“İLERİ GÜÇ ELEKTRONİĞİ” - 320Volt

EGE ÜNĐVERSĐTESĐEGE MESLEK YÜKSEKOKULUENDÜSTRĐYEL ELEKTRONĐK PROGRAMIELEKTRĐK MOTORLARI ve SÜRÜCÜLERĐ DERSĐTEORĐ SUNUSU(1)“ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ”Hazırlayan:Yrd.Doç.Dr. M.Necdet YILDIZE.Ü. Ege Meslek YüksekokuluEndüstriyel Elektronik ProgramıŞubat, 2009M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI1

ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ(MOTOR SÜRÜCÜLERĐ);Elektrik-ElektronikMühendisliği4. sınıfları ileMeslek Yüksekokullarının,Endüstriyel ElektronikProgramının 2. sınıfındazorunlu veya seçmeli olarakokutulmakta olan teorik veuygulamalı bir derstir.AMAÇ;Öğrencinin,Güç Elektroniği ve EndüstriyelElektronik ile ilgili ilerikavramları, devreleri vebunların, endüstri ve günlükhayattaki kullanım yerlerini,özellikle motor kontrolunuteorik ve uygulamalı olaraköğrenmesini sağlamaktır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI2

KONU BAŞLIKLARI• Genel Açıklamalar;• Ders için gerekli donanımTeori, Uygulama.• Değerlendirme sistemiTeorik sınavlar,Ödevler,Quizler,Uygulamalar,Uygulama raporları,Uygulama sınavı.• Desin işlenme şekli vehaftalık ders planı.• Sertifika• Ders Konuları;• Giriş.• Doğrultucularda ileri kontrolyöntemleri.• AC kıyıcılarda ileri kontrolyöntemleri.• Direkt frekans çeviriciler(DFÇ).• Anahtarlamalı güçkaynakları.• Akım kaynaklı invertörler(CSI).• Statik anahtralar.• Endüstriyel güç kaynakları.• Rezonanslı invertörler.• 2. bölüm: Motor sürücüler.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI3

DERS ĐÇĐN GEREKLĐ ÖN DONANIM• Đleri Güç Elektroniği dersininverimli geçmesi ve istenilensonuca ulaşılabilmesi için,öncelikle dersi alanöğrencinin gerekli alt yapıyatam olarak sahip olmasıgerekmektedir.• Bu alt yapı öğrencininönceki yıllarda almış olduğutemel elektrik, elektronik,fizik ve matematik dersleriile sağlanmış olmalıdır.Altyapıyı oluşturan unsurlaryan tarafta açık olarakgörülmektedir.Öğrencinin gerekli alt yapıyasahip olmasının yanı sıradersin işlenmesi sırasındateorik ve uygulamabölümlerinde çeşitli dokümanve malzemelere ihtiyaçduyulmaktadır.MeslekiMatematikElektrikMakinalarıElektro-ManyetikDevreSistemAnalogAnalizi Kontrol ElektronikTemel GüçElektroniğiĐLERĐ GÜÇELEKTRONĐĞĐSayısalElektronikMikroĐşlemcilerTemelElektrikYarıĐletkenlerÖlçmeTekniğiM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

DERS ĐŞLENMESĐ ĐÇĐN GEREKLĐ DONANIM• TEORĐ:1- Dersin teori kısmında kullanılacakolan temel ders kitabı,“Power Electronics”Prof. Muhammad H. RASHID2- Dersin teori kısmında kullanılacakolan ders notu,“Đleri Güç Elektroniği Ders Notları”Yrd.Doç.Dr. M.Necdet YILDIZ3- Yardımcı kaynaklar,• Güç ElektroniğiProf.Dr. Nejat TUNCAY (N.Mohan)• Güç ElektroniğiDoç.Dr.Osman GÜRDAL (M.Rashid)• Güç Elektroniğine GirişProf.Dr. Remzi GÜLGÜN• UYGULAMA:1- Dersin uygulama kısmındakullanılacak olan uygulama kitabı,“Đleri Güç Elektroniği Uygulamaları”Yrd.Doç.Dr. M.Necdet YILDIZ2- Dersin uygulama kısmındakullanılacak uygulama ekipmanı,“Güç Elektroniği Uygulama Kartı”Yrd.Doç.Dr. M.Necdet YILDIZM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

DERSĐN ĐŞLENME ŞEKLĐ• TEORĐ;• Her hafta ilk 2 ders saati(90 dak.) teori yapılacaktır.• Teori dersleri “Đleri GüçElektroniği” sunusu, temelders kitapları ve yardımcıkaynaklar kullanılarakyapılacaktır.• Teorik dersler sırasındaquizler yapılacak ve 1 haftasonrası için teorik ödevlerverilecektir.• UYGULAMA;• Her hafta sonraki 2 derssaati (90 dak.) uygulamayapılacaktır.• Uygulama dersleri Đleri GüçElektroniği Uygulamaları veyardımcı kaynaklarkullanılarak yapılacaktır.• Uygulamalar ikişerli gruplarhalinde, ve bir oturumda enfazla 12 grup (24 kişi)olacak şekilde yapılacaktır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

UYGULAMA GRUPLARIGrup: No: Adı: Soyadı:1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A11A12A1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….Grup: No: Adı: Soyadı:1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B12B1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….1) …………........2) ……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….…….…………........…….……………….M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

UYGULAMA ve RAPORLAMA• Uygulamalar, “Đleri GüçElektroniği Uygulamaları” isimliders notundaki sıraya göre veişlem basamaklarına aynenuyularak yapılacaktır.• Uygulamalar sırasında yapılangözlemler, alınan ölçümler vegörülen dalga şekilleri,“Uygulama Sonuçları”sayfasına kaydedilecek veonaylattırılacaktır.• Yapılan her bir uygulama içinyan tarafta formatı görülen birrapor hazırlanacak ve burapora “Uygulama Sonuçları”sayfası eklenecektir.EGE MESLEK YÜKSEKOKULUGÜÇ ELEKTRONĐĞĐ LABORATUARIUYGULAMA RAPORUProgram: ………………………….Grup No: ………..Öğrenci No, Adı ve Soyadı:1) …………………………………….2) …………………………………….Uygulama No: ……..Uygulama Adı:……………………………………..A- Uygulama konusu ile ilgili ön bilgi:…………………………………………………........B- Uygulama yapılması ve alınan sonuçlar:……………………………………………………….C- Uygulama sonuçlarının yorumlanması:……………………………………………………….……………………………………………………….M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

DEĞERLENDĐRME SĐSTEMĐ• Teorik Sınav (Vize-1);• Uygulama Notu (Vize-2);Bu not aşağıdakibileşenlerdenoluşmaktadır:a) Ödevler (%10).b) Quizler (%10).c) Uygulamalar (%20).d) Uyg. Raporları (%20).e) Uyg. Sınavı (%40).• Yıl Đçi Ortalama;[(Vize-1) + (Vize-2)] / 2• UYARI;• Uygulama notu (Vize-2),dersin uygulamasındangeçme-kalma durumunubelirleyen nottur.• Uygulamaların veUygulama raporlarının%50’sini yapmayanlar ileuygulama sınavınakatılmayanların uygulamanotu hesaplanmaz. Bukişiler “UygulamaBaşarısız” sayılırlar.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI9

SINAVLARIN FORMATI• Teorik Sınav (Vize-1);• Teorik sınav, yönetimtarafından ilan edilecekolan vize haftasındayapılacaktır.• Klasik formatta olacak busınavda 4 gruba, 4 sorusorulacak, her sorunun 4alt şıkkı bulunacaktır.• Şıklarda, eleman yapısı,devre yapısı, devre dalgaşekilleri ve devre ile ilgiliçeşitli hesaplamalarsorulacaktır• Uygulama Sınavı;• Uygulama sınavı,dönemin son haftasındayapılacaktır.• Yazılı+uygulamalı olarakyapılacak olan busınavda, o güne kadaryapılması gerekenuygulamalarla ilgilisorular sorulacaktır.• Sınavda uygulamabağlantısı, ölçümbağlantıları ve dalgaşekilleri istenecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

HAFTALIK KONU DAĞILIMIHaftaTeori Konuları:1. H. Genel Açıklamalar ve Giriş2. H. Doğrultucularda İleri Kont.3. H. AC Kıyıcılarda İleri Kontrol4. H. Direkt Frekans Çeviriciler5.6. H. Akım Kaynaklı İnvertörler7. H. Statik Anahtarlar8. H. Endüstriyel Güç Kaynakları9. 10.H. DC Motor Sürücüler11. 12.H.13. 14.H.15. 16.H.M.Necdet YILDIZGeri Beslemeli KotrolAC Motor SürücülerÖzel Motor SürücülerHaftaUygulama Konuları:1. H. Kontrollu Doğrultucu Uyg.2. H. AC Kıyıcı Uygulamaları3. H. DC Kıyıcı Uygulamaları4. H. İnvertör Uygulamaları5. H. DC Motor Kontrolu6. 7. H. Asenkron Motor Kontrolu8. 9. H. Bir Fazlı Motor Kontrolu10. 11.H.12. 13.H.14. 15.H.ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIGeribesl. DC Motor Kont.Servo Motor KontroluStep Motor Kontrolu16. H. Uygulama Sınavı12

BĐRĐNCĐYE VERĐLECEK SERTĐFĐKAM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

BĐR SÖZ“Çalısmadan, Yorulmadan, Ögrenmeden, RahatYasama Yollarını Aramayı Alıskanlık HalineGetirmis Milletler, Evvela Haysiyetlerini, SonraHürriyetlerini ve Daha Sonra da Istikballerini,Kaybetmeye Mahkumdurlar”Mustafa Kemal ATATÜRKM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

MotorSürücülereGiriş

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• GĐRĐŞ:• Elektrik motorları endüstritesislerinden günlük kullanılanbasit cihazlara kadar pek çokalanda ve yerde elektrik motorlarıyoğun olarak kullanılmaktadır.• Elektrik motorları, mekanikhareket üretmek ve üretilenmekanik hareketin kontrolunusağlamak için kullanılabildiği gibi,çeşitli pompa ve fan sistemlerindegaz ve sıvıların kontrolu için veyahava ve suyun devir daimi ve yerdeğiştirmesi için kullanılmaktadır.• Elektrik motorlarının kontrolu için,motor türüne ve gücüne uygungüç düzenekleri kullanılmaktadır.• Elektrik motorlarının kontrolu içinkullanılan güç elektroniğidüzeneklerine MOTOR SÜRÜCÜdenilmektedir.• Motor sürücüleri her motor türünegöre farklı farklı üretilmektedir.Bunun nedeni farklı motorlarınfarklı parametreler değiştirilerekkontrol edilmesidir.• Motor sürücüler her bir uygulamaiçin özel olarak üretilebildiği gibi,pek çok fonksiyonu üzerindetoplayan seri üretim motor sürücüüniteleri de piyasada çok yoğunolarak kullanılmaktadır. Bunlar, LGSiemens, Telemekanique, Delta,Altivar, Tunçmatik vb. sürücülerdir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 2

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• Piyasada yoğun olarakkullanılmakta olan seri üretimmotor sürücüler, birkaç yüz Wattseviyelerinden birkaç yüz kWseviyelerine kadar çok farklıgüçlerde bulunabilmektedir.• Motor sürücüleri çok genel olarak2 ana gruba ayırmak mümkündür.Bunlar,1) Doğru Akım (DC) MotorSürücüleri,2) Alternatif Akım (AC) MotorSürücüleri’dir.Bu genel gruplanma dışında,özellikle hareket kontrolunda çokyoğun olarak kullanılan “ServoMotor” Sürücülerdir.• Motor sürücüler kullanılarakelektrik motorlarının,1) Yol verme,2) Hız kontrolu,3) Tork kontrolu,4) Yön kontrolu,5) Frenleme kontrolu,kolaylıkla gerçekleştirilebilmekteve istenilen kontrolsağlanabilmektedir.• Yukarıda sayılan tüm özelliklerintümünün bir sürücü üzerindebulunması şart değildir. Đhtiyacagöre bu özelliklerden birkaç tanesiveya tümü sürücü üzerindebulunabilir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 3

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• Motor sürücüler kullanılarak motorkontrolu yapılması iki farklı şekildeyapıabilmektedir. Bunlar,1) Geribeslemesiz kontrol,2) Geribeslemeli kontrol’dur.• Geribeslemesiz kontrolda, motorsürücü tarafından programlandığıgibi kontrol edilmekte fakat motorüzerinden herhangi bir şekilde hız,tork, akım, gerilim, sıcaklık vb.gerçek bilgi alınarak sürücüyeaktarılmamaktadır.KAYNAKMotorSürücüElektrikMotoruÇIKIŞ• Geribeslemeli kontrolda ise motoryine sürücü tarafındanprogramlandığı gibi kontroledilmekte fakat bu defa motorüzerinden uygun bir şekilde hız,tork, akım, gerilim, sıcaklık vb.gerçek bilgi alınarak sürücüyeaktarılmaktadır. Sürücü demotordan gelen bu bilgilerideğerlendirerek kontrol sinyalleriniayarlamakta ve motorun tamistenen değerlerde çalışmasınısağlamaktadır.KAYNAKMotorSürücüElektrikMotoruÇIKIŞM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 4

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• GERĐBESLEMELĐ KONTROLSĐSTEMLERĐNĐN TÜRLERĐ:• Motorda öncelikle denetlenmek(kontrol edilmek) istenenparametreler hız veya torkparametreleridir.• Bu parametreler denetlenirkenakım, gerilim ve sıcaklık gibi yanparametrelerde ihtiyaca göre sıkıdenetim altında tutulmalıdır. Bunedenle etkin motor kontrolundageribesleme olmazsa olmazdurumdadır.• Tüm bu parametreler sistemüzerinden uygun şekilde sezilereksürücü devresine geribeslenir veistenen kontrol sağlanır.• Geribesleme motor kontroludışında her tür elektrik, elektronik,mekanik sistemlerde kullanılır.• Tüm bu alanlarda kullanılmaktaolan geribeslemeli kontrolsistemlerinde aşağıda belirtilen 5farklı türde kontrol yapılmaktadır.Bunlar,1) On-Off (açma-kapama) kontrol,2) Oransal (proportional “P”) kont.,3) Oransal Türevsel (proportionalderivative “PD”) kontrol,4) Oransal Đntegral (proportionalintegral “PI”) kontrol,5) Oransal Đntegral Türevsel(proportional integral derivative“PID”) kontrol.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 5

• 1) On-Off Kontrol:MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• On-Off kontrol yöntemi en basitgeribeslemeli kontrol yöntemidir.Bu yöntemde aşağıdaki şekildegörüldüğü gibi, kontrol dilenparametre değeri istenen değerinaltına indiğinde sisteme uyarıverilmekte ve çalıştırılmakta,istenen değerin üzerine çıktığındaise sistem susturulmaktadır.p12ON OFF ON OFF ON OFF3t• Şekilden görüldüğü gibi “1”numaralı sinyal “kontrol sinyali”,“2” numaralı sinyal “istenen değer”“3” numaralı sinyal ise“gerçekleşen değer”dir.• Başlangıçta sıfır seviyesinde olan“gerçekleşen değer”in “istenedeğer”e yükselebilmesi için“kontrol sinyali” “on” konumundabulunmakta ve gerçekleşen değeristenen değere yaklaşmayabaşlamaktadır.• Đstenen değer etrafındaoluşturulan hareket aralığı(hysteresis) aşıldığında ise kontrolsinyali “off” konumuna çekilerekaşrı yükselmeyi engellemektedir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 6

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• Yukarıdaki şekilden görüldüğü gibisistemin ataletinden dolayı uyarıverildiğinde veya kesildiğindeyükselme veya düşme bir süredaha devam etmektedir.• Dolayısıyla bu kontrol yöntemindegerçekleşen değer hiçbir zamanistenen değere oturmamakta,sürekli salınım halindebulunmaktadır. Bu durumda on-offkontrol yöntemi;1) Kritik kontrol sistemleri içinuygun değildir.2) Yüksek enerji tüketimine nedenolmaktadır.3) Isıtma sistemleri gibi yavaşsistemler için uygundur.o.b.• 2) Oransal (P) Kontrol:• Oransal (P) kontrol yöntemi, on-offkontrol yönteminin tersine sistemsürekli çalıştırılmaktadır. Fakat buçalışma değeri çıkışın durumunagöre oransal olarak arttırılmaktaveya azaltılmaktadır. Şekildeoransal kontrol görülmektedir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 7vp31%100%50 %0Oransal bandpoffset2t

