardr. 0 < <


57

+Ud > Ud > -Ud Ud > Ud > 0

Temel AC-DC Dntrc Devreleri ve zellikleri

AC ebeke Enerji DC yk Dorultucu Modu AC ebeke Enerji DC yk nverter Modu


58

st ve alt sradan herhangi birisi kullanlrsa Yarm Dalga Dorultucu, her ikisini de kullanlrsa Tam Dalga Dorultucu elde edilir.

Serbest gei diyodu, yk akmnn srekliliini salar. k gerilimi Ud ok dalgal da olsa, byk deerli yk endktansndan dolay k akm Id srekli ve sabit kabul edilir. Serbest gei diyodu olmadnda, srekli kabul edilen DC yk akmn, hem st hem de alt sra elemanlar eit aralklarla ve srayla geirilirler. Hem st hem de alt srada, akmn bir elemandan dierine aktarlna Komtasyon Olay denir ve bu aktarma ilemlerinin balang ya da sfr noktalar ardk faz gerilimlerinin kesiim noktalardr. Diyotlu devrelerde sfr noktalarnda kendiliinden oluan bu aktarm olaylar, tristrl devrelerde tetikleme sinyalleriyle geciktirilebilir. Bu gecikme alar 0 - aralnda ayarlanabilir. Bu aya Tetikleme Gecikmesi veya Gecikme As denir. st ve alt sradan ayn anda sadece birer eleman iletimde kalabilir. ki Fazl Yarm Dalga Kontrolsz Dorultucu ( q=2 , s=1 ve = 0 )

ki Fazl Sistemin Elde Edilmesi Devre emas


59


ki Fazl Sistemde:

2112 uuu =

f21 UUU ==

fh12 U2UU ==

fh U2U =

fmhm U2U =

ki Fazl Yarm Dalga Kontroll Dorultucu ( q=2 , s=1 ve 0 ) ki Fazl Sistemin Elde Edilmesi Devre emas


60


deal k Geriliminin Hesab Yukarda verilen 2 fazl yarm dalga kontrollu dorultucuda, k geriliminin bir cosins fonksiyonu olduu dnlerek, ideal k gerilimi ortalama olarak hesaplanmtr. Burada, U giriteki AC ebekenin efektif faz gerilimidir. 2 U ise bu gerilimin maksimum deeridir.

Udi = +

)q/(

)q/()t(d).tcos(.U.2 .

q/21

Udi = qsin.U.2q

cos bulunur.

Udi = qsin.U.2q

olmak zere,

Udi = Udi .cos yazlabilir.

Tek Fazl Dntrcnn 2 Fazl Edeeri

Tek Fazl Sistem q=1

s Uf Id Rk Lk

ki Fazl Edeeri q=2

s U1= U2=Uf/2

Id Rk/2 Lk/2


61

deal k Gerilimi fadesinin Genelletirilmesi Dorultucularda btn analiz faz saysna bal olarak genelletirilecektir. Yarm dalga bir dorultucuda, tek fazl hari, 2lik bir peryotta faz says kadar tepe vardr. Tek fazl dorultucu bu genellemeye uymadndan, burada verilen genel bantlarn kullanlabilmesi iin, tek fazl dorultucunun 2 fazl edeeri dikkate alnmaldr. Tam dalga bir dorultucunun k gerilimi, ayn faz sayl edeer yarm dalga bir dorultucu k geriliminin 2 katdr. Bu durumda, dorultucu k gerilimi,

Udi = s . qsin.U.2q

Udi = Udi .cos eklinde genelletirilebilir. Burada, U giriteki AC ebekenin efektif faz gerilimidir. 2 U faz geriliminin genlii veya maksimum deeridir. = 0 iin, Udi = Udi < /2 iin, Udi > 0 Dorultucu Modu = /2 iin, Udi = 0 > /2 iin, Udi < 0 nverter Modu Bir dorultucuda, sabit kabul edilen k veya yk akm Idnin yn deitirilemez. Ancak, kontrollu dorultucularda her iki ynde de gerilim elde edilebilir. Bu durumda, dorultucu modunda k gc pozitiftir, yani AC gerilim DCye evrilir ve AC ebekeden DC yke enerji aktarlr. nverter modunda ise, k gc negatiftir, yani DC gerilim ACye evrilir ve DC ktaki enerji AC ebekeye aktarlr.


