3 Güç Elektroniği Mersin Unv

0

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile

1


1. GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN KAPSAMI

a) DC/AC statik (kontaksız) şalterleri

b) DC/AC statik (kontaksız) akım ayarlayıcıları

c) Dönüştürücüler

Şekil 1.1 Dönüştürücüler

1) AC DC redresör enerji AC sistemi DC sistemi 2) DC AC ondülör- inverter enerji DC sistemi AC sistemi

3) U1 (D.C.) U2 (D.C.)

q2 4) q1 U2 (AC) U1 (AC) f2 f1

BÖLÜM 1

2


Üç fazın fazları ayrı ayrı tesise uygulanırsa büyük dengesizlikler olacaktır. Bu

sebeple üç fazı iki faza dönüştürücü kullanılır.

Frekans değiştiriciler;

1) Doğrudan frekans değiştirici f1 f2 f2<f1

2) DC ara devreli frekans değiştirici f1 (DC) f2 (AC)

2. GÜÇ ELEKTRONİĞİNDE KULLANILAN ELEMANLAR VE YARIİLETKENLER 2.1 YARI İLETKEN DİYOT p n jonksiyonu

+ UA - Ia

Şekil 2.1 Diyot ve karakteristiği

UA=1000V de

20 I için 1 µA

100 I için 250 µA

Ud :Delinme gerilimi

3

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile 2.2 ZENER DİYOT

Şekil 2.2 Zener diyot ve karakteristiği

PDM =zener diyodun max kayıp gücü

PDM=Uzm. Izm

Şekil 2.3 Zener diyodun devreye bağlantısı

4


2.3 TRANSİSTÖR

Pnp IB Ic Npn Ic =βF “Akım kazancı” Ib

IC = f (Uce)

5


3. TRİSTÖR

Geçirme yönü Kapama yönü

Şekil 3.1 Tristör ve yapısı G:kapı, IG:kapı akımı İletime geçirilmesine tetikleme diyoruz 3.1 TRİSTÖRE KAPAMA YÖNÜNDE GERİLİM UYGULANMASI

Şekil 3.2 Tristörün kapama yönünde davranışı

BÖLÜM 2

6

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile Tristör kapama yönünde normal diyot gibi davranır. 3.2 TRİSTÖRE GEÇİRME YÖNÜNDE GERİLİM UYGULANMASI

Şekil 3.3 İki transistör ile bir tristör oluşturulması

Şekil 3.4 Anot katot gerilimlerindeki davranışın incelenmesi

S açık Ig=0, Ia≅0. S kapatılırsa Ig≠0, npn iletken hale gelir geçen bu akım Ib gibi

etkir ve pnp de iletken hale gelir ve anot akımı geçer. Artık npn`nin emiter

jonksiyonundan Ig+Ia akımı geçer.

7


Şekil 3.5 Tristörün geçirme yönünde anot akım-gerilim karakteristiği

Problem 1: Bir alıcının beslemesinde zener direnci 10 Ω zener devrilme gerilimi

12Volt ve maksimum kayıp gücü 1W olan bir zener diyodu kullanılacaktır.Alıcı akımı

0-30 mA arasında kaynak doğru gerilimi ise 15-18 Volt arasında değişmektedir.

a) Zener diyodunun karakteristiğini çiziniz.

b) Kullanılacak montajın bağlantı şemasını çiziniz.

c) Akım sınırlayıcı direnç kaç Ω seçilmelidir.

d) İşletme sırasında alıcının uçlarındaki gerilim maksimum değeri ne olur. a)

Şekil 3.6 Zenerin çalışma karakteristiği

8

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile b)

Şekil 3.7 Montajın bağlantı şeması UZ = UBD + r z . Iz c) ( UAB )max =Uz + r ( Izmax + Idmin )

18 = 12 + r ( 83,33.10-3 +0 ) 18 - 12 r = = 72Ω 83,33 10-3 PDM =Uz .Izm Uz ≅ UBD Izm = 1/12 = 83,33 mA

d) Uzmax = U BD + rz . Iz max Uzm = 12 + 10 . 83,33 . 10-3 Uzm = 12,83 Volt Uzmin = U BD + rz . Izmin

( UAB )min = Vz + r ( Izmin + I Dmax )

9

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile 15 = 12 + 72 ( Izmin + 30 . 10-3 ) Izmin = 11 mA Uzmin = U BD + rz . Izmin Uzmin = 12 + 10-3 Uzmin = 12,11 Volt Problem 2: Gerilimi 32 Volt ile 40 Volt arasında değişen bir doğru gerilim kaynağında

24 Voltluk bir zener diyodu ile sabit bir doğru gerilim elde edilmek isteniyor alıcı akımı

0-10mA arasında değişmektedir zener diyodun akımı en az 1mA olacak şekilde

akım sınırlayıcı direncin değerini hesaplayınız ve zener diyodun gücünü bulunuz.