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• Yukarıdaki şekilden görüldüğü gibibaşlangıçta sistem çıkışında“gerçekleşen değer” henüz sıfırseviyesinde olduğu için kontrolsinyali (1), %100 seviyesindeolmakta ve sistem çıkışındakigerçekleşen değer (2) hızlayükselmeye başlamaktadır.• Gerçekleşen değer (2) oransalbanda girdiğinde ise kontrol sinyali(1) çıkıştaki yükselmeyle tersorantılı olarak %100’den aşağıyadoğru inmeye başlamaktadır.• Kontrol sinyali %50 seviyelerinegeldiğinde yaklaşık olarak “istenedeğer” seviyesine gelinmişolmaktadır.• Gerçekleşen değer (3) istenedeğerin (2) üzerine çıktığında isekontrol sinyali (1) %50’nin altınainmeye başlamaktadır.• Gerçekleşen değer oransal bandındışına (üstüne) çıktığında dakontrol sinyali %0 seviyesineinmektedir.• Bu durumda gerçekleşen değer,sönümlü bir salınım yaptıktansonra istenen değere çok yakın birseviyeye oturmaktadır.• Đstenen değer ile gerçekleşendeğerin oturduğu seviyearasındaki farka “offset” (kayma)denilir. Bu kontrol yöntemi on-off’agöre daha hassasdır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 8

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• 3) Oransal Türevsel (PD) Kontrol:• Oransal Türevsel (PD) kontrolyöntemi, Oransal (P) kontrolyönteminin hatalarını azaltmaküzere geliştirilmiş bir yöntemdir.Bu yöntemde, istenen değer (setdeğeri) ile gerçekleşen değerarasındaki farkın türevi alınarak(yani tepki hızı ölçülerek) oransalçıkış sinyal seviyesininbelirlenmesi sağlanmaktadır.o.b.p3offset2t• Oransal Türevsel (PD) kontrolyöntemi sayesinde,1) Oransal kontrolda çok yüksekolan salınım genliği azaltılmakta,2) Đstene değer (set değeri) ilegerçekleşen değer arasındaki farkanlamına gelen “Offset” değeri birmiktar azaltılmış olmaktadır.• Bu avantajlara ek olarak, OransalTürevsel (PD) kontrol yöntemininen önemli özelliği, “Dinamikcevabının çok iyi olmasıdır”. Yani,kontrol edilen sistemde ani birdeğişim gerçekleşmesidurumunda sistem değişime çokhızlı bir şekilde cevap vererekönlem alabilmektedir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 9

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• 4) Oransal Đntegral (PI) Kontrol:• Oransal Đntegral (PI) kontrolyöntemi, yine Oransal (P) kontrolyönteminin kaymasını (offset)ortadan kaldırmak üzeregeliştirilmiş bir yöntemdir. Buyöntemde, istenen değer ilegerçekleşen değer arasındakifarkın integrali alınarak oransalçıkış sinyal seviyesinin üzerineeklenmektedir.pt• Oransal Đntegral (PI) kontrolyönteminde offset (fark) sinyalininintegralinin oransal kontrol sinyaliüzerine eklenmesi sayesindegerçekleşen değer kaydırılarakistenen değerin tam üzerineoturtulur yani offset değerisıfırlanmış olur.• Bu yöntemde de diğeryöntemlerde olduğu ve yantaraftaki şekilde görüldüğü gibigerçekleşen değerde ilk başlangıçsırasında sönümlü bir salınımoluşmakta daha sonra da istenendeğere oturmaktadır.• Bu yöntem offset’i yok ettiği içinkritik sistemler için uygundur.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 10

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• 5) Oransal Đntegral Türevsel (PID)Kontrol Yöntemi:• Oransal Đntegral Türevsel (PID)kontrol yöntemi çok parametrelikarmaşık sistemlerde en çokkullanılan kontrol yöntemidir. PIDkontrol yönteminde oransalkontrolda oluşan “offset” (kayma),integral algoritmasıylaengellenmektedir.• Yine oransal kontrolda oluşan aşırıbaşlangıç salınımını azaltmak içinde türev algoritmasıkullanılmaktadır.• Bu sayede hem daha az salınımgenliği (overshoot) hem de sıfırkayma elde edilmektedir.• Aşağıdaki şekilden görüldüğü gibiPID kontrol yöntemi sayesindeKüçük başlangıç salınımlı vekaynası (offset)olmayan bir kontrolgerçekleştirilebilmektedir.• Şimdiye kadar açıklanan tümkontrol yöntemleri analog devreelemanlarıyla veya mikroişlemcive yazılımıyla sistem kontrolunauygulanabilmektedir.ptM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 11

MOTOR SÜRÜCÜLERE GĐRĐŞ• MOTOR ve SÜRÜCÜ SEÇĐMĐ:• Kontrol edilecek bir sistemdekullanılacak en uygun motor vesürücüyü seçebilmek için öncelikleyüke ilişkin,• Güç,• Atalet,• En yüksek hız,• Çalışılacak hız aralığı,• Hareket şekli ve yönü,• Diğer parametreler,mutlaka bilinmesi gerekmektedir.Sistemde istenen bu özellik veparametrelere göre uygun güçteve türde motor ve sürücü seçimiyapılmalıdır.• Kontrol edilecek olan sistememotorun bağlanması (kuplajı) dayine yükün durumuna vegereksinimine göre ,• 1) Direkt kuplaj,• 2) Dişli kutusu (redüktör) ile kuplaj,• 3) Kayış-Kasnak ile kuplaj,• 4) Sonsuz vida ile kuplaj,yöntemlerinden birisi kullanılarakyapılmaktadır.Motor hızı, gücü ve sürücüözellikleri seçilirken kullanılacakkuplaj şekli de çok büyük önemtaşımaktadır.• Ayrıca motor ve sürücü seçimindeısı etkisi de dikkate alınmalıdır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 12

Bölüm-1DoğrultuculardaĐleri KontrolYöntemleriM.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 1

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLDOĞRULTUCULARDA ĐLERĐKONTROL YÖNTEMLERĐNĐNKULLANILMASI:1 ve 3 fazlı kontrolludoğrultucularda kullanılmaktaolan uyarma açısını geciktirmeyöntemi (“α” kontrolu), kolayuygulanabilirliği, basit ve riskiaz olması nedeniyle çokyaygın olarak kullanılmaktadır.Bu yöntem sayesinde tümdoğrultucu türlerindeyapılabilecek en geniş kontrolda gerçekleştirilebilmektedir.Fakat bu yöntem devrenin güçkatsayısını bozmaktadır.Tüm doğrultucular için ayrı ayrıyapılan analizlerde görüldüğügibi yük rezistif bile olsauygulanan bu kontrol tekniğisonucunda kaynaktan çekilenakımın fazı kaymakta ve yükkaynak tarafından endüktifolarak algılanmaktadır.Üstelik bu faz kayması sabitkalmamakta, çıkış geriliminiayarlamak için uyarma açısıdeğiştirildiğinde güç katsayısıda değişmektedir.Ayrıca bu yöntemde gerilim veakım alternans içine homojenolarak dağılamamaktadır.M.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 2

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLBu kontrol yönteminin birbaşka sakıncalı yanı dagenellikle kaynaktan çekilenakımın kare dalga formatındaolmasıdır ki bu şekilde anideğişim gösteren akımkaynakta harmoniklere (farklıfrekanslı parazit sinyaller) yolaçmaktadır ki bu da kaynakgeriliminin kalitesini bozmaktave diğer kullanıcılara zararvermektedir.Đşte tüm bu sakıncalı durumlarıortadan kaldırmak içinayrıntısıyla açıklanacak olandoğrultucularda “Đleri KontrolYöntemleri” kullanılmaktadır.Doğrultucularda kullanılan ilerikontrol yönteleri,1) Ters açı (bitiş açısı) kontrolu2) Simetrik açı kontrolu,3) PWM kontrolu,4) Sinüsoidal PWM kontrolu,yöntemleridir.Bu yöntemlerinuygulanabilmesi için önceliklegüç devrelerinde uygundeğişiklerin yapılmakta, dahasonra da uyarma devreleriuygulanacak yöntemingereklerine göre yenidendüzenlenmekte ve istenilensonuca ulaşılmaktadır.M.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 3

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLTers Açı Kontrolu Yöntemi(Rezistif Yükte);Ters açı (bitiş açısı) kontroluyönteminde, güç devresindekullanılan güç anahtarının(tristör), yalıtıma geçme açısıkontrol edilmektedir. Bu kontrolyöntemine “β” kontrolu yöntemide denilmektedir.Bilindiği gibi “α” kontrolundadevrede kullanılan tristörler içinsadece kontrollu olarak iletimegeçmelerini sağlayacak biruyarma devresi kullanılmaktayalıtıma geçirmek içinseherhangi bir işlemyapılmamaktadır.Bitiş açısı (β) kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-4.148’de görüldüğü gibiöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan tristörlerin uyarılaraksusturulabilir hale getirilmesigerekecektir.NOT: Bu devrede“SusturulabilirTristör Düzeneği”yerine GTO’dakullanılabilir.VsITS1IsD2-VT+S2D1+-+Vdc-IdcRLSyncUyarmaveSusturmaβM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLŞekil-4.148’den görüldüğü gibi,susturma düzeneği eklenmişolan tristörler daire içindesembolize edilmişlerdir. Budurumda sembolde tristör (T)olarak değil anahtar (S) olarakgösterilmişlerdir.Pek çok uygulamada normaltristörlere susturma düzeneğiyerleştirmektense doğrudansusturulabilen GTO’lar tercihedilmektedir.Tabii ki uyarma devresi de artıksadece basit iğne pals üretecideğil, uyarma için ayrısusturma için ayrı palsüretebilen bir devre olacaktır.Görüldüğü gibi, bitiş açısıkontrolu yöntemininkullanılması durumunda güçdevresine yapılacak olansusturma düzeneği eklemesi,hem devrenin maliyetiniarttıracak hem de devrenindaha karmaşık olmasına yolaçacaktır.Buna karşılık elde edilenavantajın ne olduğu aşağıdakiŞekil-4.149’da görülmektedir.Bu şekilde örnek olarak seçilen1 fazlı yarım kontrolludoğrultucunun rezistif yükte “β”kontrolu yöntemiyle uyarılmasıdurumdaki şekiller verilmiştir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

V mV SV mV OV TI SI mI OI TαI – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLβπ 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtŞekil-4.149’dan görüldüğü gibi,pozitif alternansı kontrol edenS1 anahtarı ile negatifalternansı kontrol eden S2anatarı kendilerine aitalternansların hemen başındauyarılmakta (α), alternansın90’ıncı derecesinde ise zorlasusturulmaktadır (β= 90º).Bu durumda klasik yöntemde“α” uyarma açısı kullanılarakyapılan çıkış gerilimi kontrolu,bu yöntemde “β” bitiş açısınınkontrolu ile gerçekleştirilmekteolup bu açı ters yönde 0 ile180 derece arasındaayarlanabilmektedir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-4.149’da verilen temeldalga şekillerindenyararlanarak daha öncekidoğrultucularda olduğu gibiters açı kontrolünde çalıştırılandoğrultucu devrelerininperformans parametrelerini dehesaplamak mümkün olacaktır.• Hesaplamalar yapılırken yinehesaplanacak parametreye aitdalga şekli temel alınacak vebu dalga şekline göre ortalamadeğer, etkin değer, tepe değervb. hesaplamalar ayrı ayrıgerçekleştirilebilecek ve devreperformansı belirlenebilecektir.Şekil-4.149’da görülen 1 fazyarım kontrollu köprü dalgaşekillerinden yararlanarak tersaçı kontrolu için aşağıdakihesaplamalar kolaylıklayapılabilmektedir.1) Çıkış gerilimi ortalama değeri,2) Çıkış akımının ortalama değeri,3) Ortalama çıkış gücü,4) Kaynaktan çekilen akımın etkindeğeri,5) Kaynaktan çekilen etkin güç6) Güç katsayısı,7) Anahtar (diyot-tristör) gerilimleri,8) Anahtar (diyot-tristör) akımları.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çıkış geriliminin ortalamadeğeri;• 1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun rezistif yükte tersaçı kontrolunda çalıştırılmasıdurumunda, yük üzerindeaşağıdaki Şekil-4.150’de verilendalga şeklinin görüleceğinibelirtmiştik. Şimdi bu dalga şeklinegöre çıkış geriliminin ortalamadeğer eşitliğini bulalım.V OV mβTπ 2π 3π 4πωtVVVVVVVdcdcdcdcdcdcdcπ −βmV= ∫sin(ωt).d(ωt)π 0Vπmπ −β= [ −cos(ωt)]0Vm= [ −cos(π − β)+ cos0]πVm= [ −cos(π − β)+ 1]πVm= [ −(cosπ.cosβ + sinπ.sinβ)+ 1]πVm= [ −(−1.cosβ+ 0.sinβ)+ 1]πV( 1+cosβ)π= mM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çıkış akımının ortalamadeğeri;• 1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun rezistif yükte tersaçı kontrolunda çalıştırılmasıdurumunda, yük üzerindenaşağıdaki Şekil-4.151’de görülenakımın geçeceğini belirtmiştik.Şimdi bu dalga şekline göre çıkışakımının ortalama değer eşitliğinibulalım.I mI OβTπ 2π 3π 4πωtIIIIIIIdcdcdcdcdcdc=π −βIm∫sin(ωt).d(ωt)π 0Iπmπ −β= [ −cos(ωt)]0Im= [ −cos(π − β ) + cos0]πIm= [ −cos(π−β )+ 1]πIm= [ −(cosπ.cosβ + sinπ.sinβ ) + 1]πIm= [ −(−1.cosβ + 0.sin β ) + 1]πIm= ( 1+cos β )πdc=VRdcM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI9

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Ortalama çıkış gücü;• Ortalama çıkış gücü, ortalamaçıkış gerilimi ve akımınınçarpımına eşittir.• P dc = I dc V dc• Kaynak akımı etkin değeri;• Kaynak akımının dalga şekliŞekil-4.152’deki gibidir.I mI Sπ 2π 3π 4πTωtIIIIIISS2π12( rms )= ∫[Im.sin(ωt)]. d ( ωt)2π0π − β22Im 2( rms )= ∫ sin ( ωt).d ( ωt)2π 0Iωtsin( 2ωt)2mπ − βS ( rms )= [ − ]0π 242Imπ − β[( −π 2sin 2( π − β ))4S ( rms )=−S ( rms )S ( rms )=mI=m2I π( −π 221 −β+2β +πsin 2β)4sin 2β)2π...M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çekilen etkin güç;• Bu devrenin kaynaktan çektiğietkin güç, kaynak gerilimi vekaynaktan çekilen akımın etkindeğerlerinin çarpımına eşittir.• P S(rms) = I S(rms) V S(rms)• Anahtar (tristör) gerilimi;• Diyot ve tristörlerin gerilimi,VmV D-T-V mTπ 2π 3π 4πωtyine diyot ve tristörlertarafından bloke edilengerilimdir. Şekil-4.153’degörüldüğü gibi, kaynağınnegatif ve pozitifalternanslarında anahtarlaryalıtımda kalabilmekte vekaynak gerilimini blokeetmektedir. Bu durumdadevrede kullanılacak olananahtarların çalışmagerilimleri,V T ≥ V m +(%30.V m )= Vm . 1,3eşitliğindenbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Anahtar (diyot-tristör) akımı;• Diyot ve tristörlerin akımı,Şekil-4.154’de görüldüğü gibien fazla yarım dalga akımdır.• Bu durumda devredekullanılacak olan anahtarınçalışma akımı,• I T ≥ I m +(%30.I m )= Vm/R . 1,3I mI D-Teşitliğinden bulunabilmektedir.βπ 2π 3π 4πTβωtV SI SV mGüç katsayısı (cosφ);Devrede kaynak gerilimi veakımı Şekil-4.155’deki gibidir.Bu durumda kaynaktan her ikialternansta da ve kaynaklafarklı fazda akım çekilmektedirBu durumda cosφ= cos(-β/2)φ =-β/2π 2π 3π 4πωtωtI S1M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI 12

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-4.155’den görüldüğü gibikaynak gerilimi ile kaynaktançekilen akımın aralarındaki fazfarkını bulabilmek için yinekaynak akımının temel bileşeni(IS1) çizilmiştir.• Kaynak akımının temelbileşeninin yatay ekseni kestiğinokta ile kaynak gerilimininyatay ekseni kestiği noktaarasında “-β/2” kadarlık bir fazkayması olduğu görülmektedir.• Şekilden de görüldüğü gibi tersaçı kontrolu sayesinde klasikkontrolun tersine akımgerilimin önüne geçmiştir.Ters Açı Kontrolu (End. Yükte);Şekil-4.156’da 1 fazlı tam dalgayarım kontrollu köprü doğrultucudevresinin endüktif yükte ters açıkontrolu yöntemiyle kontroledilmesi görülmektedir. Şekil-4.157’de ise temel dalga şekillerigörülmektedir.SyncVsS1IsD2IT-VT+S2DmD1+-+Vdc-IDmUyarmaveSusturmaIdcZLβM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