62

Komtasyon Olay Burada, fazl bir dorultucuda, T3 n tetiklenmesiyle T1in geirmekte olduu Id akmn T3n zerine almas ve T1 in snmesi olay incelenmitir.

T1 iletimde ve Id akmn geirmekte iken, T3 tetiklendiinde, ok ksa sren bir Ksa Devre veya Komtasyon Olay oluur. Fazlararas uk gerilimi, ik komtasyon akmn geirir. tu kadar bir srede T3 akm Idye eriir ve T1 akm 0a der. T1 sner ve bylece Id yk akm T1den T3e aktarlm olur. Komtasyon sresi Lkya baldr.

uk : Komtasyon Gerilimi ik : Komtasyon Akm : Komtasyon As tu : Komtasyon Sresi tq : Snme Sresi : Snme As : Avans As max : Maksimum Tetikleme As Rk : Bir Faz Kolunun Direnci Lk : Bir Faz Kolunun Endktans uk = u21 = u2 u1= tsinU2 k

utu =

qt= U1 = U2 = U3 = Uf : Efektif Faz Gerilimi U12 = U23 = U31 = Uh : Efektif Hat (Fazlararas) Gerilimi

Uh = 2 U f . sin q Uh = 3 U f 3 Fazl Sistemde

f = 2 Uf . sin t h = 2 Uh . sin t


63

Komtasyonun oluabilmesi iin, uk= u21 = u2 u1 > 0 olmaldr. O halde komtasyon 0- aralnda mmkndr.

uk= 2 Lk dtdik

2 Uk sint = 2 .Lk . dtdik

dik = dt.tsinL.2U.2

k

k

ik = - 2 CtcosL..2U

k

k +

ik = - 2 .Ik.cost + C ik(0) = - 2 .Ik + C = 0 C = 2 .Ik ik = 2 Ik (1- cost) bulunur.

Ik = k

kL.2

U

fhk U3UU == fazda

Burada Ik, kararl rejimde fazlararas ksa devre akmnn efektif deeridir. Bu devrede byle bir akm gemez, nk ksa devre T1 snene kadar yani ok ksa srer. Elemanlardan geen akm hi Idyi amaz. Herhangi Bir Annda Komtasyon Sresinin Hesab ik (+u) - ik ( ) = Id Id : yk akm

u = arccos

k

dI2

Icos -

tu =

Max. Tetikleme Asnn Hesab iK ( - ) - iK ( - ) = Id

= arccos

k

dI2

Icos

= . tq max=-


64

Bir Elemann Maruz Kald Akm ve Gerilimin Hesab

ITAV = q1 Id

ITEF = q1 Id

UDRM , URRM > Uhm > 2 Uh

> 2 .2 Uf . Sin q

> 6 UF 3 fazda > 2 2 UF 2 fazda Gerilim Dmleri Omik Gerilim Dm

Dr = s Rk Id s : Yol Says

Rk : Bir Faz Kolu Direnci

Elemanlarn Gerilim Dm

DT = s UT UT : Bir tristr ya da diyodun iletim gerilim dm

Endktif Gerilim Dm Komtasyon olaynn sebep olduu gerilim dmdr.

Bir alan kayb :

1AK = dt2

uut

0

k , uk = 2.Lk. dtdik 1AK = k

t

0kdiL

u = Lk. kI

0di

d 1AK = Lk. Id Tam dalga dorultucuda ve bir s deki alan kayb : Dx = s . f . q . LK . Id bulunur.

Toplam Gerilim Dm

= Dr + DT + Dx


65

Sonu Gerilim Bantlar ve Dntrc k Karakteristii Gerilim Bants Sonular:

Udi = s . qSin.U.2q

( = 0 ve Id=0)

Udi = Udi . Cos ( 0 ve Id=0) Ud = Udi - U ( 0 ve Id0) Ud = Udi - U ( 0 ve Id0) k veya Yk Karakteristii:

KONU LE LGL ZLM PROBLEMLER Problem 1 Yanda baz deerleri verilen 3 fazl tam dalga bir dorultucuda, yk geriliminin 55 V olabilmesi iin as ka dereceye ayarlanmaldr ?