Çözüm: UAB min = Uz + r ( Izmin + IDmax )

32 = 24 + r ( 1.10-3 + 10.10-3 )

r = 32 – 24 / 11 . 10-3 = 727 Ω

VAB max = Uz + r ( Izmax +IDmin )

40 = 24 + 727 ( Izmax + 0 )

Izmax = 22. 10-3 A

P DM = Uz . Izm = 24 . 22 . 10-5 = 0,528 W

10


3.3 TRİSTÖRÜN KAPI KARAKTERİSTİĞİ

Şekil 3.8 Tristörün kapı karakteristiği Bir diyotun geçirme yönündeki karakteristiğine benzeyecektir. 3.4 TRİSTÖRÜN KENDİLİĞİNDEN İLETİME GEÇMESİ 1- Anot Geriliminin Sıfır Devrilme Gerilimine Erişmesi

Şekil 3.9 Sıfır devrilme geriliminin sıcaklıkla değişimi

11


2- Anot Gerilimi Yükselme Hızının Kritik Gerilim Yükselme Hızını Aşması

Şekil 3.10 Pozitif anot geriliminde tristörün eşdeğer devresi

12

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile 3.5 TRİSTÖRÜN KAPI AKIMI İLE TETİKLENMESİ

Şekil 3.11 Tristörün iletime geçme olayı esnasında anot akımı, gerilimi ve kayıp gücün değişimi

13

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile 4. TRİSTÖR KORUMA DÜZENLERİ

Şekil 4.1 Eşdeğer komitasyon devresi ve komitasyon devresinde akım-gerilim değişimi

Um = URRM / δ (emniyet bağlıdır) δ > 1 Uk Lk Um Rb Cm Qs * β = Um /Uk ( Aşınım Faktörü) * CB’ = CB . Uk / 2 Qs ( Norm Kapasite ) *RB’ = RB . LkUkQs */2 Norm Direnç

14


4.1 R–C ELEMANININ HESABI URRM → β L

β L = Müsaade edilen aşınım faktörü

Uk biliniyor δ seçilmeli β L = URRM / δ * Uk β L → CB’ min = C’ min RB’ min = RU’ RB’ max = RO’

Şekil 4.2 Müsaade edilen aşınım faktörüne bağlı olarak minimum norm kapasite ile

norm direncin maksimum ve minimum değerlerinin değişimi

CB min = CB’ min . 2 Qs / Uk RB min = RB’ min QsLkUk 2/* RB max = RB’ max QsLkUk 2/* CB ≥ CB min RB min ≤ RB < RB max

15


Problem 3: T100 N1100 tristörde komitasyom önce anot akımı 200Amper

komitasyon gerilimi 600V RC elemanında kullanılmak üzere elimizde 1mf bir

kondansatör mevcuttur. Arzulanan emniyet faktörü 1,2 dir tristörü periyodik pozitif ve

negatif kapama gerilimlerinin tepe değeri 1100 V olduğuna göre şekil ve

diyagramlardan yararlanarak komitasyon devresi endüktansı ve RC elemanı direncini

bulunuz.

Şekil 4.3 T171F tipi tristörün taban tabakalarında birikebilecek yükün bağıl değeri

Şekil 4.4 Aşınım faktörüne bağlı olarak norm kapasite ile norm direncin değerlerinin değişimi

URRM =1100 V

IT = 200 A Uk = 600 V

16

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile C = 1 µF δ = 1,2 Lk = ? R=? βL = URRM βL = 1100 ≈ 1,53 δ . Uk 1,2 . 600 1 . 10^-6 = 1,3 . 2 .Qs Qs = 231 µAs 600 β ya karşılık -di = Uk komitasyon gerilimi dt Lk komütasyon endüktansı 10 = 600 Lk = 60 µH Lk

0,75 = √600 . 60 ≤ RB ≤ 1,6 √ 600.60 2 . 231 2 . 231 6,622 ≤ RB ≤ 14,13 Ω RB = 10 Ω

Problem 4: Bir tristörü periyodik negatif kapama gerilimi tepe değeri 800V

komitasyon devresi endüktansı 10mH komitasyon gerilimi 400V komitasyon öncesi

anot akımı 50 emniyet faktörü 1,34 olarak verilmiştir. Tristör için verilmiş olan

aşağıdaki tabloda ve şekil 3-14 diyagramından yararlanarak RC elemanı direnci ve

kapasitesini hesaplayınız.