V SV OV mV mV mV TI mI SI mI OI mI TαI – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLβπ 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtŞekil-4.157’den görüldüğü gibi,pozitif alternansı kontrol edenS1 anahtarı ile negatifalternansı kontrol eden S2anatarı yine kendilerine aitalternansların hemen başındauyarılmakta (α), alternansın90’ıncı derecesinde ise zorlasusturulmaktadır (β= 90º).Bu durumda klasik yöntemde“α” uyarma açısı kullanılarakyapılan çıkış gerilimi kontrolu,bu yöntemde “β” bitiş açısınınkontrolu ile gerçekleştirilmektedir.Yükün çok endüktif olmasınedeniyle yine çıkış akımıtamamen düz kabul edilmiştir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çıkış geriliminin ortalamadeğeri;• 1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun endüktif yükte tersaçı kontrolunda çalıştırılmasıdurumunda, yük üzerindeaşağıdaki Şekil-4.158’de verilenaynı dalga şeklinin görüleceğinibelirtmiştik. Bu durumda çıkışgerilimi eşitliği rezistif yükteki ileaynı olacaktır.V mβπ 2π 3π 4πI mÇıkış akımının ortalamadeğeri;1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun endüktif yükte tersaçı kontrolunda çalıştırılmasıdurumunda, yük üzerindenaşağıdaki Şekil-4.159’da verilensabit akımın geçtiğini kabuletmiştik. Bu durumda çıkış akımı,Idc= Im= Vm / Z olacaktır.βπ 2π 3π 4πV OωtI OωtTTM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Ortalama çıkış gücü;• Ortalama çıkış gücü, ortalamaçıkış gerilimi ve akımınınçarpımına eşittir.• P dc = I dc V dc• Kaynak akımı etkin değeri;• Kaynak akımının dalga şekliŞekil-4.160’daki gibidir.I mI St1βt2π 2π 3π 4πTωtŞekil-4.160’dan görüldüğü gibi,kaynaktan çekilen akım ACkare dalga formatındadır.Bu durumda akımın etkindeğeri etkin peryot eşitliğindenyararlanarak hesaplamakmümkün olabilecektir.Etkin değer hesabında sadecepozitif veya sadece negatifalternans kullanılabilmektedir.Bu durumda etkin değer,k= t1 / (t1+t2)IS(rms)= Im . √kIS(rms)= Vm/Z . √keşitlikleri kullanılarakbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI16

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çekilen etkin güç;• Bu devrenin kaynaktan çektiğietkin güç, kaynak gerilimi vekaynaktan çekilen akımın etkindeğerlerinin çarpımına eşittir.• P S(rms) = I S(rms) V S(rms)• Anahtar (tristör) gerilimi;• Diyot ve tristörlerin gerilimi,VmV D-T-V mTπ 2π 3π 4πωtyine diyot ve tristörlertarafından bloke edilengerilimdir. Şekil-4.161’degörüldüğü gibi, kaynağınnegatif ve pozitifalternanslarında anahtarlaryalıtımda kalabilmekte vekaynak gerilimini blokeetmektedir. Bu durumdadevrede kullanılacak olananahtarların çalışmagerilimleri,V T ≥ V m +(%30.V m )= Vm . 1,3eşitliğindenbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI17

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Anahtar (diyot-tristör) akımı;• Diyot ve tristörlerin akımı,Şekil-4.162’de görüldüğü gibiyarım dalga bir akımdır.• Bu durumda devredekullanılacak olan anahtarınçalışma akımı,• I T ≥ I m +(%30.I m )= Vm/Z . 1,3Güç katsayısı (cosφ);Devrede kaynak gerilimi veakımı Şekil-4.163’deki gibidir.Bu durumda kaynaktan her ikialternansta da ve kaynaklafarklı fazda akım çekilmektedirBu durumda, cosφ= cos(-β/2).π 2π 3π 4πI meşitliğinden bulunabilmektedir.V mπ 2π 3π 4π V SωtI TβTβωtI mI Sφ =-β/2ωtI S1M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI 18

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-4.163’den görüldüğü gibikaynak gerilimi ile kaynaktançekilen akımın aralarındaki fazfarkını bulabilmek için yinekaynak akımının temel bileşeni(IS1) çizilmiştir.• Kaynak akımının temelbileşeninin yatay ekseni kestiğinokta ile kaynak gerilimininyatay ekseni kestiği noktaarasında “-β/2” kadarlık bir fazkayması olduğu görülmektedir.• Şekilden de görüldüğü gibi yükendüktif olmasına rağmensanki kapasitifmiş gibi akımgerilimin önüne geçmiştir.Örnek:220V-50Hz şebekede 90º ters açıuyarmasında çalıştırılan 1 fazlıyarım kontrollu köprü doğrultucu,a) 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini,b) 10Ω’luk endüktif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Rezistif yükte çıkış gerilimininortalama değeri,Vm= Vrms . √2 = 220.1,41= 311VVdc= (Vm/π).(1+cosβ)Vdc= (311/π).(1+cos90)= 99VM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI19

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLÇıkış akımı ortalama değeri,I dc = Vdc / R= 99 / 10= 9,9AOrtalama çıkış gücü,P dc = I dc .V dcP dc = 9,9 . 99= 0,98kWKaynak akımının etkin değeri,IS ( rms)I=m2β sin 2β1−+ )π 2πI m = Vm / R= 311 / 10= 31,1AI S ( rms)=31,12IS(rms)= 15,55Aπ / 2 sin 2.901−+ )π 2πKaynaktan çekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 15,55 . 220 = 3,42kWAnahtar (diyot-tristör) gerilimi,V T ≥ V m + %30V T ≥ 311 . 1,3 ≥ 400VAnahtar (diyot-tristör) akımı,I T ≥ V m /R + %30I T ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40ADevrenin güç katsayısı,cosφ= cos(-β/2)= cos(-90º/2)cosφ= 0,707 – ileri(Akım gerilimin önündebulunmaktadır.)M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI20

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLb) Endüktif yükte çıkışgeriliminin ortalama değeri,Vm= Vrms . √2 = 220.1,41= 311VVdc= (Vm/π).(1+cosβ)Vdc= (311/π).(1+cos90)= 99VÇıkış akımı ortalama değeri,I dc = Vm / Z= 311 / 10= 31,1AOrtalama çıkış gücü,Kaynaktan çekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 22 . 220 = 4,84kWAnahtar (diyot-tristör) gerilimi,V T ≥ V m + %30V T ≥ 311 . 1,3 ≥ 400VAnahtar (diyot-tristör) akımı,I T ≥ V m /R + %30P dc = I dc .V dcP dc = 31,1 . 99= 3,07kWKaynak akımının etkin değeri,k= t1 / (t1+t2)= 5 / 10= 0,5IS(rms)= Vm/Z . √kIS(rms)= 311/10 . √0,5= 22AI T ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40ADevrenin güç katsayısı,cosφ= cos(-β/2)= cos(-90º/2)cosφ= 0,707 – ileri(Akım gerilimin önündebulunmaktadır.)M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI21

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLSimetrik Açı Kontrolu Yöntemi(Rezistif Yükte);Simetrik açı kontroluyönteminde, güç devresindekullanılan güç anahtarının,hem iletime hem de yalıtımageçme açısı kontroledilmektedir.Bilindiği gibi, “α” kontrolundabaşlangıç, “β” kontrolunda isebitiş açısı kontrol edilmektedir.Bu da akım ile gerilim arasındafaz kaymasına yol açmakta vegüç katsayısını bozmaktadır.Simetrik açı kontrolunda iseher iki açı birlikte kontroledilmektedir.Simetrik açı kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-4.164’de görüldüğü gibiöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan tristörlerin uyarılaraksusturulabilir hale getirilmesigerekecektir.NOT: Bu devrede“SusturulabilirTristör Düzeneği”yerine GTO’dakullanılabilir.VsITS1IsD2-VT+S2D1+-+Vdc-IdcRLSyncUyarmaveSusturmaαβM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI22

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLŞekil-4.164’den görüldüğü gibi,susturma düzeneği eklenmişolan tristörler daire içindesembolize edilmişlerdir. Budurumda sembolde tristör (T)olarak değil anahtar (S) olarakgösterilmişlerdir.Pek çok uygulamada normaltristörlere susturma düzeneğiyerleştirmektense doğrudansusturulabilen GTO’lar tercihedilmektedir.Tabii ki uyarma devresi de artıksadece basit iğne pals üretecideğil, uyarma için ayrısusturma için ayrı palsüretebilen bir devre olacaktır.Görüldüğü gibi, simetrik açıkontrolu yönteminin dekullanılması durumunda güçdevresine yapılacak olansusturma düzeneği eklemesi,hem devrenin maliyetiniarttıracak hem de devrenindaha karmaşık olmasına yolaçacaktır.Buna karşılık elde edilenavantajın ne olduğu aşağıdakiŞekil-4.165’de görülmektedir.Bu şekilde örnek olarak seçilen1 fazlı yarım kontrolludoğrultucunun rezistif yüktekontrolu yöntemiyle uyarılmasıdurumdaki şekiller verilmiştir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI23

V mV SV mV OV TI SI mI OI TαI – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLβ π 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtŞekil-4.165’den görüldüğü gibi,pozitif alternansı kontrol edenS1 anahtarı ile negatifalternansı kontrol eden S2anatarı kendilerine aitalternansların 45. derecesindeuyarılmakta (α), alternansın135. derecesinde ise zorlasusturulmaktadır (α=β= 45º).Bu durumda klasik yöntemde“α” uyarma açısı kullanılarakyapılan çıkış gerilimi kontrolu,bu yöntemde “β” bitiş açısınınkontrolu ile birliktegerçekleştirilmekte olup bu açıdeğeri 0-90 derece arasındaayarlanabilmektedir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI24

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-4.165’de verilen temeldalga şekillerindenyararlanarak daha öncekidoğrultucularda olduğu gibisimetrik açı kontrolündeçalıştırılan doğrultucudevrelerinin performansparametrelerini de hesaplamakmümkün olacaktır.• Hesaplamalar yapılırken yinehesaplanacak parametreye aitdalga şekli temel alınacak vebu dalga şekline göre ortalamadeğer, etkin değer, tepe değervb. hesaplamalar ayrı ayrıgerçekleştirilebilecek ve devreperformansı belirlenebilecektir.Şekil-4.165’de görülen 1 fazyarım kontrollu köprü dalgaşekillerinden yararlanarak tersaçı kontrolu için aşağıdakihesaplamalar kolaylıklayapılabilmektedir.1) Çıkış gerilimi ortalama değeri,2) Çıkış akımının ortalama değeri,3) Ortalama çıkış gücü,4) Kaynaktan çekilen akımın etkindeğeri,5) Kaynaktan çekilen etkin güç6) Güç katsayısı,7) Anahtar (diyot-tristör) gerilimleri,8) Anahtar (diyot-tristör) akımları.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI25

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çıkış geriliminin ortalamadeğeri;• 1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun rezistif yüktesimetrik açı kontrolundaçalıştırılması durumunda, yüküzerinde aşağıdaki Şekil-4.165’deverilen dalga şeklinin görüleceğinibelirtmiştik. Şimdi bu dalga şeklinegöre çıkış geriliminin ortalamadeğer eşitliğini bulalım.V OV mαTβπ 2π 3π 4πωtVVdcdcV dcVVdcdc==V =dc1πVmππ − β∫αVπ − β∫αmsin( ωt).d ( ωt)= Vmωπ[ − cos( t)]sin( ωt).d ( ωt)π −βαV[ −(cos(π − β ) − cosα)]π= mV(cos α + cos β )π= m2 mVπ cosαM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI26

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çıkış akımının ortalamadeğeri;• 1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun rezistif yüktesimetrik açı kontrolundaçalıştırılması durumunda, yüküzerinden aşağıdaki Şekil-4.166’da görülen akımıngeçeceğini belirtmiştik. Şimdi budalga şekline göre çıkış akımınınortalama değer eşitliğini bulalım.I OI mαTβπ 2π 3π 4πωtIIIIIIdcdcdcdcdc==1πImππ − β∫απ − β∫αImsin( ωt). dsin( ω t).dIm= [ − cos( ωt)]ππ − βα( ωt)( ωt)I[ −(cos(π − β ) − cos α )]π= m=V/ Rπm(cos α +2Vm/ R= cos απdc=cos β )VRdcM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI27

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Ortalama çıkış gücü;• Ortalama çıkış gücü, ortalamaçıkış gerilimi ve akımınınçarpımına eşittir.• P dc = I dc V dc• Kaynak akımı etkin değeri;• Kaynak akımının dalga şekliŞekil-4.167’deki gibidir.I mI Sαβ π 2π 3π 4πTωtIIIIT12S( rms)= ∫[Im.sin(ωt)]. d(ωt)T0−=2 2 π βIm∫sin2S( rms)( ωt).d(t2παS(rms)2Imωtsin(2 ωt)= [ − ]π 24ω )π−βα2Imπ −βsin2( π −β)[( − )π 2 4S( rms)=−mS(rms)=IIS...2I sin2( π −β)sin2α[( π −β)− −α+ )2π22I 2α( )= mrms1−2 πM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI28

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çekilen etkin güç;• Bu devrenin kaynaktan çektiğietkin güç, kaynak gerilimi vekaynaktan çekilen akımın etkindeğerlerinin çarpımına eşittir.• P S(rms) = I S(rms) V S(rms)• Anahtar (tristör) gerilimi;• Diyot ve tristörlerin gerilimi,VmV D-T-V mTπ 2π 3π 4πωtyine diyot ve tristörlertarafından bloke edilengerilimdir. Şekil-4.168’degörüldüğü gibi, kaynağınnegatif ve pozitifalternanslarında anahtarlaryalıtımda kalabilmekte vekaynak gerilimini blokeetmektedir. Bu durumdadevrede kullanılacak olananahtarların çalışmagerilimleri,V T ≥ V m +(%30.V m )= Vm . 1,3eşitliği kullanılarakbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI29

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Anahtar (diyot-tristör) akımı;• Diyot ve tristörlerin akımı,Şekil-4.169’da görüldüğü gibien fazla yarım dalga akımdır.• Bu durumda devredekullanılacak olan anahtarınçalışma akımı,• I T ≥ I m +(%30.I m )= Vm/R . 1,3I mI D-Teşitliğinden bulunabilmektedir.αβπ 2π 3π 4πTωtV SI SI S1V mI mGüç katsayısı (cosφ);Devrede kaynak gerilimi veakımı Şekil-4.170’deki gibidir.Bu durumda kaynaktan her ikialternansta da ve kaynaklaaynı fazda akım çekilmektedirBu durumda cosφ= 1’dir.φ= 0˚π 2π 3π 4πωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI 30

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-4.170’den görüldüğü gibikaynak gerilimi ile kaynaktançekilen akımın aralarındaki fazfarkını bulabilmek için yinekaynak akımının temel bileşeni(IS1) çizilmiştir.• Kaynak akımının temelbileşeninin yatay ekseni kestiğinokta ile kaynak gerilimininyatay ekseni kestiği noktaarasında herhangi bir fazkayması olmadığıgörülmektedir.• Şekilden de görüldüğü gibisimetrik açı kontrolu sayesindegüç katsayısı “1” olmuştur.VsSimetrik Açı Kontr. (End.Yükte);Şekil-4.171’de 1 fazlı tam dalgayarım kontrollu köprü doğrultucudevresinin endüktif yükte simetrikaçı kontrolu yöntemiyle kontroledilmesi görülmektedir. Şekil-4.172’de ise temel dalga şekillerigörülmektedir.SyncS1IsD2IT-VT+S2DmD1+-+Vdc-IDmUyarmaveSusturmaIdcZLα βM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI31

V mV SV mV OV TI SI mI OI TαI – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLβ π 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtŞekil-4.172’den görüldüğü gibi,pozitif alternansı kontrol edenS1 anahtarı ile negatifalternansı kontrol eden S2anatarı kendilerine aitalternansların 45. derecesindeuyarılmakta (α), alternansın135. derecesinde ise zorlasusturulmaktadır (α=β= 45º).Bu durumda klasik yöntemde“α” uyarma açısı kullanılarakyapılan çıkış gerilimi kontrolu,bu yöntemde “β” bitiş açısınınkontrolu ile birliktegerçekleştirilmekte olup bu açıdeğeri yine 0-90 derecearasında ayarlanabilmektedir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI32