U = 110 V f =50 Hz q=3 Id = 10 A

Rk = 0,5 Lk = 5 mH UT = 1,5 V tq = 120 s

zm :

Udi = s . qsin.U.2q

= 2 .

3sin.110.23

= 257,3 V

Udi = Ud + Udi = 55 +28 = 83 V Udi = Udi . cos 83 = 257,3 . cos cos = 0,322 = 71,80


66

Problem 2 lgili baz etiket deerleri verilen tek fazl tam dalga kontrollu bir dorultucu ile 100 Alik bir DC motor kontrol edilmektedir. a) = 0 iken, yk gerilimi ka V olur? b) Yk geriliminin 110 V olabilmesi iin, as ka dereceye

ayarlanmaldr? c) = 90 iken, komtasyon ka s srer? d) as en fazla ka derece yaplabilir?

U=220 V f=50 Hz Id=100 A Rk=100 m Lk=1 mH UT=2 V tq=300 s

zm :

Dnm q s U I Rk Lk Tek Fazl Sistem 1 2 220 100 100 m 1 m ki Fazl Sistem 2 2 110 100 50 m 500

a) =0 iken, Ud=?

qsinU 2 q sUdi

=

2

sin110 2 2 2

=

V 198Udi Ud = Udi-U = 198 24 Ud = 174 V

DT = s.UT = 2.2 = 4 V Dr = s.Rk.Id = 3.50.10-3.100 = 10 V Dx = s.f.q.Lk.Id = 2.50.2.500.10-6.100 = 10 V U = DT+Dr+Dx = 4 + 10 + 10 U = 24 V

b) Ud = 110 V iin =? Udi = Ud + U = 110 + 24 Udi = 134 V Udi = Udi.cos 134=198.cos 47,4

c) =90 iken, tu = ?

10.500.50.2.2

)2/sin(.110.2

L.f.2.2)q/sin(.U.2

L2U

I

6

kk

kk

=

=

=

IK 700 A

!! 90700 2

10090cosarccos

I 2I

cosarccosuK

d

=

=

u = 5,7976

s 32250.180.2

7976,5utu ==

=

d) max = ? = .tq = 2.180.50.300.10-6 = 5.4

-=

-a=b

700 2

100

)4,5cos(arccos

I 2

I

cosarccos

k

d

!

= 26,55 max = - = 180 26,55 = 153,45 bulunur.


67

Problem 3 lgili baz deerleri verilen fazl yarm dalga kontrollu bir dorultucu ile 150 Alik bir DC motor kontrol edilmektedir. a) = 30 iken, yk gerilimi ka V olur? b) = 60 iken, komtasyon ka s srer? c) Bir tristrden geen akmn ortalama ve efektif deerleri ne olur ?

U=220 V f=50 Hz Id=150 A Rk=100 m Lk=1 mH UT=2 V tq=200 s

zm : a) =30 iken, Ud =?

q

sinU 2 q sUdi

=

3

sin220 2 3 1

=

V 3,257Udi Udi = Udi.cos = 257,3 . cos 30 Udi 222,8 V

DT = s.UT = 1.2 = 2 V Dr = s.Rk.Id = 1.100.10-3.150 = 15 V Dx = s.f.q.Lk.Id =1.50.3.1.10-3.150 = 22,5 V U = DT+Dr+Dx = 2 + 15 + 22,5 U = 39,5 V

UUU did = 5,398,222 =

V 3,183Ud = bulunur.

b) =60 iken, tu =?

10.1.50.2.2

)3/sin(.220.2

L.f.2.2

)q/sin(.U.2

L2

U

I

3

kk

k

k

=

=

=

Ik 606,5 A

!! 60606,5 215060cosarccos

I 2I

cosarccosuk

d

=

=

u = 11,0273

s 6,61250.180.2

0273,11utu ==

=

c) ITAV= ITEF=?