Şekil 4.5 Aşınım faktörüne bağlı olarak norm kapasite ile norm direncin değerlerinin değişimi

17


-di = Uk = 400 = 40 -di = 40 A/µs için dt Lk 10 dt Qs = 40 µAs βL = URRM = 800 = 1,5 δ. Uk 1,34 . 400 Cmin = 1,5 . 240 = 0,3 µF 400 0,75 = √400 . 10 ≤ RB ≤ 1,6 √ 400.10 2 . 40 2 . 40 5,3 < RB < 11,31 RB = 8 Ω

18


5. TRİSTÖRLERİN PARALEL BAĞLANMASI Şayet Devre Akımı > Bir tristörün geçirebileceği akım ise

Şekil 5.1 Paralel bağlı tristörler ve geçirme karakteristikleri

İstasyonel çalışmada ; ( kalıcı çalışma )

BÖLÜM 3

19


Şekil 5.2 İstasyonel çalışma

UA1= UA2= R . İA1+UT1= R . İA2+UT2

İletime geçme sırasında; (Akım dağılışının sağlanması için)

• Mümkün mertebede tgd süreleri aynı olan tristörler kullanılmalı • Tristöler aynı anda tetiklenmeli • Tetikleme akımı büyük ve darbe şeklinde olmalı • di/dt sınırlanmalı • Önce iletime geçen tristör henüz iletime geçen tristöre yasama olmalı

Orta Uçlu Bobin Kullanılması;

20


Şekil 5.3 Orta uçlu bobinle kaskat bağlantı

6. TRİSTÖRLERİN SERİ BAĞLANMASI Devre gerilimi > UDRM . URRM pozitif negatif

Şekil 6.1 Tristörlerin seri bağlanması UA1 + UA2 ≈ U

21

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile 6.1 ELEKTRİKSEL İZOLASYON

Şekil 6.2 Elektriksel kublaj

6.2 OPTİK KUBLAJ

Şekil 6.3 Optik Kublaj

22


6. 3 ARDIŞIK TETİKLEME

Şekil 6.4 Ardışık Tetikleme

R.İ = UG + UD

23


7. TETİKLEME DEVRELERİ

7.1 DİRENÇLİ TETİKLEME DEVRELERİ

Şekil 7.1 Dirençli tetikleme devreleri

İG ≥ İGT ise tristör tetiklenir.IGmax ; max kapı akımı U=R.İG + UG + Ry .İG Rmin ≥ Umax / İGmax Rmin ≥ U

Şekil 7.2 Dirençli tetiklemede anot akım-gerilim değişimi

U İc

U=U1 İG=İGT

U1 = R. IGT + UGT + Ry . IGT = Um . Sin α 1

BÖLÜM 4

24


Sin α 1 = U1/Um R U1 α 1

α ≤ π /2 α 1 ≤ α ≤ π /2

Sakıncası

Ayar sahası dar

Calışma sıcaklığa bağlı stabil değil

7.2 DİRENÇ VE KONDANSATÖRLÜ TETİKLEME DEVRELERİ

Şekil 7.3 Direnç ve Kondansatörlü tetikleme devresi

25


°

Şekil 7.4 UC değişimi

UGT’ = UD + UGT

α - 150 ayarlanabilir.

Şekil 7.5 Direnç ve Kondansatörlü tetikleme devresi

26



7.3 SHOCLEY DİYOTLU TETİKLEME DEVRELERİ

Şekil 7.7 Shocley diyodu

Bu çalışma oldukça kararlıdır.

Şekil 7.8 Shocley diyotlu tetikleme devreleri

27


Problem 5: Şekildeki devrede; Rmin 1k seçildiği taktirde α = 60˚ olması için R

direnci değeri ne olmalıdır?

Problem 6 : Şekildeki devrede;

a) α = 45˚ için anot geriliminin ve yük akımının değişimini çiziniz?

b) Yük direncini ihmal ederek

• Doğal gecikme açısını

• Alfa = 60 derece olması için R direncinin hangi değere ayarlanması

gerektiğini,

• R=10270 ohm ayarlı iken gecikme açısı ne olur?