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-4.172’de verilen temeldalga şekillerindenyararlanarak daha öncekidoğrultucularda olduğu gibisimetrik açı kontrolündeçalıştırılan doğrultucudevrelerinin performansparametrelerini de hesaplamakmümkün olacaktır.• Hesaplamalar yapılırken yinehesaplanacak parametreye aitdalga şekli temel alınacak vebu dalga şekline göre ortalamadeğer, etkin değer, tepe değervb. hesaplamalar ayrı ayrıgerçekleştirilebilecek ve devreperformansı belirlenebilecektir.Şekil-4.172’de görülen 1 fazyarım kontrollu köprü dalgaşekillerinden yararlanarak tersaçı kontrolu için aşağıdakihesaplamalar kolaylıklayapılabilmektedir.1) Çıkış gerilimi ortalama değeri,2) Çıkış akımının ortalama değeri,3) Ortalama çıkış gücü,4) Kaynaktan çekilen akımın etkindeğeri,5) Kaynaktan çekilen etkin güç6) Güç katsayısı,7) Anahtar (diyot-tristör) gerilimleri,8) Anahtar (diyot-tristör) akımları.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI33

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çıkış geriliminin ortalamadeğeri;• 1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun endüktif yükteters açı kontrolundaçalıştırılması durumunda, yüküzerinde aşağıdaki Şekil-4.173’de verilen aynı dalgaşeklinin görüleceğini belirtmiştik.Bu durumda çıkış gerilimi eşitliğirezistif yükteki ile aynı olacaktır.V OV mαTβπ 2π 3π 4πωtI mI OÇıkış akımının ortalamadeğeri;1 fazlı yarım kontrollu köprüdoğrultucunun endüktif yükte tersaçı kontrolunda çalıştırılmasıdurumunda, yük üzerindenaşağıdaki Şekil-4.174’de verilensabit akımın geçtiğini kabuletmiştik. Bu durumda çıkış akımı,Idc= Im= Vm / Z olacaktır.π 2π 3π 4πωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI34

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLI S• Ortalama çıkış gücü;• Ortalama çıkış gücü, ortalamaçıkış gerilimi ve akımınınçarpımına eşittir.• P dc = I dc V dc• Kaynak akımı etkin değeri;• Kaynak akımının dalga şekliŞekil-4.175’deki gibidir.t1t2ωtŞekil-4.175’den görüldüğü gibi,kaynaktan çekilen akım ACkare dalga formatındadır.Bu durumda akımın etkindeğeri etkin peryot eşitliğindenyararlanarak hesaplamakmümkün olabilecektir.Etkin değer hesabında sadecepozitif veya sadece negatifalternans kullanılabilmektedir.Bu durumda etkin değer,k= t1 / (t1+t2)IS(rms)= Im . √kIS(rms)= Vm/Z . √keşitlikleri kullanılarakbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI35

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Çekilen etkin güç;• Bu devrenin kaynaktan çektiğietkin güç, kaynak gerilimi vekaynaktan çekilen akımın etkindeğerlerinin çarpımına eşittir.• P S(rms) = I S(rms) V S(rms)• Anahtar (tristör) gerilimi;• Diyot ve tristörlerin gerilimi,VmV D-T-V mTπ 2π 3π 4πωtyine diyot ve tristörlertarafından bloke edilengerilimdir. Şekil-4.176’dagörüldüğü gibi, kaynağınnegatif ve pozitifalternanslarında anahtarlaryalıtımda kalabilmekte vekaynak gerilimini blokeetmektedir. Bu durumdadevrede kullanılacak olananahtarların çalışmagerilimleri,V T ≥ V m +(%30.V m )= Vm . 1,3eşitliği kullanılarakbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI36

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Anahtar (diyot-tristör) akımı;• Diyot ve tristörlerin akımı,Şekil-4.177’de görüldüğü gibien fazla yarım dalga akımdır.• Bu durumda devredekullanılacak olan anahtarınçalışma akımı,• I T ≥ I m +(%30.I m )= Vm/R . 1,3I mI D-Teşitliğinden bulunabilmektedir.αβπ 2π 3π 4πTωtV SI SI S1V mI mGüç katsayısı (cosφ);Devrede kaynak gerilimi veakımı Şekil-4.178’deki gibidir.Bu durumda kaynaktan her ikialternansta da ve kaynaklafarklı fazda akım çekilmektedirBu durumda cosφ= 1’dir.φ= 0˚π 2π 3π 4πωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI 37

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-4.178’den görüldüğü gibikaynak gerilimi ile kaynaktançekilen akımın aralarındaki fazfarkını bulabilmek için yinekaynak akımının temel bileşeni(IS1) çizilmiştir.• Kaynak akımının temelbileşeninin yatay ekseni kestiğinokta ile kaynak gerilimininyatay ekseni kestiği noktaarasında “-β/2” kadarlık bir fazkayması olduğu görülmektedir.• Şekilden de görüldüğü gibi yükendüktif olmasına rağmensanki kapasitifmiş gibi akımgerilimin önüne geçmiştir.Örnek:220V-50Hz şebekede 45º simetrikaçı uyarmasında çalıştırılan 1 fazlıyarım kontrollu köprü doğrultucu,a) 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini,b) 10Ω’luk endüktif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Rezistif yükte çıkış gerilimininortalama değeri,Vm= Vrms . √2 = 220.1,41= 311VVdc= (2Vm/π).cosαVdc= (2.311/π).cos(45˚)= 140VM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI38

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLÇıkış akımı ortalama değeri,I dc = Vdc / R= 140 / 10= 14AOrtalama çıkış gücü,P dc = I dc .V dcP dc = 14 . 140= 1,96kWKaynak akımının etkin değeri,II2α1−π( )= mS rms−I m = Vm / R= 311 / 10= 31,1AI S231,1 2.( π / 4)( rms)= 1−2 πIS(rms)= 15,54AKaynaktan çekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 15,54 . 220 = 3,42kWAnahtar (diyot-tristör) gerilimi,V T ≥ V m + %30V T ≥ 311 . 1,3 ≥ 400VAnahtar (diyot-tristör) akımı,I T ≥ V m /R + %30I T ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40ADevrenin güç katsayısı,cosφ= cos(0º)cosφ= 1(Akım ve gerilim aynı fazdabulunmaktadır.)M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI39

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLb) Endüktif yükte çıkışgeriliminin ortalama değeri,Vm= Vrms . √2 = 220.1,41= 311VKaynaktan çekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 22 . 220 = 4,84kWVdc= (2Vm/π).cosαVdc= (2.311/π).cos(45˚)= 140VÇıkış akımı ortalama değeri,I dc = Vm / Z= 311 / 10= 31,1AOrtalama çıkış gücü,Anahtar (diyot-tristör) gerilimi,V T ≥ V m + %30V T ≥ 311 . 1,3 ≥ 400VAnahtar (diyot-tristör) akımı,I T ≥ V m /R + %30P dc = I dc .V dcP dc = 31,1 . 140= 4,35kWKaynak akımının etkin değeri,k= t1 / (t1+t2)= 5 / 10= 0,5IS(rms)= Vm/Z . √kIS(rms)= 311/10 . √0,5= 22AI T ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40ADevrenin güç katsayısı,cosφ= cos(0º)cosφ= 1(Akım ve gerilim aynı fazdabulunmaktadır.)M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI40

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLPWM Kontrol Yöntemi (RezistifYükte);PWM kontrol yönteminde, güçdevresinde kullanılan güçanahtarının, hem iletime hemde yalıtıma geçme açısı çoksayıda kontrol edilmektedir.Bilindiği gibi, simetrik açıkontrolunda başlangıç ve bitişaçısı alternans içinde 1 kezkontrol edilmektedir. Bu daakım ve gerilimin homojendağılımını engellemektedir.PWM kontrol yönteminde isebu kontrol 1 alternans içindeçok sayıda yapılmaktadır.PWM kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-4.179’da görüldüğü gibiöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan tristörlerin uyarılaraksusturulabilir hale getirilmesigerekecektir.NOT: Bu devrede“SusturulabilirTristör Düzeneği”yerine GTO’dakullanılabilir.VsITS1IsD2-VT+S2D1+-+Vdc-IdcRLSyncPWMUyarmaSusturmaαβM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI41

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLŞekil-4.179’dan görüldüğü gibi,susturma düzeneği eklenmişolan tristörler daire içindesembolize edilmişlerdir. Budurumda sembolde tristör (T)olarak değil anahtar (S) olarakgösterilmişlerdir.Pek çok uygulamada normaltristörlere susturma düzeneğiyerleştirmektense doğrudansusturulabilen GTO’lar vb.elemanlar tercih edilmektedir.Tabii ki uyarma devresi de artıksadece basit iğne pals üretecideğil, PWM uyarma için ayrısusturma için ayrı palsüretebilen bir devre olacaktır.Görüldüğü gibi, PWM kontroluyönteminin de kullanılmasıdurumunda güç devresineyapılacak olan susturmadüzeneği eklemesi, hemdevrenin maliyetini arttıracakhem de devrenin dahakarmaşık olmasına yolaçacaktır.Buna karşılık elde edilenavantajın ne olduğu aşağıdakiŞekil-4.180’de görülmektedir.Bu şekilde örnek olarak seçilen1 fazlı yarım kontrolludoğrultucunun rezistif yüktekontrolu yöntemiyle uyarılmasıdurumdaki şekiller verilmiştir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI42

V mV SV mV OV TI SI mI OI TI – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLαβαβπ 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtŞekil-4.180’den görüldüğü gibi,pozitif alternansı kontrol edenS1 anahtarı ile negatifalternansı kontrol eden S2anatarı kendilerine aitalternansların içinde birdenfazla sayıda uyarılmakta vesusturulmaktadır. Bu sayınınfazla olması daha iyidir.Bu durumda diğer yöntemlerdeelde edilemeyen, akımın vegerilimin homojen şekildedağılımı elde edilmişolmaktadır. Aynı zamanda dagüç katsayısı simetrik açıkontrolunda olduğu gibi 1değerinde sabit kalmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI43

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLSinüsoidal PWM KontrolYöntemi (Endüktif Yükte);Sinüsoidal PWM kontrolyönteminde de yine, güçdevresinde kullanılan güçanahtarının, hem iletime hemde yalıtıma geçme açısı çoksayıda kontrol edilmektedir.Bilindiği gibi, simetrik açıkontrolunda başlangıç ve bitişaçısı alternans içinde 1 kezkontrol edilmektedir. Bu daakım ve gerilimin homojendağılımını engellemektedir. Buyöntemde ise kontrol biralternans içinde çok sayıdayapılmaktadır.VsSinüsoidal PWM kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-4.181’de görüldüğü gibi yineöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan tristörlerin uyarılaraksusturulabilir hale getirilmesigerekecektir.S1IsD2IT-VT+S2DmD1+-+Vdc-IDmIdcZLSyncSin. PWMUyarmaSusturmaα βM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI44

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLŞekil-4.181’den görüldüğü gibi,susturma düzeneği eklenmişolan tristörler daire içindesembolize edilmişlerdir. Budurumda sembolde tristör (T)olarak değil anahtar (S) olarakgösterilmişlerdir.Pek çok uygulamada normaltristörlere susturma düzeneğiyerleştirmektense doğrudansusturulabilen GTO’lar vb.elemanlar tercih edilmektedir.Tabii ki uyarma devresi de yinesadece basit iğne pals üretecideğil, sinüsoidal PWM uyarmaiçin ayrı susturma için ayrı palsüretebilen bir devre olacaktır.Görüldüğü gibi, sinüsoidalPWM kontrolu yönteminin dekullanılması durumunda güçdevresine yapılacak olansusturma düzeneği eklemesi,hem devrenin maliyetiniarttıracak hem de devrenindaha karmaşık olmasına yolaçacaktır.Buna karşılık elde edilenavantajın ne olduğu aşağıdakiŞekil-4.182’de görülmektedir.Bu şekilde örnek olarak seçilen1 fazlı yarım kontrolludoğrultucunun rezistif yüktekontrolu yöntemiyle uyarılmasıdurumdaki şekiller verilmiştir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI45

V SV OV mV mV TI SI OI TαβαI – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLβαπ 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtŞekil-4.180’den görüldüğü gibi,pozitif alternansı kontrol edenS1 anahtarı ile negatifalternansı kontrol eden S2anatarı kendilerine aitalternansların içinde birdenfazla sayıda uyarılmakta vesusturulmaktadır. Bu sayınınfazla olması daha iyidir.Şekilden görüldüğü gibianahtarlama her alternansınbaşında dar ortasında geniş vesonunda yine dar yapılarakendüktif yüklerde kare dalgaformatında olan kaynaktançekilen akım etki olarak sinüsedönüştürülmüş olmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI46

I – DOĞRULTUCULARDA ĐLERĐ KONTROLÖDEV-11.1) 220V-50Hz şebekede, ters açı kontrolunda, 90º uyarma açısında,12Ω’luk saf rezistif bir yükü besleyen 1 fazlı tam dalga yarım kontrolludoğrultucunun,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.1.2) 220V-50Hz şebekede, simetrik açı kontroluna, 45º uyarma açısında,8Ω’luk endüktif yükü besleyen 1 faz tam dalga yarım kontrolludoğrultucunun,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI47

Bölüm-2AC KıyıcılardaĐleri KontrolYöntemleriM.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 1

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLAC VOLTAJ KIYICLARDAKULLANILAN “ĐLERĐ”KONTROL YÖNTEMLERĐ:1 ve 3 fazlı AC kıyıclardakullanılmakta olan uyarmaaçısını geciktirme yöntemi (“α”kontrolu), kolayuygulanabilirliği, basit ve riskiaz olması nedeniyle çokyaygın olarak kullanılmaktadır.Bu yöntem sayesinde tümkıyıcılarda, rezistif ve düşükendüktif yüklerde kontrolgerçekleştirilebilmektedir.Fakat bu yöntem yüksekendüktifliğe sahip yüklerdekullanılamamaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIAyrıca tüm kıyıcılar için yapılananalizlerde görüldüğü gibi yükrezistif bile olsa uygulanan bukontrol tekniği sonucundakaynaktan çekilen akımın fazıkaymakta ve yük kaynaktarafından endüktif olarakalgılanmaktadır.Üstelik bu faz kayması sabitkalmamakta, çıkış geriliminiayarlamak için uyarma açısıdeğiştirildiğinde güç katsayısıda değişmektedir.Ayrıca bu yöntemde gerilim veakım alternans içine homojenolarak dağılamamaktadır.2

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLBu kontrol yönteminin birbaşka sakıncalı yanı dagenellikle kaynaktan çekilenakımın kare dalga formatındaolmasıdır ki bu şekilde anideğişim gösteren akımkaynakta harmoniklere (farklıfrekanslı parazit sinyaller) yolaçmaktadır ki bu da kaynakgeriliminin kalitesini bozmaktave diğer kullanıcılara zararvermektedir.Đşte tüm bu sakıncalı durumlarıortadan kaldırmak içinayrıntısıyla açıklanacak olandoğrultucularda “Đleri KontrolYöntemleri” kullanılmaktadır.AC kıyıcılarda kullanılan ilerikontrol yöntemleri,1) Ters açı (bitiş açısı) kontrolu2) Simetrik açı kontrolu,3) PWM kontrolu,4) Sinüsoidal PWM kontrolu,yöntemleridir.Bu yöntemlerinuygulanabilmesi için önceliklegüç devrelerinde uygundeğişikler yapılmakta, dahasonra da uyarma devreleriuygulanacak yöntemingereklerine göre yenidendüzenlenmekte ve istenilensonuca ulaşılmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI3