A 5015031I

q1I dTAV ===

A 6,86150 31I

q1I dTEF ==


68

8. DC-DC DNTRCLER / DC KIYICILAR Temel DC Kyc Devresi

T : Anahtarlama Eleman D : Serbest Gei Diyodu LF : Filtre veya Enerji Aktarma Endktans CF : Filtre Kondansatr

DC Kycnn Temel Dalga ekilleri

DC Kycnn Temel zellikleri DC kyclar zorlamal komtasyonlu devrelerdir. ncelikle frekansa ve gce bal olarak BJT, IGBT ve MOSFET; ok yksek glerde ise SCR kullanlr. Uygulama alanlar, DC motor kontrol, akmlatr arj, anahtarlamal g kaynaklar, DC gerilim reglatrleri olarak sralanabilir. D diyodu, k veya endktans akmnn devamn veya srekliliini salar. Bu diyodun kullanlmas zorunludur. Aksi halde, akmn ani olarak kesilmesiyle, Lf endktansnda Ud1 kaynak gerilimini destekleyecek ynde byk deerli bir emk oluur. Bu durumda, Ud1 + emk toplam gerilimi eleman veya yk tahrip eder. Frekans arttka, k akm ve gerilimindeki dalgalanmalar azalr. Dolaysyla, frekans ykseldike, filtre elemanlar klr, devrenin boyutu ile fiyat der ve g younluu artar. alma frekans dorudan kullanlan elemana baldr. Lf endktans, akm srekli ve sabit hale getirir veya akm dzgnletirir. Buna akm dzeltme bobini de denir.


69

Ud2 = P

1TT

Ud1

P

1TT

=

Ud2 = . Ud1 fP =

PT1

Tp=T1+T2

: Bal letim Oran T1 : letim Sresi T2 : Kesim Sresi TP : Darbe Periyodu fP : Darbe Frekans

DC Kycda Gerilim Kontrol Yntemleri 1. Darbe Genilik Modlasyonu (PWM) Darbe frekans dolaysyla darbe peryodu sabit olmak zere, darbe geniliini deitirerek yaplan kontrol yntemidir. En ok tercih edilen ve endstride en yaygn olarak kullanlan yntemdir.

Ud2 = P

1TT

Ud1 = T1.fp.Ud1

fp :sabit T1 , , Ud2 2. Frekans Modlasyonu (FM) Darbe genilii sabit olmak zere, darbe frekansn dolaysyla darbe peryodunu deitirerek yaplan kontrol yntemidir. Zorunlu hallerde kullanlr. Ud2 = T1.fp.Ud1 T1 :sabit fp , , Ud2 3. Darbe Genilik ve Frekans Modlasyonu (PWM ve FM) Hem darbe geniliini hem de darbe frekansn deitirerek yaplan kontrol yntemidir. zellikle motor kontrolunda geici rejimlerde zorunlu olarak kullanlr. Tercih edilmez.


70

KONU LE LGL ZLM PROBLEMLER Problem 1 Giri gerilimi 250 V ve darbe frekans 10 kHz olan bir DC kyc ile 50 Alik bir DC motor kontrol edilmektedir. a) =4/5 iken, yk gerilimi ile kyc ve serbest gei diyodunun iletim srelerini hesaplaynz. b) Yk geriliminin 100 V olabilmesi iin, hangi deere ayarlanmaldr? Bu durumda, serbest gei

diyodu akmnn ortalama ve efektif deerlerini bulunuz. NOT: Devre kayplarn ihmal ediniz ve yk akmnn sabit kaldn kabul ediniz. zm : a) =4/5 iken,

Ud2= .Ud1 = 4/5.250 Ud2 = 200 V

Tp=3p 10.10

1f1=

Tp= 100 s

T1 = .Tp = 4/5 . 100 T1 = 80 s

T2 = Tp - T1 = 100 - 80 T2 = 20 s

b) Ud2= 100 V

Ud2= .Ud1 100 = .250 = 2/5 (1-) = 3/5

IDAV=3/5. Id =3/5. 50 = 30 A

dDEF I 5/3I = = 5/3 .50 = 38,73 A


71

9. DC-AC DNTRCLER / NVERTERLER Tek Fazl Temel nverter Devresi

S1 , S2 , S3 , S4 : Yar letken alterler Tek Fazl nverterin Temel Dalga ekilleri

Tek Fazl nverterin Temel zellikleri nverterler, zorlamal komtasyonlu devrelerdir. Eleman seimi DC kyclardaki gibidir. AC motor kontrolu, kesintisiz g kaynaklar, endksiyonla stma sistemleri, yksek gerilim DC tama ve AC gerilim reglatrleri gibi uygulamalarda kullanlmaktadr.