Şekil 7.9 Dirençli tetikleme devresi

28


Çözüm;

Şekil 7.10 Anot geriliminin ve yük akımının değişimi b)

1) U1= Rmin .IGT + UD + UGT = 622.20.1/1000 1 + 1,2 U1= 14,64 V. = Um . Sin α U1 14,64 α = arc Sin ------- = arc Sin ---------- ≅ 2.7 Um 2 .220 2) U1= 2 . 220 Sin 60 = 269,44 V. U1= ( Rmin +R ). IGT + ID + UGT

a)

29

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile -U1 – UD – UGT R= ------------------------ IGT 269,44 -1 – 1,2 = ----------------------- 20.1/1000 3) U1= ( Rmin+R) . IGT + UD + UGT

U1 (622+10270). 20. 1/1000+1+1,2 α = arc Sin ------- = arc Sin --------------------------------------------

Um 2 .220 α = 45˚

7.4 DİAC’LI TETİKLEME DEVRESİ;

Şekil 7.11 Diac’lı tetikleme devresi

7.5 İKİ YÖNLÜ SİLİSYUMLU ŞALTER (SBS)

Şekil 7.12 İki yönlü silisyumlu şalter

30


7.6 UJT’Lİ TETİKLEME DEVRELERİ

Şekil 7.13 UJT

E: Emiter B1,B2 Taban uçları UBB değiştirerek Up ayarlanır.

Şekil 7.14 Tabanlar arasına uygulanan gerilim ve akım değişimi

Up = UD + n UBB

UD = Emiter jonksiyonu gerilim düşümü (0.6 - 0.7 volt)

Öz standaff oranı (0.4 0.8 volt) = n

Şekil 7.15 UJT’li tetikleme devresi

31



32


Şekil 7.17 UJT’li tetikleme devresi

Şekil 7.18 UP tetikleme gerilimi

7.7 PUT’ LU TETİKLEME DEVRELERİ

Şekil 7.19 PUT

33


Şekil 7.20 PUT’ lu tetikleme devreleri Problem 7: Şekildeki montajda;

Şekil 7.21 Tristör tetikleme devresi

a) α=30° için Ua anot gerilimi Uy yük gerilimi Iy yük akımı değişimlerini çiziniz.

b) α=30° için R kaç Ω’a ayarlanmalıdır ?

34


Şekil 7.22 Uy yük gerilimi ve Iy yük akımı değişimi

b)

T= R.C.ln. 1/1-η -t/η

Up= Uz .(1-e )

Up=η.U2

Up=0.6.15=9V

α= t.W

α= t.2∏.f (α° alınırsa Π=180° alınır.)

30=t.180.50

t=1,66 ms 1,66.10^-3 =Rn 1/1-0,6.0,1.10^-6R R≅18kΩ

a)

35

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile Problem 8: Şekildeki montajda;


a) α=60° için tiristör ve yük uçları arasında gerilim değişimlerinin alt alta

çiziniz?

b) R=36 KΩ iken α=? ne olur?

a)

Şekil 7.24 Tristör ve yük uçları arasında gerilim değişimleri

η=R2/R1+R2 = 1.5/1.5+0.5 = 0.75 -6

T= R.C.ln.1/1-µ = 36.10³.0,1.10.ln.1/1-0,75 α=w.t

36


α=2Π.f.t −3

α=2.180.50.4,99.10 α= 90°

7.7 ENTEGRE DEVRELİ TRANSİSTÖRLÜ, TRİSTÖRLÜ TETİKLEME DEVRELERİ

Şekil 7.24 Entegre devreli transistörlü, tristörlü tetikleme devresi

37


8. TRİSTÖRLERİN SOĞUTULMASI

İşletme sıcaklığı; -55 °C ile 125°C

Depolama sıcaklığı; -55 °C ile 150°C

8.1 TRİSTÖR KAYIPLARI 1. Tetikleme kayıpları

2. Şalt kayıpları

PG= f ( f,yük kayıpları ) 3. Kapama kayıbı

PD = UD . İD pozitif kapama kayıp gücü

PD = 1 / T ∫T

dtPD0

.

PR = UR . İR negatif lapama kayıp gücü

PR=1/T ∫T

dtPR0

.

4. Geçirme kayıpları

Şekil 8.2 Eşdeğer karakteristik

Şekil 8.1 Tristör

iG ≥ IGT

PG = UG + İG PG= 1 /T

∫T

dtİGUG0

..

38

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile UT UT0 =Eşik gerilimi UT = UT0 + rT.İT

rT = UT –UT0 = tg β

------------------- İT

UT0. rT PT = UT .İT geçime kayıp gücü

PT = 1/T ∫T

dtİTUT0

..

PT = 1/T ∫ +T

dtİTİTrTUT0

.).0(

PT = UT0.1/T ∫ +T

TrTdtİT0

/1.. ∫T

dTİTİT0

..