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLTers Açı Kontrolu Yöntemi(Endüktif Yükte);Ters açı (bitiş açısı) kontroluyönteminde, güç devresindekullanılan güç anahtarının(tristör/triyak), yalıtıma geçmeaçısı kontrol edilmektedir. Bukontrol yöntemine “β” kontroluyöntemi de denilmektedir.T1Is It Io+Vs-T2T22IdT11Güç devresiYÜKBitiş açısı (β) kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-5.67’de görüldüğü gibiöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan anahtarlarınuyarılarak susturulabilir halegetirilmesi gerekecektir.Kontrol devresiT11T2T22+-+-β0º-180ºSYNCα0ºM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLAyrıca yine Şekil-5.67’dengörüldüğü gibi, endüktifyüklerde de AC kıyıcınınsorunsuz çalışabilmesi içindevreye çift yönlü ve kontrollubir serbest geçiş diyodudüzeneği eklenmiştir.Devrede T1, pozitif alternansıkontrol eden ana tristör T11 iseonun serbest geçiş diyodu, T2,negatif alternansı kontrol edenana tristör T22 ise onunserbest geçiş diyodu olarakgörev yapmaktadır.Yan taraftaki Şekil-5.68’de isedalga şekilleri görülmektedir.V mV SV GK1V GK2V mβ βV OV mV TI mI Sπ 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-5.67 ve 5.68’dengörüldüğü gibi ters açıkontrollu AC voltaj kontrolcudevresi, uygulanan kontroltekniği sayesinde endüktifyükü rahatlıkla kontroledebilmektedir.• Şekil-5.67’deki devredegörülen “K” işaretli bloklardanbirisi (α) tetikleme açısını,diğeri ise (β) susturma açısınıkontrol etmektedir.• Kontrol sırasında ana tristörsusturulduğu anda serbestgeçiş olarak görev yapantristör devreye sokulmaktadır.Şekil-5.68’den görülen temeldalga şekillerindenyararlanarak devrede gereklihesaplamalar yapılabilir.Devrede yapılabilecek bazıhesaplamalar şunlardır;1) Çıkış geriliminin etkin değeri,2) Çıkış akımının etkin değeri,3) Etkin (rms) çıkış gücü,4) Kaynaktan çekilen akımın etkindeğeri,5) Kaynaktan çekilen etkin güç6) Güç katsayısı,7) Anahtar gerilimleri,8) Anahtar akımları,M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 1) Çıkış gerilimin etkin değeri;• 1 fazlı faz açısı kontrollu ACkıyıcının ters açı kontrolundaçalıştırılmasında, yük üzerindeaşağıdaki Şekil-5.69’daverilen dalga şekliningörüleceğini belirtmiştik.• Bu durumda etkin çıkış gerilimieşitliği endüktif yük için yantaraftaki gibi hesaplanacaktır.V mV Oβπ 2π 3π 4πβωtVVVVVVOOOT12( rms)= ∫[vo(t)]. dtT0π −β1 2( rms)= Vm.sin ( ωt).d(ωt)∫π 02π −β2Vm( )= sin ( ωt).d(ωt)rms∫π 022Vmωtsin 2(ωt).[ −π 2 4π −βO( rms)= ]02Vmπ − β sin 2( π − β ).[( −)π 2 4O( rms)=−mO(rms)=2V π.( −2π1βV O ( rms)= VS( rms)1−+πβ sin 2β+ )1 2sin 2β2π0]M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 2) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı faz açısı kontrollu ACkıyıcının ters açı kontrolundaçalıştırılmasında, yük üzerindeaşağıdaki Şekil-5.70’deverilen dalga şekilleriningörüleceğini belirtmiştik.• Bu durumda çıkış akımının nezaman biteceği yükünendüktifliğine bağlı olacaktır.I OβI mt1 t2π 2π 3π 4πβωt• Şekil-5.70’den görüldüğü gibiçıkış akımı hemen hemen karedalga formatında bir akımolacaktır. Fakat akımın pozitifve negatif alternanslardaki bitişderecesi (β) yükün endüktiflikdurumuna göre değişecektir.• Bu durumda kare dalgaformatındaki çıkış akımınınetkin değeri, daha önceayrıntısıyla açıklandığı gibi,IIO( rms)=O(rms)IV=m2m/ Z2olarak yazılabilecektir.kt1t1+ t2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 3) Etkin çıkış gücü;• Şekil-5.71’den görüldüğü gibi• Bilindiği gibi etkin çıkış gücü, çıkış akımı tamamen karedalga formatında bir akımPO(rms)= IO(rms) . VO(rms)olacaktır. Bu akımın pozitif veeşitliğinden bulunabilmektedir.negatif alternanslardaki bitişderecesi (β), bizim• 4) Kaynak akımı etkin değeri; kontrolumuzla değişecektir.• Kaynaktan çekilen akımın• Bu durumda kare dalgaπ 2π 3π 4πayrıntısıyla açıklandığı gibi,β βImIS ( rms)= kI m 2Şekil-5.71’deki gibi olduğunubelirtmiştik. Buna göre,formatındaki çıkış akımınınetkin değeri, daha önceI sωtIS ( rms)V=m/ Z2t1t1+t2olarak yazılabilecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI9

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 5) Kaynaktan çekilen güç;• Bilindiği gibi etkin giriş gücü,PS(rms)= IS(rms) . VS(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.• 6) Devren verimi;• Bilindiği gibi verim,η= PO(rms) / PS(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.V mV S“cos” değeridir. Şekil-5.72’dekaynak gerilimi ve akımıgörülmektedir. Buradan, devreçıkışındaki yükün endüktifolmasına rağmen kaynakakımı gerilimden “φ” kadaröndedir (cosφ= cos(-β/2).βπ 2π 3π 4πωt• 7) Güç katsayısı (cosφ);• Güç katsayısı kaynaktanverilen gerilim ile kaynaktançekilen akım arasındaki açının-φI mI sωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 8) Anahtar (tristör) gerilimi;• Bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınıngerilimi, bloke ettikleri gerilimintepe değerine görehesaplanmaktadır.• Anahtarlar üzerindeki gerilimŞekil-5.73’deki gibi olduğunagöre anahtar gerilimi,• VT= Vm + (%30.Vm)= 1,3.Vmolarak hesaplanabilmektedir.β π β 2π 3π 4πV mV TωtI mI T9) Anahtar (tristör-triyak) akımı;Yine bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınınüzerlerinden geçirilen akımıntepe değerine görehesaplanmaktadır.Anahtarlar üzerindeki akımŞekil-5.74’deki gibi olduğunagöre anahtar akımı,IT= Im + (%30.Im)= 1,3.Vm / Zβπ 2π 3π 4πβωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLÖrnek:220V-50Hz şebekede 90 derecelikters uyarma açısında çalıştırılanfaz açısı kontrollu 1 fazlı AC kıyıcı,a) 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini,b) 10Ω’luk endüktif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Rezistif yükte çıkışgeriliminin etkin değeri,βV O ( rms)= VS( rms)1−+πsin 2β2πV Oπ / 2( rms)= 220 1−+πV O(rms) = 220 . √0,5 = 154VÇıkış akımı etkin değeri,I O(rms) = V O(rms) / R= 154 / 10I O(rms) = 15,4AEtkin çıkış gücü,sin 2.902πP O(rms) = I O(rms) .V O(rms)P O(rms) = 15,4 . 154= 2,37kWKaynak akımının etkin değeri,ISI β( )= mrms1−+2 πsin 2β2πI S(rms) = 31,1/1,41 . √0,5 = 15,4AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI12

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLRezistif yükte kaynaktançekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 15,4 . 220= 3,38kWRezistif yükte anahtar (tristörtriyak)gerilimi,V D ≥ V m + %30V D ≥ 311 . 1,3 ≥ 400Vb) Endüktif yükte çıkışgeriliminin etkin değeri,V Oπ / 2( rms)= 220 1−+πV O(rms) = 220 . √0,5 = 154VÇıkış akımı etkin değeri,I O(rms) = V O(rms) / R= 154 / 10I O(rms) = 15,4AEtkin çıkış gücü,sin 2.902πRezistif yükte anahtar (tristörtriyak)akımı,I D ≥ V m /R + %30I D ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40AP O(rms) = I O(rms) .V O(rms)P O(rms) = 15,4 . 154= 2,37kWKaynak akımının etkin değeri,II2π / 21−π( )= mS rms+sin 2.902πI S(rms) = 31,1/1,41 . √0,5 = 15,4AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLEndüktif yükte kaynaktançekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 15,4 . 220= 3,38kWEndüktif yükte anahtar (tristörtriyak)gerilimi,V D ≥ V m + %30V D ≥ 311 . 1,3 ≥ 400VNOT: Normalde endüktif yüklerkontrol edildiğinde çıkışakımının bitiş açısı tamamenyükün endüktiflik seviyesinebağlı olarak değişmektedir. Buörnekte ise endüktif etki ihmaledilerek, akımın bitiş açısısusturma açısına eşit kabuledilmiştir.Endüktif yükte anahtar (tristörtriyak)akımı,I D ≥ V m /R + %30I D ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLSimetrik Açı Kontrolu Yöntemi(Endüktif Yükte);Simetrik açı kontroluyönteminde, güç devresindekullanılan güç anahtarının(tristör/triyak), yalıtıma geçmeaçısı kontrol edilmektedir. Bukontrol yöntemine “α-β” kontrolyöntemi de denilmektedir.T1Is It Io+Vs-T2T22IdT11Güç devresiYÜKSimetrik açı kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-5.75’de görüldüğü gibiöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan anahtarların“uyarılarak susturulabilir” halegetirilmesi gerekecektir.Kontrol devresiT11T2T22+-+-β0º-90ºSYNCα0º-90˚M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLAyrıca yine Şekil-5.75’dengörüldüğü gibi, endüktifyüklerde de AC kıyıcınınsorunsuz çalışabilmesi içindevreye çift yönlü ve kontrollubir serbest geçiş diyodudüzeneği eklenmiştir.Devrede T1, pozitif alternansıkontrol eden ana tristör T11 iseonun serbest geçiş diyodu, T2,negatif alternansı kontrol edenana tristör T22 ise onunserbest geçiş diyodu olarakgörev yapmaktadır.Yan taraftaki Şekil-5.76’da isedalga şekilleri görülmektedir.V mV SV mV OV TI SI mI OI Tαβ π 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI16

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-5.75 ve 5.76’dengörüldüğü gibi simetrik açıkontrollu AC voltaj kontrolcudevresi, uygulanan kontroltekniği sayesinde endüktifyükü rahatlıkla kontroledebilmektedir.• Şekil-5.75’deki devredegörülen “K” işaretli bloklardanbirisi (α) tetikleme açısını,diğeri ise (β) susturma açısınıkontrol etmektedir.• Kontrol sırasında ana tristörsusturulduğu anda serbestgeçiş olarak görev yapantristör devreye sokulmaktadır.Şekil-5.76’den görülen temeldalga şekillerindenyararlanarak devrede gereklihesaplamalar yapılabilir.Devrede yapılabilecek bazıhesaplamalar şunlardır;1) Çıkış geriliminin etkin değeri,2) Çıkış akımının etkin değeri,3) Etkin (rms) çıkış gücü,4) Kaynaktan çekilen akımın etkindeğeri,5) Kaynaktan çekilen etkin güç,6) Güç katsayısı,7) Anahtar gerilimleri,8) Anahtar akımları,M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI17

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 1) Çıkış gerilimin etkin değeri;• 1 fazlı faz açısı kontrollu ACkıyıcının simetrik açıkontrolunda çalıştırılmasında,yük üzerinde aşağıdaki Şekil-5.77’de verilen dalga şekliningörüleceğini belirtmiştik.• Bu durumda etkin çıkış gerilimieşitliği endüktif yük için yantaraftaki gibi hesaplanacaktır.V OV mα β α β α βαβωtT12VO( rms)= ∫[Vm.sin(ωt)]. d(ωt)TVVVV0−=2 2 π βVm∫sin2O( rms)( ωt).d(t2παO(rms) ()2Vmωtsin(2 ωt)= [ − ]π 24ω )π−βα2Vmπ −βsin2( π −β)[( − )π 2 4O( rms)=−mO(rms)=...2V sin2( π −β)sin2α[( π −β)− −α+ )2π22V 2αV( )= mO rms1−2 πM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI18

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 2) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı faz açısı kontrollu ACkıyıcının simetrik açıkontrolunda çalıştırılmasında,yük üzerinde aşağıdaki Şekil-5.78’de verilen dalgaşekillerinin görüleceğinibelirtmiştik.• Bu durumda çıkış akımının nezaman biteceği yükünendüktifliğine bağlı olacaktır.I mI Oβt1απ 2π 3π 4πt2ωt• Şekil-5.78’den görüldüğü gibiçıkış akımı hemen hemen karedalga formatında bir akımolacaktır. Fakat akımın pozitifve negatif alternanslardaki bitişderecesi (β) yükün endüktiflikdurumuna göre değişecektir.• Bu durumda kare dalgaformatındaki çıkış akımınınetkin değeri, daha önceayrıntısıyla açıklandığı gibi,IIO( rms)=O(rms)IV=m2m/ Z2olarak yazılabilecektir.kt1t1+ t2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI19

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 3) Etkin çıkış gücü;• Bilindiği gibi etkin çıkış gücü,PO(rms)= IO(rms) . VO(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.• 4) Kaynak akımı etkin değeri;• Kaynaktan çekilen akımınŞekil-5.79’daki gibi olduğunubelirtmiştik. Buna göre,I mI Sαt1βπ 2π 3π 4πt2ωt• Şekil-5.79’dan görüldüğü gibiçıkış akımı tamamen karedalga formatında bir akımolacaktır. Bu akımın pozitif venegatif alternanslardakibaşlangıç ve bitiş derecesi,kontrolumuzla değişecektir.• Bu durumda kare dalgaformatındaki çıkış akımınınetkin değeri, daha önceayrıntısıyla açıklandığı gibi,IIS ( rms)=S ( rms)IV=m2m/ Z2olarak yazılabilecektir.kt1t1+t2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI20

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 5) Kaynaktan çekilen güç;• Bilindiği gibi etkin giriş gücü,PS(rms)= IS(rms) . VS(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.• 6) Devren verimi;• Bilindiği gibi verim,η= PO(rms) / PS(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.V mV S“cos” değeridir. Şekil-5.80’dekaynak gerilimi ve akımıgörülmektedir. Buradan, devreçıkışındaki yükün endüktifolmasına rağmen kaynakakımı ile kaynak gerilimi aynıfazdadır (cosφ= 1).αβπ 2π 3π 4πωt• 7) Güç katsayısı (cosφ);• Güç katsayısı kaynaktanverilen gerilim ile kaynaktançekilen akım arasındaki açının-φ= 0˚I SI mωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI21

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• 8) Anahtar (tristör) gerilimi;• Bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınıngerilimi, bloke ettikleri gerilimintepe değerine görehesaplanmaktadır.• Anahtarlar üzerindeki gerilimŞekil-5.81’deki gibi olduğunagöre anahtar gerilimi,• VT= Vm + (%30.Vm)= 1,3.Vmolarak hesaplanabilmektedir.α β π 2π 3π 4πI m9) Anahtar (tristör-triyak) akımı;Yine bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınınüzerlerinden geçirilen akımıntepe değerine görehesaplanmaktadır.Anahtarlar üzerindeki akımŞekil-5.82’deki gibi olduğunagöre anahtar akımı,IT= Im + (%30.Im)= 1,3.Vm / Zαβπ 2π 3π 4πV TωtI TωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI22

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLÖrnek:220V-50Hz şebekede 45 dereceliksimetrik uyarma açısındaçalıştırılan faz açısı kontrollu 1fazlı AC kıyıcı,a) 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini,b) 10Ω’luk endüktif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Rezistif yükte çıkış gerilimininetkin değeri,V 2αV( )= mO rms1−2 πV 2π / 4V( )= mO rms1−2 πV O(rms) = 220 . √0,5 = 154VÇıkış akımı etkin değeri,I O(rms) = V O(rms) / R= 154 / 10I O(rms) = 15,4AEtkin çıkış gücü,P O(rms) = I O(rms) .V O(rms)P O(rms) = 15,4 . 154= 2,37kWKaynak akımının etkin değeri,IO(rms)V=m/ Z2t1t1+ t2I S(rms) = 31,1/1,41 . √0,5 = 15,4AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI23

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLRezistif yükte kaynaktançekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 15,4 . 220= 3,38kWRezistif yükte anahtar (tristörtriyak)gerilimi,V D ≥ V m + %30V D ≥ 311 . 1,3 ≥ 400Vb) Endüktif yükte çıkışgeriliminin etkin değeri,V 2π / 4V( )= mO rms1−2 πV O(rms) = 220 . √0,5 = 154VÇıkış akımı etkin değeri,I O(rms) = V O(rms) / R= 154 / 10I O(rms) = 15,4AEtkin çıkış gücü,Rezistif yükte anahtar (tristörtriyak)akımı,I D ≥ V m /R + %30I D ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40AP O(rms) = I O(rms) .V O(rms)P O(rms) = 15,4 . 154= 2,37kWKaynak akımının etkin değeri,IO(rms)V=m/ Z2t1t1+ t2I S(rms) = 31,1/1,41 . √0,5 = 15,4AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI24

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLEndüktif yükte kaynaktançekilen etkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 15,4 . 220= 3,38kWEndüktif yükte anahtar (tristörtriyak)gerilimi,V D ≥ V m + %30V D ≥ 311 . 1,3 ≥ 400VNOT: Normalde endüktif yüklerkontrol edildiğinde çıkışakımının bitiş açısı tamamenyükün endüktiflik seviyesinebağlı olarak değişmektedir. Buörnekte ise endüktif etki ihmaledilerek, akımın bitiş açısısusturma açısına eşit kabuledilmiştir.Endüktif yükte anahtar (tristörtriyak)akımı,I D ≥ V m /R + %30I D ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI25