Tek fazl bir inverterde, karlkl 2 anahtar grubu (S1+S2) ile (S3+S4)n ardk ve eit aralklarla iletimde tutulmasyla, kare veya dikdrtgen dalga eklinde bir Alternatif Gerilim elde edilir. Bu invertere Kare Dalga nverter de denilir. Burada, enerji ak, tristrler iletimde iken DC kaynaktan AC yke doru, ve diyotlar iletimde iken AC ykten DC kaynaa dorudur. Diyotlar, temel olarak ykte biriken enerjiyi kaynaa geri verme grevini yaparlar. Yk akmnn reaktif bileeni arttka diyottan geen akm da artar. Omik yklerde teorik olarak diyotlara gerek kalmaz, fakat uygulamada emniyet asndan diyotlar yine balanr. Saf endktif yklerde, tristr ve diyotlardan geen akmlar birbirine eittir. Yani tristrler zerinden yke gelen enerji hi harcanmadan diyotlar vastasyla kaynaa geri verilir. Ykn gerilim ve akm arasndaki faz fark arttka, diyotlarn akm artar. nverter uygulamalarnda Darbe Genilik Modlasyonu (PWM) yaygn olarak kullanlmaktadr. nverterlerde PWM metodu ile hem gerilimin hem de frekansn kontrol salanmaktadr. Ayn zamanda, uygun darbe genilikleri seilerek harmonik eleminasyonu da yaplabilmektedir.


72

G ELEKTRON I LE LGL TEORK SORULAR

1. Temel dntrclerin genel grev ve zellikleri ile balca uygulama alanlarn sralaynz.

2. Zener diyodunun ne amala ve nasl kullanldn, u-i karakteristii ve basit bir devre zerinde ksaca aklaynz.

3. SCRde kendiliinden iletim geme sebeplerini ve Sicim Olayn aklaynz.

4. BJTde ar doyumun ne olduunu ve nasl nlendiini, iletim karakteristii ve basit bir srme devresi zerinde aklaynz.

5. GTO, MCT ve IGBT elemanlar hakknda bildiklerinizi aklaynz.

6. BJT, MOSFET, GTO ve IGBT elemanlarn, 5 farkl adan karlatrnz ya da iyiden ktye doru sralaynz.

7. Yar iletken elemanlara paralel olarak balanan R-C elemannn grev ve fonksiyonlarn aklaynz.

8. Tetikleme veya srme sinyallerinin niin ve nasl izole edildiini aklaynz.

9. Opto balayclarn ne amala ve hangi elemanlarla kullanldn, basit bir devre zerinde izah ediniz. Bu elemanlar hakknda bildiklerinizi anlatnz.

10. AC kyclarn prensip devresini gerekletirerek, omik bir yk ve =60 iin, kyc ve yk gerilimlerinin deiimlerini altalta iziniz. Devrenin almasn ksaca izah ediniz.

11. Ters paralel bal 2 tristr ve bir UJT kullanarak, bir AC kyc devresini gerekletiriniz. Omik bir yk ve =120 iin, kyc, yk ve kondansatr gerilimlerinin deiimlerini altalta izerek devrenin almasn ksaca anlatnz.

12. Sfr Gerilim alteri ve Dalga Paketleri Metodu ile G Kontrolu hakknda bildiklerinizi zetleyiniz.

13. Dorultucularn bir snflandrmasn yaparak, kontrolsuz, yar kontrollu ve tam kontrollu dorultucular ksaca karlatrnz.

14. ki fazl yarm dalga kontrollu bir dorultucunun devresini gerekletiriniz. Sabit kabul edilen yk akm ve =60 iin, ideal k gerilimi ile T1 tristrnn akm ve gerilim deiimlerini altalta iziniz.

15. DC kyclarn prensip devresini gerekletiriniz. Sabit kabul edilen yk akm ve =3/5 iin, ideal k gerilimi ile kyc ve serbest gei diyodu akmlarnn deiimlerini altalta iziniz.

16. nverterlerin prensip devresini gerekletiriniz. Omik-endktif bir yk iin, k gerilimi ve akmnn deiimlerini altalta iziniz. Akm deiimi zerinde elemanlarn iletim aralklarn gstererek, devrenin almasn ksaca aklaynz.

güç elektroniği

Documents