--------------- ------------

IT aritmetik ITEF.ITEF Ort. IT AV UT = UT0 .ITAV + rT.ITEF.ITEF

Toplam kayıp güç:

P = PG + PŞ + PD + PR + PT

F<400 Hz için PŞ≅ 0 P ≅ PT

İT= İy

Şekil 8.3 Anahtarlama

39


Şekil 8.4 Geçirme kayıpları

Şekil 8.5 Tristör jonksiyonu P I

Q Gerilim

Tristör görevde sıcaklığı ;

Qc = QA + P(RThCH + RThHA)

Tristör jonksiyon sıcaklığı;

Qvj =Qc + P.RThJC

Qvj = QA + P( RThJC+RThCH + RThHA)

RThJC = İç termik direnç

RThJC = °C/ W

RThCH + RThHA= Dış termik direnç

RThCA = RThCH + RThHA

40


*soğutucu tipi

*soğutma cinsi

Doğal soğutma

zorlamalı soğutma

6m/s

Problem 9: Şekildeki devrede;


a) α = 60 iken tristör ve yük uçlarındaki gerilimlerin değişimlerini alt alta çiziniz

b) α =120 olması için R direnci kaç Ω ayarlanmalıdır.

c) α = 90 iken tristörün jonksiyon sıcaklığı ne olur.

İletim anında tristörde meydana gelecek max gerilim düşümü ne olur Tristör için;

UT0 = 1 V Up = 7,5 V RT = 30mΩ C : 0,1 Rthjc = 0,40 0C Ry = 10Ω Rthca = 1,2 0C Qa = 40 0C

41


Şekil 8.7 Tristör ve yük uçlarındaki gerilimlerin değişimi

Ω

42


Problem 10: T50N tipi bir transistörün karakteristik değerleri ve içinden geçen akım

değişimi aşağıda verilmiştir.

a) Transistörün gecikme kayıp gücünü bulunuz.

b) Transistör toplam kayıp gücü 50 W olursa 20V/ dma soğutma

kullanıldığında soğutma hava sıcaklığı 35 C olduğuna göre gövde ve

jonksiyon sıcaklıklarını bulunuz.

Ut = 1 V

Rt = 0,6 mΩ

Rthyc = 0,4 C \ W

Rthca = 0,3 C \ W (zorlamalı soğutma )

Şekil 8.8 T50N tipi bir transistörün karakteristik değerleri

43

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile Çözüm; a)

P = UT0 I TAV + rT . I TEF 2

= 1,25 + 0,610 –3 . 2083 = 26,25 W

b)

Ǿ = ǾA + P ( RTHCA ) = 35 + 50 . 0,3 = 50 z Ǿzt= Ǿc + P . RTHJC = 50 + 50 . 0,4 = 70 0C

44


9. ÖZEL TRİSTÖR TİPLERİ 9.1 TRİSTÖR TETROT

4 uçlu

Şekil 9.1 Tristör tetrot

9.2 GTO (Gate- Tum-off) G---K iletime K---G sönme 1 ile 6

Şekil 9.2 Kumanda akımı ile söndürülebilen tristörler

9.3 FOTO TRİSTÖRLERLER

Şekil 9.3 Foto tristör

BÖLÜM 5

45

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile 9.4 İKİ YÖNLÜ TRİTÖR DİYOTLAR Aı

P N N P P N N P

9.5 TRİAKLAR (İki yönlü Tristör Diyotlar)

Şekil 9.4 Triak ve karakteristiği

Tes paralel bağlanmış iki tristör gibi davranırlar. Çoğunlukla şebeke frekanslı akım

kontrolü için kullanılır. Aynı kristal içinde ters paralel p.n.p.n gerçekleştirmek zor

olduğundan tristör kadar büyük gerilim ve akımlar için imal edilmezler. Bu yüzden

küçük akım ve gerilim alternaslı akım şalteri ve ayarlayıcı olarak kullanılır.

46


tracın tetikleme I . III Bölgede Triak hassas

bölgesi IV “ hassasiyet azalır.

II “ adi triaclar tetiklenmez.

Şalter Olarak Kullanılması;

Şekil 9.5 Şalter

Ş Şalteri kapanır kapanmaz akımın her yarım dalgasında anot gerilimi vasıtasıyla

triac tetiklenir. Yarı iletken şalter ve kapalı durumunu alır.

47


10. YARI İLETKEN AC ŞALTER ve AC AYARLAYICILARI;

10.1 YARI İLETKEN AC ŞALTER

Şekil 10.1 İki tristörü ters bağlayarak bir AC şalter oluşturulması

Şekil 10.2 Triak kullanarak bir AC şalter oluşturulması

48


10.2 YARI İLETKEN AC AYARLAYICILARI

Şekil 10.3 0≤α≤π için gecikme açısı-akım değişimi

Şekil 10.4 π/2≤α≤π için gecikme açısı-akım değişimi

49


Şekil 10.5 R≠0, L≠0 için gecikme açısı-akım değişimi

10.2.1 AYAR REAKTİF GÜCÜ

Şekil 10.6 Reaktif güç ayarı

50


51


Problem 11: Kritik gerilim yükselme hızı 200 v/µsn olan bir tistörün anoduna

doğrusal ve son değeri 1000 volt olan bir gerilim uygulanırsa gerilim 0’dan 1000 volt

oluncaya kadar en az kaç µsn geçer?