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLPWM Kontrolu Yöntemi(Endüktif Yükte);PWM kontrolu yönteminde,güç devresinde kullanılan güçanahtarının (tristör/triyak),yalıtıma geçme açısı kontroledilmektedir. Bu yöntemdeanahtarlar eşit aralıklarla çoksayıda açılıp kapatılmaktadır.T1Is It Io+Vs-T2T22IdGüç devresiT11YÜKPWM kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-5.83’de görüldüğü gibiöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan anahtarların“uyarılarak susturulabilir” halegetirilmesi gerekecektir.Kontrol devresiT11T2T22+-+-SYNCβαM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI26

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLAyrıca yine Şekil-5.83’dengörüldüğü gibi, endüktifyüklerde de AC kıyıcınınsorunsuz çalışabilmesi içindevreye çift yönlü ve kontrollubir serbest geçiş diyodudüzeneği eklenmiştir.Devrede T1, pozitif alternansıkontrol eden ana tristör T11 iseonun serbest geçiş diyodu, T2,negatif alternansı kontrol edenana tristör T22 ise onunserbest geçiş diyodu olarakgörev yapmaktadır.Yan taraftaki Şekil-5.84’de isedalga şekilleri görülmektedir.V mV SV mV OV TI SI mI mI mI OI Tπ 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI27

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-5.83 ve 5.84’dengörüldüğü gibi PWM kontrolluAC voltaj kontrolcu devresi,uygulanan kontrol tekniğisayesinde endüktif yükürahatlıkla kontroledebilmektedir.• Şekil-5.83’deki devredegörülen “K” işaretli bloklardanbirisi (α) tetikleme açısını,diğeri ise (β) susturma açısınıkontrol etmektedir.• Kontrol sırasında ana tristörsusturulduğu anda serbestgeçiş olarak görev yapantristör devreye sokulmaktadır.AC kıyıcılarda uygulananPWM kontrolu sayesinde,daha önce doğrultucularda dabelirttiğimiz gibi hem kaynakgerilimi ile kaynaktan çekilenakım arasındaki faz farkıtamamen kaldırılmakta ve güçkatsayısı sıfır yapılmakta hemde, klasik kontrol (α), ters açıkontrolu (β) ve simetrik açıkontrolu yöntemlerinin enönemli dezavantajlarındanalternans içinde eşit (homojen)dağılım oluşamaması problemitamamiyle çözülmüşolmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI28

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLSinüsoidal PWM KontroluYöntemi (Endüktif Yükte);Sinüsoidal PWM yönteminde,güç devresinde kullanılan güçanahtarının (tristör/triyak),yalıtıma geçme açısı kontroledilmektedir. Bu yöntemdeanahtarlar farklı aralıklarla çoksayıda açılıp kapatılmaktadır.T1Is It Io+Vs-T2T22IdGüç devresiT11YÜKSinüsoidal PWM kontrolununuygulanabilmesi için Şekil-5.85’de görüldüğü gibiöncelikle güç devresinemüdahale edilerek devredekullanılan anahtarların“uyarılarak susturulabilir” halegetirilmesi gerekecektir.Kontrol devresiT11T2T22+-+-SYNCβαM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI29

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLAyrıca yine Şekil-5.85’dengörüldüğü gibi, endüktifyüklerde de AC kıyıcınınsorunsuz çalışabilmesi içindevreye çift yönlü ve kontrollubir serbest geçiş diyodudüzeneği eklenmiştir.Devrede T1, pozitif alternansıkontrol eden ana tristör T11 iseonun serbest geçiş diyodu, T2,negatif alternansı kontrol edenana tristör T22 ise onunserbest geçiş diyodu olarakgörev yapmaktadır.Yan taraftaki Şekil-5.86’da isedalga şekilleri görülmektedir.V mV SV mV OV TI SI mI mI OI mI Tπ 2π 3π 4πωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI30

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROL• Şekil-5.85 ve 5.86’dangörüldüğü gibi sinüsoidal PWMkontrollu AC voltaj kontrolcudevresi, uygulanan kontroltekniği sayesinde endüktifyükü rahatlıkla kontroledebilmektedir.• Şekil-5.85’deki devredegörülen “K” işaretli bloklardanbirisi (α) tetikleme açısını,diğeri ise (β) susturma açısınıkontrol etmektedir.• Kontrol sırasında ana tristörsusturulduğu anda serbestgeçiş olarak görev yapantristör devreye sokulmaktadır.AC kıyıcılarda uygulanansinüsoidal PWM kontrolusayesinde, daha öncedoğrultucularda da belirttiğimizgibi hem kaynak gerilimi ilekaynaktan çekilen akımarasındaki faz farkı tamamenkaldırılmakta ve güç katsayısısıfır yapılmakta hem de, klasikkontrol (α), ters açı kontrolu (β)ve simetrik açı kontroluyöntemlerinin en önemlidezavantajlarından alternansiçinde eşit (homojen) dağılımoluşamaması ve akımınsinüsoidalleştirilmesi problemiçözülmüş olmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI31

II – AC KIYICILARDA ĐLERĐ KONTROLÖDEV-22.1) 220V-50Hz şebekede, ters açı kontrolunda, 30º uyarma açısında,12Ω’luk endüktif bir yükü besleyen 1 fazlı AC kıyıcının,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.2.2) 220V-50Hz şebekede, simetrik açı kontroluna, 15º uyarmaaçısında, 8Ω’luk endüktif yükü besleyen 1 fazlı Ac kıyıcının,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI32

Bölüm-3Direkt FrekansÇeviriciler(DFÇ)M.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 1

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• DĐREKT FREKANSÇEVĐRĐCĐLER(CYCLOCONVERTERS)• Direkt frekans çeviriciler (DFÇ)aşağıdaki Şekil-5.87’degörüldüğü gibi, AC voltajkontrolculardan (AC kıyıcı)farklı olarak girişine uygulananAC gerilimin hem genliğini hemde frekansını tek hamlededeğiştirerek çıkışaaktarabilmektedirler. Bunedenle bu tür devrelere DFÇismi verilmektedir.SabitACDirektFrekansÇevirici (DFÇ)Değişkenf ve VACDirekt frekans çeviriciler özellikleağır sanayide çok yüksek güçlüasenkron motorların düşükhızlardaki kontrolunu sağlamaküzere geliştirilen özel devrelerdir.Bu devreleri,1 fazdan 1 faza,3 fazdan 1 faza ve3 fazdan 3 faza DFÇ devreleri,olmak üzere 3 türü bulunmaktadır.Yukarıda belirtilen 3 tür DFÇ’densadece 3 fazdan 3 faza DFÇprofesyonel olarak kullanılmakta,diğerleri ise bu devrenin altdevreleri olarak görevyapmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI2

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 1 fazdan 1 faza direkt frekansçevirici devresi;• Aşağıdaki Şekil-5.88’dengörülebileceği gibi, 1 fazdan 1faza direkt frekans çevirici devresiaslında birbirine ters paralel olarakbağlanmış iki adet “tam dalga tamkontrollu doğrultucu” devresindenoluşmaktadır.+Vs-+T1 T3T4 T2-D1L1IoRL+Vo-L2-T1’ T3’D2T4’ T2’+Şekilden görüldüğü gibi, her ikidoğrultucunun girişine deuygulanan AC gerilim, budevrelerde işlendikten sonraçıkışlarına bağlanmış olan yüküzerine aktarılmaktadır.Devrenin çalışması ise Şekil-5.89’dan görüldüğü gibi, her ikidoğrultucunun peryodik olarakdevreye girmesiyle olmaktadır.+Vs-T1 T2T3 T4T1’ T2’T3’ T4’αPWMkP%50fM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI3

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLERV mD1 D2 D1V SωtV PWMωtαV OωtV T1ωtI SωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• Şekil-5.88 ve 5.89’dan görüldüğügibi, aslında “1 fazlı çiftlidoğrultucu” bağlantısı olan güçdevresi kullanılan kontrol tekniğisayesinde “1 fazdan 1 faza DFÇ”devresi olarak çalıştırılmaktadır.• Kontrol devresinde bulunan “f”frekans kontrolu sayesinde ACçıkış geriliminin frekansı 0 ileşebeke frekansı arasındaayarlanabilmektedir.• Yine “α” uyarma açısı kontrolusayesinde AC çıkış geriliminingenliği 0 ile şebeke gerilimiarasında ayarlanabilmektedir.• Kontrol devresindeki “k” etkinperyot kontrolu ise daima “%50”konumunda kalmalıdır.Şekil-5.89’dan görülen temeldalga şekillerinden yararlanarakdevrede gerekli hesaplamalaryapılabilir. Devrede yapılabilecekbazı hesaplamalar şunlardır;1) Çıkış geriliminin etkin değeri,2) Çıkış akımının etkin değeri,3) Etkin (rms) çıkış gücü,4) Kaynaktan çekilen akımın etkindeğeri,5) Kaynaktan çekilen etkin güç6) Güç katsayısı,7) Anahtar gerilimleri,8) Anahtar akımları,9) Çıkış geriliminin frekansı.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 1) Çıkış gerilimin etkin değeri;• 1 fazdan 1 faza DFÇ’de çıkışgerilimi etkin değeri, 1 fazlı fazaçısı kontrollu AC voltajkontrolcunun hesaplamalarıylaaynıdır. Bu durumda yük üzerindeaşağıdaki Şekil-5.90’da verileneşdeğer şekil görülecektir.• Buradan etkin çıkış gerilimi eşitliğirezistif yük için yan taraftaki gibihesaplanacaktır.V mα αV OTπ 2π 3π 4πωtVVVVVVOOOT12( rms)= ∫[vo(t)]. dtT0π1 2∫2( rms)= Vm.sin ( ωt).d(ωt)παπ2Vm= ∫ sin 2 ( rms)( ωt).d(ωt)πO(rms)=mO(rms)=mO(rms)=V OVα2Vmωtsin 2(ωt).[ − ]π 2 4πα2V π sin 2πα.[( − ) − ( −π 2 4 22V π α sin 2α.( − + )2π1 1 2α1−π( rms)=S ( rms)+sin 2α2πsin 2α)]4M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 2) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazdan 1 faza DFÇ’de çıkışakımının etkin değeri, 1 fazlı fazaçısı kontrollu AC voltajkontrolcunun hesaplamalarıylaaynıdır. Bu durumda yük akımındaaşağıdaki Şekil-5.91’de verileneşdeğer şekil görülecektir.• Buradan etkin çıkış akımı eşitliğirezistif yük için yan taraftaki gibihesaplanacaktır.I mα αI OTωtIIIIIIOOT12( rms)= ∫[io( t)]. dtT0π1 2∫2( rms)= Im.sin( ωt).d(ωt)π=2Imπαπ∫sin 2 ( ωt).d(ω )O( rms)tαO(rms)=mO(rms)=mO(rms)=IO(rms)=2Imωtsin 2(ωt).[ − ]π 2 4πα2I π sin 2πα sin 2α.[( − ) − ( − )]π 2 4 2 42I π α sin 2α.( − + )2π1 1 2IVmα sin 2α1−+ =2 π 2πO(rms)RM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 3) Etkin çıkış gücü;• Bilindiği gibi etkin çıkış gücü,PO(rms)= IO(rms) . VO(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.• 4) Kaynak akımı etkin değeri;• Kaynaktan çekilen akımınŞekil-5.92’deki gibi olduğunubelirtmiştik. Buna göre,I mα αI STπ 2π 3π 4πωtIIIIIIISSST12( rms)= ∫[is( t)]. dtT0π1 2∫2( rms)= Im.sin( ωt).d(ωt)παπ2Im= ∫ sin 2 ( rms)( ωt).d(ωt)πS ( rms)=mS ( rms)=mS ( rms)=Iα2Imωtsin 2(ωt).[ − ]π 2 4πα2I π sin 2πα.[( − ) − ( −π 2 4 22I π α.( − +2π1 12α1−π( )= mS rms+sin 2α)2sin 2α2πsin 2α)]4M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 5) Kaynaktan çekilen güç;• Bilindiği gibi etkin giriş gücü,PS(rms)= IS(rms) . VS(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.• 6) Güç katsayısı (cosφ);• Güç katsayısı kaynaktanverilen gerilim ile kaynaktançekilen akım arasındaki açının-V mV Sφ“cos” değeridir. Şekil-5.93’dekaynak gerilimi ve akımıgörülmektedir. Buradan, devreçıkışındaki yükün rezistifolmasına rağmen “φ” kadarlıkbir faz kaymasının olduğugörülmektedir (cosφ= cos(α/2).απ 2π 3π 4πωtI mI SωtI S1M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI9

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 8) Anahtar (tristör) gerilimi;• Bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınıngerilimi, bloke ettikleri gerilimintepe değerine görehesaplanmaktadır.• Anahtarlar üzerindeki gerilimŞekil-5.94’deki gibi olduğunagöre anahtar gerilimi,• VT= Vm + (%30.Vm)= 1,3.VmV mV Tolarak hesaplanabilmektedir.ωt9) Anahtar (tristör) akımı;Yine bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınınüzerlerinden geçirilen akımıntepe değerine görehesaplanmaktadır.Anahtarlar üzerindeki akımŞekil-5.95’deki gibi olduğunagöre anahtar akımı,IT= Im + (%30.Im)= 1,3.Vm / RI mα αI Tπ 2π 3π 4πωtM.Necdet YILDIZTĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 10) Çıkış frekansı;• Devrenin çıkış frekansı aşağıdakiŞekil-5.96’dan görüldüğü gibi,tamamen kontrol devresindenuygulanan PWM karedalganınfrekansına eşit olacaktır. Bu şeklegöre çıkış frekansı,V PWMf= Şebeke frekansı / 3f= 50Hz / 3 = 16,66Hz olacaktır.ωtÖrnek:220V-50Hz şebekede 90 derecelikuyarma açısında, 25Hz’lik kontrolsinyalinde çalıştırılan 1 fazdan 1faza direkt frekans çevirici,a) 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini,b) 10Ω’luk endüktif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Rezistif yükte çıkış gerilimininV Oωtetkin değeri,V OVα1−π( rms)=S ( rms)+sin 2α2πM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

V OIII – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLERπ / 2( rms)= 220 1−+πV O(rms) = 220 . √0,5 = 154VÇıkış akımı etkin değeri,I O(rms) = V O(rms) / R= 154 / 10I O(rms) = 15,4AEtkin çıkış gücü,sin 2.902πP O(rms) = I O(rms) .V O(rms)P O(rms) = 15,4 . 154= 2,37kWKaynak akımının etkin değeri,Rezistif yükte kaynaktan çekilenetkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 15,4 . 220= 3,38kWRezistif yükte anahtar gerilimi,V D ≥ V m + %30V D ≥ 311 . 1,3 ≥ 400VDRezistif yükte anahtar akımı,I D ≥ V m /R + %30I D ≥ 31,1 . 1,3 ≥ 40AII2α1−π( )= mS rms+sin 2α2πI S(rms) = 31,1/1,41 . √0,5 = 15,4AÇıkış frekansı,fo= f(uyarma)fo= 25Hz.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI12

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 3 fazdan 1 faza direkt frekansçevirici devresi;• Aşağıdaki Şekil-5.97’dengörülebileceği gibi, 3 fazdan 1faza direkt frekans çevirici devresiaslında birbirine ters paralel olarakbağlanmış iki adet “3 fazlı tamdalga tam kontrollu doğrultucu”devresinden oluşmaktadır.VaVbVcT1+T3D1L1T5T4 T6 T2-IoRL+Vo-L2-T1’ T3’ T5’D2T4’ T6’ T2’+Şekilden görüldüğü gibi, her ikidoğrultucunun girişine deuygulanan AC gerilim, budevrelerde işlendikten sonraçıkışlarına bağlanmış olan yüküzerine aktarılmaktadır.Devrenin çalışması ise Şekil-5.98’den görüldüğü gibi, her ikidoğrultucunun peryodik olarakdevreye girmesiyle olmaktadır.VaVbVcT1 T3 T5T4 T6 T2T1 T3 T5T4 T6 T2αPWMkP%50fM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER√3V mωtV HV PWMD1 D2 D1V OαωtωtV T1ωtI OωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• Şekil-5.97 ve 5.98’den görüldüğügibi, aslında “3 fazlı çiftlidoğrultucu” bağlantısı olan güçdevresi kullanılan kontrol tekniğisayesinde “3 fazdan 1 faza DFÇ”devresi olarak çalıştırılmaktadır.• Kontrol devresinde bulunan “f”frekans kontrolu sayesinde ACçıkış geriliminin frekansı 0 ileşebeke frekansı arasındaayarlanabilmektedir.• Yine “α” uyarma açısı kontrolusayesinde AC çıkış geriliminingenliği 0 ile şebeke gerilimiarasında ayarlanabilmektedir.• Kontrol devresindeki “k” etkinperyot kontrolu ise daima “%50”konumunda kalmalıdır.Şekil-5.98’den görülen temeldalga şekillerinden yararlanarakdevrede gerekli hesaplamalaryapılabilir. Devrede yapılabilecekbazı hesaplamalar şunlardır;1) Çıkış geriliminin etkin değeri,2) Çıkış akımının etkin değeri,3) Etkin (rms) çıkış gücü,4) Kaynaktan çekilen akımın etkindeğeri,5) Kaynaktan çekilen etkin güç6) Güç katsayısı,7) Anahtar gerilimleri,8) Anahtar akımları,9) Çıkış geriliminin frekansı.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 1) Çıkış gerilimin etkin değeri;• 3 fazdan 1 faza DFÇ’de çıkışgerilimi etkin değeri, 3 fazlı tamdalga tam kontrollu doğrultucununhesaplamalarıyla benzerdir. Budurumda yük üzerinde aşağıdakiŞekil-5.99’da verilen eşdeğer şekilgörülecektir.• Buradan etkin çıkış gerilimi eşitliğirezistif yük için yan taraftaki gibihesaplanacaktır.√3V mα αV OTπ 2π 3π 4πωtVVVVVOT12( rms)= ∫[vo(t)]. dtT0( π / 2) + α3 2 2O( rms)= ∫ 3Vm.sin ( ωt).d(ωt)π( π / 6) + α2 ( π / 2) + α3Vm2O( rms)= ∫ sin ( ωt).d(ωt)π (π/ 6)+ +α3Vωtsin 2( ωt)π 2 42m( π / 2) + αO( rms)= .[ − ](π / 6) + α3V2mO(rms)=1V O ( rms)= 3Vm+2( π / 2) + α sin[2( π / 2) + α][( −..π 243 3cos 2α4πM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI16

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 2) Çıkış akımının etkin değeri;• 3 fazdan 1 faza DFÇ’de çıkışakımı etkin değeri, 3 fazlı tamdalga tam kontrollu doğrultucununhesaplamalarıyla benzerdir. Budurumda yük üzerinde aşağıdakiŞekil-5.100’de verilen eşdeğerşekil görülecektir.• Buradan etkin çıkış akımı eşitliğirezistif yük için yan taraftaki gibihesaplanacaktır.I OI mα αTπ 2π 3π 4πωtIIIIIIOT12( rms)= ∫[io( t)]. dtT0( π / 2) + α3 2 2O( rms)= ∫ 3Im.sin( ωt).d(ωt)π( π / 6) + α2 ( π / 2) + α3Im2O( rms)= ∫ sin ( ωt).d(ωt)π (π/ 6)+ +α3Iωtsin 2( ωt)π 2 42m( π / 2) + αO( rms)= .[ − ](π / 6) + α3I2mO(rms)=( π / 2) + α sin[2( π / 2) + α][( −..π 241 3 3 V= ( 3Vm/ R)+ cos α =2 4πO( rms)2O(rms)RM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI17

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 3) Etkin çıkış gücü;• Bilindiği gibi etkin çıkış gücü,PO(rms)= IO(rms) . VO(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.• 4) Kaynak akımı etkin değeri;• Kaynaktan çekilen akımınŞekil-5.101’deki gibi olduğunubelirtmiştik. Buna göre,I mα αI ATπ 2π 3π 4πωtIIIIIIISSST12( rms)= ∫[is( t)]. dtT0π1 2∫2( rms)= Im.sin( ωt).d(ωt)παπ2Im= ∫ sin 2 ( rms)( ωt).d(ωt)πS ( rms)=mS ( rms)=mS ( rms)=Iα2Imωtsin 2(ωt).[ − ]π 2 4πα2I π sin 2πα.[( − ) − ( −π 2 4 22I π α sin 2α.( − + )2π1 1 22α1−π( )= mS rms+sin 2α2πsin 2α)]4M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI18

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 5) Kaynaktan çekilen güç;• Bilindiği gibi etkin giriş gücü,PS(rms)= IS(rms) . VS(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.• 6) Devren verimi;• Bilindiği gibi verim,η= PO(rms) / PS(rms)eşitliğinden bulunabilmektedir.V mV S“cos” değeridir. Şekil-5.102’dekaynak gerilimi ve akımıgörülmektedir. Buradan, devreçıkışındaki yükün rezistifolmasına rağmen “φ” kadarlıkbir faz kaymasının olduğugörülmektedir (cosφ= cos(α/2).απ 2π 3π 4πωt• 7) Güç katsayısı (cosφ);• Güç katsayısı kaynaktanverilen gerilim ile kaynaktançekilen akım arasındaki açının-φI mI SI S1ωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI19

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 8) Anahtar (tristör) gerilimi;• Bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınıngerilimi, bloke ettikleri gerilimintepe değerine görehesaplanmaktadır.• Anahtarlar üzerindeki gerilimŞekil-5.103’deki gibi olduğunagöre anahtar gerilimi,• VT= √3Vm + %30olarak hesaplanabilmektedir.9) Anahtar (tristör) akımı;Yine bilindiği gibi, devredekullanılan güç anahtarlarınınüzerlerinden geçirilen akımıntepe değerine görehesaplanmaktadır.Anahtarlar üzerindeki akımŞekil-5.104’deki gibi olduğunagöre anahtar akımı, IT= √3Vm/R + %30απ 2π 3π 4πα√3V mV Tωt√3V m /RI TωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIT20

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 10) Çıkış frekansı;• Devrenin çıkış frekansı aşağıdakiŞekil-5.105’den görüldüğü gibi,tamamen kontrol devresindenuygulanan PWM karedalganınfrekansına eşit olacaktır. Bu şeklegöre çıkış frekansı,V PWMV Of= Şebeke frekansı / 3f= 50Hz / 3 = 16,66Hz olacaktır.ωtωtÖrnek: 220V/380V-50Hz şebekede 90derecelik uyarma açısında,25Hz’lik kontrol sinyalindeçalıştırılan 3 fazdan 1 faza direktfrekans çevirici,a) 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini,b) 10Ω’luk endüktif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Rezistif yükte çıkış gerilimininetkin değeri,1V O ( rms)= 3Vm+23 3cos 2α4πM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI21

V O ( rms)=III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER3.311V O(rms) = 537 . √0,1 = 169,81VÇıkış akımı etkin değeri,I O(rms) = V O(rms) / R= 169,8 / 10I O(rms) = 16,98A12Etkin çıkış gücü,3 3+ cos 2.904πP O(rms) = I O(rms) .V O(rms)P O(rms) = 16,9 . 169,8= 2,88kWKaynak akımının etkin değeri,IIα1−π( )= mS rms+2sin 2α2πI S(rms) = 53,7/1,41 . √0,5 = 26,65ARezistif yükte kaynaktan çekilenetkin güç,P S(rms) = I S(rms) .V S(rms)P S(rms) = 26,6 . 220= 5,85kWRezistif yükte devrenin verimi,η= P O(rms) / P S(rms)η= 2,88kW / 5,85kW= %49,2Rezistif yükte anahtar gerilimi,V D ≥ √3V m + %30V D ≥ 537 . 1,3 ≥ 900VRezistif yükte anahtar akımı,I D ≥ √3V m /R + %30I D ≥ 53,7 . 1,3 ≥ 90AÇıkış frekansı,fo= f(uyarma)fo= 25Hz.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI22

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLER• 3 fazdan 3 faza direkt frekansçevirici devresi;• Aşağıdaki Şekil-5.106’dangörülebileceği gibi, 3 fazdan 3faza direkt frekans çeviricinin herbir kolu aslında birbirine tersparalel olarak bağlanmış iki adet“3 fazlı tam dalga tam kontrolludoğrultucu” devresindenoluşmaktadır.VaVbVcT1+T3D1L1T5T4 T6 T2-IoRA+Vo-L2-T1’ T3’ T5’D2T4’ T6’ T2’+Şekilden görüldüğü gibi, her ikidoğrultucunun girişine deuygulanan AC gerilim, budevrelerde işlendikten sonraçıkışlarına bağlanmış olan yüküzerine aktarılmaktadır.Yıldız bağlı yükü 3 fazdan 3 fazadirekt frekans çeviricinin tambağlantısı ise Şekil-5.107’de blokolarak görülmektedir.VaVbVcT1 T3 T5T4 T6 T2T1 T3 T5T4 T6 T2αPWMkP%50fM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI23

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLERRST• Şekil-5.107’den görülebileceğigibi, 3 fazdan 3 faza DFÇ, Şekil-5.106’da açık bağlantısı verilen 3adet 3 fazdan 1 faza dönüştürücüdevresinin birleşimindenoluşmaktadır.3 fazdan1 fazaDönüşt.-1RA+Va-3 fazdan1 fazaDönüşt.-2RB+Vb-3 fazdan1 fazaDönüşt.-3RC3 FAZLI ASENKRON MOTOR+Vc-ABC• Şekil-5.106 ve 5.107’dengörüldüğü gibi, aslında “3 fazlı çiftlidoğrultucu” bağlantısı olan güçdevreleri kullanılan kontrol tekniğisayesinde “3 fazdan 3 faza DFÇ”devresi olarak çalıştırılmaktadır.• Kontrol devresinde bulunan “f”frekans kontrolu sayesinde ACçıkış geriliminin frekansı 0 ileşebeke frekansı arasındaayarlanabilmektedir.• Yine “α” uyarma açısı kontrolusayesinde AC çıkış geriliminingenliği 0 ile şebeke gerilimiarasında ayarlanabilmektedir.• Bu dönüştürücü ile ilgili tümhesaplamalar, 3 fazdan 1 fazadönüştürücü ile aynıdır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI24

III – DĐREKT FREKANS ÇEVĐRĐCĐLERÖDEV-33.1) 220V-50Hz şebekede 45 derecelik uyarma açısında, 15Hz’lik kontrolsinyalinde çalıştırılan ve 12Ω’luk rezistif bir yükü besleyen 1 fazdan 1faza direkt frekans çeviricinin,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.3.2) 220V-50Hz şebekede 60 derecelik uyarma açısında, 25Hz’lik kontrolsinyalinde çalıştırılan ve 12Ω’luk rezistif bir yükü besleyen 3 fazdan 1faza direkt frekans çeviricinin,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI25

Bölüm-4Dc KıyıcılarınSınıflandırılmasıM.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 1

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIDC KIYICILARINSINIFLANDIRILMASI:Giriş bölümünde de belirtildiğigibi DC kıyıcıları çalışmaşekline göre 5 farklı sınıfaayırmak mümkün olmaktadır.Bunlar;A sınıfı dc kıyıcılar,B sınıfı dc kıyıcılar,C sınıfı dc kıyıcılar,D sınıfı dc kıyıcılar,E sınıfı dc kıyıcılardır.Şimdi bu kıyıcı türleri veözellikleri sırasıyla detaylıolarak incelenecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIA sınıfı DC kıyıcılar;A sınıfı DC kıyıcılar, daha önceayrıntısı ile incelenen “Azaltan tipDC kıyıcı” yapısıdır.Dolayısıyla bu tür bir kıyıcıda çıkışgerilimi daima giriş gerilimininaltındadır.Şekil-6.23’de görüldüğü gibi,genellikle düşük ve orta güçlerdekidoğru akım motorlarınınkontrolünde ve farklı dc beslemegerilimi gereken devrelerdekullanılan A sınıfı DC kıyıcılarsadece 1. bölgede çalışmaktadır.A sınıfı DC kıyıcıçalışma bölgesiVo01.bölgeIo2

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIB sınıfı DC kıyıcılar;B sınıfı DC kıyıcılar, daha önceayrıntısı ile incelenen “Arttıran tipDC kıyıcı” yapısıdır.Dolayısıyla bu tür bir kıyıcıda çıkışgerilimi daima giriş gerilimininüstündedir.Genellikle doğru akım motorlarınınre-jeneratif (enerjiyi gerikazanarak) frenleme kontrolündeve gerilim yükseltmekte kullanılanB sınıfı DC kıyıcılar, Şekil-6.24’degörüldüğü gibi sadece 2. bölgedeçalışmaktadır.C sınıfı DC kıyıcılar;C sınıfı DC kıyıcılar, A sınıfı ve Bsınıfı DC kıyıcılarınbirleştirilmesiyle oluşturulan yenibir kıyıcı devresidir.C sınıfı kıyıcılar, özellikle orta veyüksek güçteki doğru akımmotorlarının tek yönlü hız ve re-jeneratif frenleme kontrolündekullanılmaktadırlar.Bu tür kıyıcılar A ve B sınıflarınınbirleşimi olduğu için çalışmabölgesi de Şekil-6.25’de görüldüğügibi 1. ve 2. bölgelerdir.VoVo2.bölgeB sınıfı DC kıyıcıçalışma bölgesi2.bölge1.bölge-Io 0M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI-Io0Io3

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIfAşağıdaki Şekil-6.26’da tipikbir C sınıfı DC kıyıcı bağlantısıgörülmektedir.Is+Vs-kPWM+ Vk -MotorMotor/ FrenT1T2+Vt1-ItD1D2PWMFrenIf+Vo-IoGüç devresiUyarma devr.fkŞekil-6.26’da görülenbağlantıda T1 transistörüuyarıldığında devre A sınıfıolarak çalışmakta ve motoruenerjilendirerek dönmesinisağlamaktadır.T2 transistörü uyarıldığında isedevre B sınıfı olarakçalışmakta ve yükün ataletiyledönmeye devam ederek birjeneratör gibi elektrik üretenmotorun çıkış geriliminiyükselterek kaynağa doğruakım akıtmasını sağlamaktadır.Bu sayede hem motor hızlıolarak frenlenmekte hem dekaynak şarj edilmektedir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIŞekil-6.26’da görülenbağlantıda T1 transistörüuyarıldığında devreden “Is=Io”akımı dolaşmakta, T1 yalıtımageçtiğinde ise “Io” akımı “D2”diyodu üzerinden devametmektedir.T2 transistörü uyarıldığında isedevreden “It” akımıdolaşmakta, T2 yalıtımageçtiğinde ise “If” akımı “D1”diyodu üzerinden kaynağadoğru akmaktadır.Devrenin dalga şekilleri vehesaplamaları A ve Bsınıflarında olduğu gibidir.D sınıfı DC kıyıcılar;D sınıfı DC kıyıcılar, çift yönlüDC kıyıcılara geçişte bir aradurum olup, genellikle tekbaşına kullanılmazlar.Bu tür kıyıcılar, C sınıfı DCkıyıcıda olduğu gibi yine çiftbölgede çalışmaktadır. D sınıfıDC kıyıcının çalışma bölgeleriŞekil-6.27’de görüldüğü gibi 1.ve 4. bölgelerdir.-Io0Vo1.bölge4.bölgeIoM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI-Vo5

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIAşağıdaki Şekil-6.28’de tipikbir D sınıfı DC kıyıcı bağlantısıgörülmektedir.+Vs-Güç devresiUyarma dv.fIskPWMT1IoD1Opto-1Opto-2Id+ Vo -T1’e+ Vk -D2T2Şekil-6.28’den görüldüğü gibiT1 ve T2 transistörleri aynıanda uyarılmakta ve seri bağlıgibi çalışmaktadır. D1 ve D2diyotları ise serbest geçişdiyodu olarak çalışmaktadırlar.Devre aslında azaltan tip DCkıyıcı gibi çalışmakta vemotoru tek yönlü olarak kontroletmektedir. Tek farkı serbestgeçiş akımının (Id) kaynaküzerinden dolaşmasıdır.Devrenin herhangi bir frenlemefonksiyonu yoktur, çünkü yükakımı hep aynı yönlüdür. Çıkışgerilimi ise sürekli olarak yöndeğiştirmektedir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIŞekil-6.28’de görülenbağlantıda transistörleruyarıldığında devreden “Is=Io”akımı dolaşmakta, transistörleryalıtıma geçtiğinde ise “Io=Id”akımı diyotlar ve kaynaküzerinden devam etmektedir.Bu durumda transistörleriletimdeyken çıkış gerilimipozitif, transistörler yalıtımageçtiğinde ise akım diyotlarüzerinden dolaşacağı için çıkışgerilimi negatif olmaktadır.Devrenin çıkış dalga şekillerive hesaplamaları ise azaltantip DC kıyıcıda olduğu gibidir.E sınıfı DC kıyıcılar;E sınıfı DC kıyıcılar, çift yönlü(4 bölgeli) DC kıyıcılar olarakbilinmekte olup iki adet C veyaiki adet D sınıfı DC kıyıcınınbirleşiminden oluşmuşlardır.Bu tür kıyıcılar, iki adet çiftbölgeli DC kıyıcının birleşimiolduğu için, çalışma bölgeleride Şekil-6.29’da görüldüğü gibi1.2.3. ve 4. bölgelerdir.-Io2.bölge03.bölgeVo1.bölge4.bölgeIoM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI-Vo7