Çözüm:

Şekil 10.7 Gerilim değişimi

52


(du/dt) = 1000/t1 t1 = 1000/200=5µsn Problem 12: Aşağıda karekteristik değeleri verilen bir tristörden kesme açısı

ayarlanabilen yarım sinüs dalgası şeklinde bir akım geçmektedir. Tristör zorlamalı

olarak soğutulmakta olup soğutmma havası sıcaklığı 40º dir. Gecikme kayıp gücü

tplam kayıp güce eşit alınacaktır.

a) bu tristörde 50 A’lik bir DC akım geçirilirse jonksiyon sıcaklığı ne olur.

UT0 = 1,2 RThc = 0,20 Cº/W

RT = 100mΩ RThca = 0,60 Cº/W =0,20 Cº/W

b) α = 30º iken tristörün jonsiyon sıcaklığı 104º olduğuna göre içinden geçen

sinüzoidal akımın maksimum değeri kaç Amper olur.

Çözüm: a) ITAV = ITEF = Id = 50 A.

P = 1,2 . 50 + 10.10-3.(50)2 = 85 W

Qvj = 40+85.(0,4) Qvj = 74 Cº/W

Şekil 10.8 Akım değişimi

53


b)

π ITAV = 1/2π ∫ Im . sin(wt).d.(wt) = Im/2π .( 1+cosα ) α π ITEF 2 = 1/2π ∫ Im2. Sin 2 wt.dwt = Im2 /4π ( π-α+1/2.sin2α )

α P = UT0.ITAV+rT.ITEF

2

160 = 1,2 ( Im/2π. ( 1+cos30º ) )+10.10-3 .( Im5/4π ( π-π/6+1/2.sin60º ) Im1 = 193,5 A bulunur. Im2 =-340,5 A olamaz. Cevap Im1 = 193,5 dir.

54


11. ÜÇ FAZLI YARI İLETKEN ŞALTERLER ve KOMÜTASYON

Şekil 11.1 Üç fazlı yarı iletken şalter

1- λ noktası şebeke nötr hattı ile irtibatlı ise UDRM , URRM > 2 U U = Faz Gerilimi Efektif Değeri ( Faz – Nötr ) 2- λ noktası irtibatlı değilse a) Cos30º = UR1 / 3 .U UR1 = 3 .U. 3 /2 UR1 = 1,5 U UR1max = 2 .1,5 U b) UR2max = 2 . 3 U = 6 .U UDRM , URRM > 6 .U

BÖLÜM 6

55

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Zile 11.1 KOMİTASYON OLAYI Uk = Komitasyon Gerilimi

Doğal komitasyon;

• Yük komitasyonu

• Şebeke komitasyonu

• Yük denetimi dönüştürücü

• Şebeke denetimi dönüştürücü

Zorlamalı komitasyon;

• Kendinden denetimli dönüştürücü

• Kendinden denetimli komitasyon

Şekil 11.2 Komütasyon devresi

Başlangıçta : i1 = I1 : i2 = 0 olacaktır. Akım T1 T2 U1 > U2 olmalı İk = komitasyon akımı Uk = U2 – U1 ik = i2 i1 I = i1+ i2

56


Şekil 11.3 Akım-gerilim değişimleri

57


12. ŞEBEKE DENETİMLİ DÖNÜŞTÜRÜCÜLER

12.1 DOĞRU GERİLİMİN OLUŞTURULMASI

Şekil 12.1 Şebeke denetimli dönüştürücü

Şekil 12.2 Faz gerilim değişimleri

58


Şekil 12.3 Boşta çalışma gerilim değişimi

59


Problem 13: 220 voltluk bir AC şebekesinin beslenen 11Ω luk bir direncin akımı akım

yarım dalgası sondan kesilmesi suretiyle ayarlanmaktadır. Kesilme açısı 60° iken ana

akımın güç faktörünü ve elde edilecek reaktif gücünü bulunuz?

Şekil 12.4 Akım değişimi ve akım bileşenleri

∫=t

0pm1 dt tcos)t(f

T2I

∫=t

0Qm1 dt t sin)t(f

T2I

)cos sin (I dt tcos tsinI2I m

0mpm1 αα+α−π

π=

π= ∫

α−π

sin I dt tsin tsinI2I 2m

0mQm1 α

π=

π= ∫

α−π

22011

2220Im ==

A 22,75 )60cos 60sin3

(220I pm1 =+π

−ππ

=

A75,660sin220I 2Qm =

π=

o

pm1

Qm11 52,16

75,2275,6arctg

II

arctg ===ϕ

60


96,052,16cos cos o1 ==ϕ

2I

VQ Qm11 =

275,6220Q1 =

kVA1Q1 =

12.2 ŞEBEKE DENETİMLİ KOMÜTASYON:

Şekil 12.5 Şebeke denetimli komütasyon İk = İ2 = İd olduğunda komütasyon olayı sona erer.

Şekil 12.6 Komitasyon geriliminin bulunması

61


Şekil 12.7 Komitasyon gerilim değişimi

wtsinU2U kk ⋅=

0UT ≅ 0R k ≅

dtdİL2U k

Kk =

wtsinL2U2

dtdİ

k

kk =

Kdt wtsinL2U2İ

k

kk += ∫

K wtcosw1

L2U2İ

k

kk +=

kk

k IwL2

U= K wtcosI 2İ kk +=

0t = için 1wt = 0ik =

kI 2k

) wtcos1(I 2İ kk −=

T2 iletimde iken

K211 AT UUUU −=−=

62


β=Avans açısı ?t u =

[ ] [ ] dK ICos1I2)u(Cos1I2K

=α−−+α−

K

d

I2IuCosCos =+α−α

K

d

I2ICos)u(Cos −α=+α

α−

−α=

K

d

I2ICosarcu

wtu u ⋅=

wI2

Icosarccost k

d

u

α−

−α

=

12.3 DÖNÜŞTÜRÜCÜ İÇİN Α AYAR SAHASI 0 ≤ α ≤ ∏ β √2.Ik[1-COS(∏α)]-√2.Ik[1-COS(∏β)]=Id COS (∏β)-COS(∏α)=Id/√2.Ik COS αCOSβ=Id/√2.Ik COSβ= COS αId/√2.Ik

Endüktif gerilim düşümü

63


Şekil 12.8 Endüktif gerilim değişimi

Şekil 12.9 α≠0 için endüktif gerilim değişimi

64


α≠0

U1 U2 ortasına

tu 1Kayıp alan = ∫ U2-U1/2.dt Uk=2Lk dİk/dt=U2-U1 U2-U1/2=Lk.dİk/dt tu Id ∫ U2-U1/2.dt=∫ Lk.dİk 0 1Kayıp alan=Lk.İd Birim zamanda kayıp alan:DX DX=f.q.Lk.Id Birim zamanda bir periyot da tekrarlama

12.4 YÜK KARAKTERİSTİĞİ ( DIŞ KARAKTERİSTİK) Udα=f (Id) Udiα=Udi.cosα

Şekil 12.10. Yük devresi

Udα = Udiα - UT - Dr - Dx

65


Şekil 12.11 α geçikme açısında elde edilen gerilim

66


13. DÖNÜŞTÜRÜCÜ BAGLANTILARI

a) Tek yollu Bağlantı

b) iki yollu Bağlantı (Köprü Bağlantıları)

Tek Yollu Bağlantılar

(Yarım Dalga Montajları)

Şekil 13.1 Fazlar

BÖLÜM 7

67


Tek Yollu Üç Fazlı Bağlantılar

Şekil 13.2 Tek Yollu Üç Fazlı Bağlantılar

Yük akımı 30 A ise tristör akımı 10 A'dir.

T2 iletimde iken UAT1=U1-U2 fazlar arası gerilime maruz

T3 iletimde iken UAT1= U1 -U3 kalıyor.

UDRM,URRM > U:faz nötr.

UDRM,URRM >

68


Tek Yollu İki Fazlı Bağlantı

Şekil 13.3 Tek yollu iki fazlı bağlantı

Problem 14: Elimizde 220 V. Luk 4.4 KW lık bir dc alıcısı bulunmaktadır. Alıcı

uçlarındaki gerilimin 0-220 V aralığında değiştirilmesi ve alıcının üç fazlı 220 V luk 50

Hz lik şebekeye bağlı üç faz tek yollu bir redresörle beslenmesi istenmektedir. Redresör

aşağıda verilen kritik değerlerde tristörler kullanılmıştır. Dönüştürücü trafonun

sekonderinde bir kolun direnci Rk=0,3 Ω saf indüksiyon katsayısı Lk=100 µH ve bir

tristördeki gerilim düşümü UT=2 V. Tur. Yük (alıcının sabit olduğu kabul edilerek)

a) Adı geçen montajın bağlantı şemasını çiziniz?

b) ∝=300 için alıcı uçlarındaki ideal boşta çalışma geriliminin tristörden geçen

akımların herhangi bir tristörün anot katod geriliminin değişimini çiziniz ?

c) Gerilim düşümlerini bulunuz ve bu gerilim düşümlerini dikkate alarak trafonun

sekonder faz gerilimini bulunuz ?

d) Tristörlerin UDRM , URRM kapama gerilimleri ne olmalıdır ?

e) Yüklü olarak alıcı uçlarındaki gerilimin Ud=55V olması için ∝=? ne olmalıdır ?

f) Tristörlerin negatif kalma süreleri tq=120µs olduğuna göre ∝m=? ne olmalıdır ?

69


g) ∝=1200 iken komitasyon kaç derece ve kaç µs de gerçekleşir ?

h) ortam sıcaklığı 30 0C olduğuna göre tristörün gövde ve jonksiyon sıcaklıklarını

bulunuz ?

Tristörün Karakteristik Değerleri

Eşik gerilimi Ut...=1,1V iç termik direnç RThjc = 0,25 0C/w

Eş değer direnç rT=50ms dış termik direnç RThCA= 0,50 0C/w doğ.soğ

İşletme sıcaklığı =-55 0C ile 125 0C dış termik direnç RThCA= 0,25 0C/w zor. soğ.

Geçirme kayıp gücü toplam güce eşit P=Pt

a)

Şekil 13.4 Üç fazlı tek yollu redresör

b)

Şekil 13.5 Anot-katot gerilimleri

70


c)

Şekil 13.6 Tristörden geçen akımlar

Şekil 13.7 Trafonun sekonder faz gerilimi

c)

P=UD . Id Id= UDP =

2203^10.4.4 =20A

Dx=S.f.q.Lx.id (Endüktif gerilim düşümü )

=1.50.3.100.10^-6.20

Dx=0,3V

Dr=S.Rk.Id ( omik gerilim düşümü )

=1.0,3.50

Dr=6V

∑ = sUtUt ( iletimdeki tristör gerilim düşümü )

=1,2

∑ = VUt 2

Udi=Ud+Dx+Dr+∑Ut ( ∝=0 için ideal boşta çalışma gerilimi )

71


Udi=220+0,3+6+2

Udi=228,3V

Udi=S.πq . 2 .U.sin

qπ U=

qqS

Udiπ

π

sin...2

.

U=195,2 V (sekonder faz gerilimi )

d)

UDRM , URRM > 6 U = 6 .195,2 V

UDRM , URRM >478,14V Kapama gerilimleri UDRM , URRM > 2 . 3 .U

e) STR = 1,35.Udi.Id

=1,35.228,3.20 Dönüştürücü trafonun gücü

STR = 6,16 kVA

f)

Udi∝ = Udi.cos∝=Ud∝+Dx+Dr+∑Ut Udi∝=55+0,3+6+2=63,3V

Udi=πsq . 2 .U.sin

qπ =228,3V

Udi∝=Udi.cos∝ ∝=arccosUdiUdiα =arccos

3,2283,63 =73,90

g)

tq=120µs ∝m=?

∝max≤ βπ − Gecikme açısı

β =U+δ Avans açısı

δ =w,tq Sönme açısı

δ =w.tq=2.π .f.tq=2.180.30.120.10^-6=2,160

72


β =arc cos[cosδ -IkId2

]

2 .Ik(1-cos( δπ − ))- 2 .Ik(1-cos( βπ − ))=Id

cosδ -cos β =IkId2

cos β = cosδ -IkId2

β =arccos(cosδ -IkId2

)

Ik= wLkUk

2

Uk=2Lk.dtdiq2

Uk=2.Lk.w.ik

ik= LkwUk

2-

Lkwq

U

2

sin2 π

=wLkU

23

Ik=6^10.100.50.14,3.2.2

60sin.2,195.2−

Ik=538..A

β =4,680

∝max< βπ − ∝max<180-4,68 ∝max≤175,32

h)

2 Ik(1-cos(∝+U))- 2 Ik(1-cos∝)=Id

cos(∝+U)= cos∝-UkId2

U=arc cos(cos∝-LikId2

)-∝

73


U=arc cos(cos120-5384.220 )-120 U=1,17190

Tu=WU ( komitasyon süresi )

=50.180.2

1719,0 ° tu=9,66µs

i)

ITAV=T

TId3

.= AId

320

3=

ITEr2= 222

2

3400

3)20(

33 AId

T

TId===

PT=UT0. ITAV +rT.ITEF2

=1,1.320 +50.10^-3.

3400 PT=14W

Qo=QA+P.RThca

=30+14.(0,5) =370C

Qvj=Qo+P.Rthjc

=37+14.(0,25)

=40,50C

3 Güç Elektroniği Mersin Unv

Documents