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIAşağıdaki Şekil-6.30’da tipikbir E sınıfı DC kıyıcı bağlantısıgörülmektedir.+Vs-Güç devresiUyarma dv.fIskPWMĐleri /gerigeriT1D1T4D4ileriIoOpto-3Opto-4+ Vo -T3T4T3D3T2D2Opto-1Opto-2T1T2Şekil-6-30’dan görüldüğü gibi,motor ileri yönde döndürülmekistendiğinde T1 ve T2uyarılmakta ve devre D sınıfıDC kıyıcı gibi çalıştırılmaktadır.Motor ileri yönde dönerken rejeneratiffrenleme yapılmasıgerektiğinde sadece T4uyarılarak devre B sınıfı(yükselten tip) DC kıyıcı gibiçalıştırılmakta ve motorujeneratör gibi çalıştırarak D1-D2 ve kaynak üzerindenfrenleme akımı akıtılmaktadır.Bu durumda motor üzerindekienerji geri kazanılarak hızlıfrenleme yapılmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIYine Şekil-6-30’dan görüldüğügibi, motor geri (ters) yöndedöndürülmek istendiğinde T3ve T4 uyarılmakta ve devreters yönde yine D sınıfı DCkıyıcı gibi çalıştırılmaktadır.Motor geri yönde dönerken re-jeneratif frenleme yapılmasıgerektiğinde sadece T2uyarılarak devre yine B sınıfı(yükselten tip) DC kıyıcı gibiçalıştırılmakta ve motorujeneratör gibi çalıştırarak D3-D4 ve kaynak üzerindenfrenleme akımı akıtılmakta vemotor üzerindeki enerji gerikazanılarak fren yapılmaktadır.E sınıfı DC kıyıcılar, özelliklesabit mıknatıs uyartımlı veyabancı uyartımlı doğru akımmotorlarında hem çift yönlü hızkontrolu hem de çift yönlüfrenleme kontrolundakullanılabilen, hem çıkış akımıhem de çıkış gerilimi tersçevrilebilen tam donanımlımotor sürücü devreleridir.E sınıfı DC kıyıcılar istenirsebirbirine ters paralel bağlı iki Csınıfı kıyıcı olarak da kontroledilebilmektedir.Devrenin çıkış dalga şekillerive hesaplamaları ise azaltantip DC kıyıcıda olduğu gibidir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI9

IV – DC KIYICILARIN SINIFLANDIRILMASIÖDEV-44.1) 220V-50Hz şebekede, 10kHz frekanslı ve %70 etkin peryotlu PWM ileçalıştırılan ve endüktansı 6Ω olan bir dc motoru besleyen A sınıfı DCkıyıcının,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.4.2) 50Vdc şebekede, 10kHz frekanslı ve %60 etkin peryotlu PWM ilefrenlenen ve endüktansı 4Ω olan bir dc motoru kontrol eden C sınıfı DCkıyıcının,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

Bölüm-5Akım KaynaklıĐnvertörler(CSI)M.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 1

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• B - AKIM KAYNAKLI PWMĐNVERTÖRLER (CSI):• Endüstride özellikle Asenkronmotorların kontrolunda yoğunolarak kullanılmakta olan PWMinvertörler, DC akım kaynağınıkullanarak değişken frekanslı vedeğişken akımlı AC üretirler.• Bu bölümde akım kaynaklı türüincelenecek olan PWMinvertörlerin en önemli avantajıçıkışta oluşan AC akımın genlikve frekansının çok kolaylıklaayarlanabilmesidir ki bu sayedesenkron ve asenkron motorlardaçok kolaylıkla tork kontroluyapılabilmektedir.1) 1 fazlı Akım Kaynaklı PWMĐnvertörler (Rezistif yük);Bir fazlı CSI invertörler DC akımkaynağı kullanarak 1 fazlı,değişken frekanslı ve değişkengenlikli AC akım elde etmektekullanılan devrelerdir.Bu aşamada öncelikle güçelektroniği uygulamalarındakullanılabilecek bir DC akımkaynağının yapısının veçalışmasının nasıl olduğunuincelemek gerekmektedir.Bilindiği gibi gerilim kaynağıdenildiğinde “sabit gerilim çıkışlı”akım kaynağı denildiğinde de“sabit akım çıkışlı” anlaşılmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI2

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Aşağıdaki Şekil-7.44’de güçelektroniği uygulamalarındakullanılmakta olan sabit akımkaynağı yapısı görülmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi akımkaynağı aslında, değişken birgerim kaynağı ile ona seribağlanmış yüksek değerli birendüktanstan (bobinden)oluşmaktadır.Akım Kaynağı+Vs-IsIsS1Io = IsYükS2+Vo-Akım kaynağı uygulamalarında,akım kaynağı çıkışındaki “Is”akımının sürekli ve sabitkalabilmesi için mutlaka kaynakçıkışında akımın devamedebileceği bir bağlantıoluşturmak gerekmektedir.Şekil-7.44’den görüldüğü gibi,kaynaktan akım alınmakistendiğinde, kaynak çıkışına S2anahtarı üzerinden yük bağlanmalıkaynaktan akım alınmakistenmediğinde ise S2 anahtarıaçık devre S1 anahtarı ise kısadevre yapılarak kaynak kısa devreedilmelidir. Bu sayede kaynakakımı “Is” bizim belirlediğimizdeğerde daima sabit akacaktır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI3

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Aşağıdaki Şekil-7.45’de 1 fazlıakım kaynaklı (CSI) köprü invertörbağlantısı görülmektedir.+Vs-Güç DevresiUyr. DevresifkLIsIs+-PWM+-T1T4+ Vo -IoT2T4T3T2IsT1T3Şekil-7.45’de görülen 1 fazlı akımkaynaklı invertör devresiyardımıyla yük üzerinden istenenfrekanslı ve istenen genlikli(seviyeli) akım akıtılabilmektedir.Devre çıkışında AC akım eldeedebilmek için T1-T2-T3-T4transistörleri sırayla ve kaynakakımı kesilmeyecek şekildeuyarılmalıdır.T1-T2 uyarıldığında Is kaynağıyüke bağlanacak ve çıkış akımıpozitif olacaktır. T3-T4 uyarıldığızaman ise Is kaynağı yüke tersbağlanacak ve çıkış akımı negatifolacaktır. Bu işlem peryodik olarakyapıldığında çıkışta istenilenfrekanslı AC akım oluşmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.45 görülen akım kaynaklıPWM invertörün (CSI) rezistifperformansını gösteren dalgaşekilleri yan tarafta Şekil-7.46’daverilmiştir.• Şekilden görüldüğü gibi T1-T2-T3ve T4 transistörlerinin peryodikolarak devreye sokulmasıylaistenen frekansta kare dalgaformatında bir AC akım çıkışuçlarında oluşmaktadır.• Şekil-7.46’da gösterilen tüm dalgaşekillerinin tepe değeri akımkaynağının sabit akım seviyesiolan “Is” değeridir.• Çizilen bu dalga şekillerine göreakım kaynaklı invertörün rezistifyük performans parametrelerihesaplanacaktır.M.Necdet YILDIZI mI S15VV t115VV t315VV t215VV t4I mI O-I mI mI T1T1T2ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIkT1T4πkT3T4kT3T22πkT1T2T1T4T3T4T3T2ωtωtωtωtωtωtωt5

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Akım kaynaklı PWM invertörkullanılarak elde edilen AC akımınfrekansı tamamen kontrolsinyalinin frekansına bağlı olarakoluşmaktadır.• Đnvertör kullanılarak elde edilenAC akımın genliği ise iki farklıyöntemle kontrol edilebilmektedir.Bu yöntemler,• 1) Değişken kaynak akımı (Is)kullanılarak,• 2) Değişken etkin peryot (k)kullanılarakdır.• PWM invertörlerde adından daanlaşılacağı gibi daha çok ikinciyöntem olan etkin peryot kontrolüyöntemi kullanılmaktadır.Değişken frekanslı ve genlikli akımgereken güç elektroniğiuygulamalarında kullanılan 1 fazlıakım kaynaklı PWM invertörünrezistif yükte çalışırken diğer güçdevrelerine benzer şekilde,1) Çıkış akımının etkin değeri,2) Etkin çıkış gücü,3) Anahtar gerilimi,4) Anahtar akımı,hesaplanabilir.Akım kaynaklı invertöruygulamalarında çıkış gerilimitakip edilmemektedir. Buuygulamalarda esas olan akımdırve akımın hep istenen değerdeolması için çalışılır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 1) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı akım kaynaklı invertörün(CSI) saf rezistif yükte oluşan çıkışakımı Şekil-7.47’de görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği,IT / 2k 2O( rms)= Im.dt = IS.T2∫0t1T / t+tolarak bulunabilecektir.122) Etkin çıkış gücü;Yüke aktarılan etkin çıkış gücü,2PO ( rms)= IO(rms). Reşitliğinden bulunabilecektir.3) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olan enyüksek gerilime göre,VT= 1,3 . Vm olacaktır.I mI Oπ2πωt4) Anahtar akımı;Anahtarın üzerine göre;IT= 1,3 . Im = 1,3 . IS-I mt2t1NOT: Kaynak gerilimi ve akımınınseviyesi yüke göre belirlenir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLERB) 1 fazlı Akım Kaynaklı PWMĐnvertörler (Endüktif yükte);L+Vs-Güç DevresiUyr. DevresifkIs+-PWM+-T1D1T4D4OO+ Vo -IoT2T4OOT3D3T2D2T1T3Şekil-7.48’de görülen 1 fazlı akımkaynaklı invertör devresi yardımıile endüktif yük üzerinden istenenfrekanslı ve istenen genlikli(seviyeli) akım akıtılabilmektedir.Uyarma devresinde görüldüğü gibi2 adet PWM üreteci kullanılarakT1 ve T3’e 180º faz farklı, T2 veT4’e ise onlara göre 270º fazıkayık kare dalga uygulanmıştır.Güç devresinde görüldüğü gibidaha önceden gerilim kaynaklıinvertörlerde transistörlere paralelolarak kullanılan serbest geçişdiyotları bu defa seri bağlanaraktampon olarak kullanılmışlardır.Bu uygulamanın sebebi izinsizakım akışını engellemektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.48 görülen akım kaynaklıPWM invertörün (CSI) endüktifperformansını gösteren dalgaşekilleri yan tarafta Şekil-7.49’daverilmiştir.• Şekilden görüldüğü gibi T1-T2-T3ve T4 transistörlerinin peryodikolarak devreye sokulmasıyla yineistenen frekansta kare dalgaformatında bir AC akım çıkışuçlarında oluşmaktadır.• Şekil-7.49’da gösterilen tüm dalgaşekillerinin tepe değeri akımkaynağının sabit akım seviyesiolan “Is” değeridir.• Çizilen bu dalga şekillerine göreakım kaynaklı invertörün endüktifyük performans parametrelerihesaplanacaktır.M.Necdet YILDIZI mI S15VV t115VV t315VV t215VV t4I mI O-I mI mI T1T1T2ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIkT1T4πkT3T4kT3T22πkT1T2T1T4T3T4T3T2ωtωtωtωtωtωtωt9

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 1) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı akım kaynaklı invertörün(CSI) saf endüktif yükte oluşançıkış akımı Şekil-7.50’degörüldüğü gibi olduğundan, çıkışakımının etkin değer eşitliği,IT / 2k 2O( rms)= Im.dt = IS.T2∫0t1T / t+tolarak bulunabilecektir.122) Etkin çıkış gücü;Yüke aktarılan etkin çıkış gücü,2PO ( rms)= IO(rms). Reşitliğinden bulunabilecektir.3) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olan enyüksek gerilime göre,VT= 1,3 . Vm olacaktır.I mI Oπ2πωt4) Anahtar akımı;Anahtarın üzerine göre;IT= 1,3 . Im = 1,3 . IS-I mt2t1NOT: Kaynak gerilimi ve akımınınseviyesi yüke göre belirlenir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLERÖrnek:50Adc kaynakta %50 etkinperyotlu uyarmada çalıştırılan 1fazlı akım kaynaklı invertörün,a) 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini,b) 10Ω’luk endüktif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Rezistif yükte çıkış akımınınetkin değeri,IO(rms) = IS . √k = 50 . √0,5 = 35AEtkin çıkış gücü,22PO ( rms)= IO(rms). R = 35 .10 = 12, 25kWAnahtar gerilimi,Vo = Io(max.) . RVo = 50 . 10 = 500VV T ≥ 500 . 1,3 ≥ 650VAnahtar akımı,V T ≥ Is . 1,3V T ≥ 50 . 1,3 ≥ 65Ab) Endüktif yükte çıkış akımınınetkin değeri,Endüktif yükte oluşan dalgaşekillerinden ve eşitliklerdengörüldüğü gibi rezistif yükletamamen aynıdır. Dolayısıylaayrıca hesaba gerek yoktur.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 2) 3 Fazlı akım kaynaklı PWMinvertörler (CSI):• 3 fazlı gerilim kaynaklı PWMinvertörler, sanayide çok yoğunolarak kullanılmakta olan 3 fazlıasenkron motorların kontrolu içinkullanılmaktadır.• Bu invertörler sayesinde asenkronmotorların,- Yol verme,- Tork kontrolu,- Yön kontrolu,- Frenleme kontrolu,kolaylıklagerçekleştirilebilmektedir.• Son yıllarda IPM’ler kullanılarakbu devreler daha da yayılmıştır.3 fazlı akım kaynaklı PWMinvertörlerde de yine kullanılmaktaolan 2 farklı kontrol yöntemibulunmaktadır. Bu yöntemler,a- 180˚ iletim kontrolu,b- 120˚ iletim kontroludur.• Bu yöntemlerden birincisi olan180˚ iletim kontrolunda, invertörüoluşturan her bir güç elemanı,180˚ iletimde, 180˚’de yalıtımdatutulmaktadır.• Đkinci yöntem olan 120˚ iletimkontrolunda ise invertörü oluşturanher bir güç elemanı, 120˚ iletimde,240˚’de yalıtımda tutulmaktadır.• Şimdi CSI’da bu yöntemlerinkullanımı sırasıyla incelenecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI12

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER3 fazlı Akım Kaynaklı PWM Đnvertör (yıldız bağlı yükte ve 180˚ iletimde);Şekil-7.51’de 3 fazlı akım kaynaklı PWM invertörün (CSI), yıldız yük ve 180˚uyarma için, güç ve kontrol devrelerinin bağlantısı görülmektedir.LIsT1D1T3D3T5D5IaIra+Vs-T4D4T6D6T2D2ABCRaRbRcNGüç DevresiUyr. DevresifkPWMA-B-C+-IIIIIIIVSSSürücü1-2T1T4IIISSSürücü3-6T3T6IVIIISSSürücü5-2T5T2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.51’de görülen 3 fazlıdevrenin performansını gösterenuyarma dalga şekilleri Şekil-7.52’de, güç devresi dalga şekilleride Şekil-7.53’de verilmiştir.I mI SI mT1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5T1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5ωt0 180˚ 360˚ 540˚ 720˚0 π 2π 3π 4πI m /2V anωtV t1kωtV t4V t3kkωtωtI mI m /2V bnωtV t6kωtV t5kωtV cnωtV t2kωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.52’den görüldüğü gibireferans olarak aldığımız birincifazı (A) oluşturabilmek için T1 veT4 transistörlerine 180 derece fazfarklı iki kare dalga kontrol sinyaliuygulanacaktır.• Đkinci fazı (B) oluşturabilmek içinseT3 ve T6 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 120 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Üçüncü fazı oluşturmak için ise T5ve T2 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 240 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Böylelikle 3 fazlı AC akım eldeedebilmek için T1’den T6’ya kadartransistörler 60’ar derece arayla180º sürülmüş olmaktadır.M.Necdet YILDIZIsŞekil-7.53’de verilen güç devresidalga şekillerine bakıldığındayapılan 180 derecelik uyarmasonucunda, istenilen frekansta,120’şer derece faz farklı ve “Im”tepe değerli 3 adet hat akımı (Ia,Ib, Ic) ile yine yıldız bağlantınedeniyle bu akımlarla aynı şekilve değerli 3 adet faz akımı (Ira,Irb, Irc) oluşmaktadır.Şekil-7.53’de gösterilen kademelihat akımlarının oluşumu aşağıdaŞekil-7.54’de gösterilmiştir.ABCRaRbRcIa Ia Iaa) 0˚ - 60˚ b) 60˚ - 120˚ c) 120˚ - 180˚ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15IsABCRaRbRcIsABCRaRbRc

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.54’de verilen yük eşdeğerdevrelerinden görüldüğü gibi, ilk60 derecelik dilimde T1-T6-T5iletimde olduğu için yük “a”şeklinde görüldüğü gibi Ra-Rcparalel Rb ise onlara seridurumdadır. Bu durumda Raüzeriden “Is/2” kadarlık bir akımgeçişi olacaktır.• Đkinci 60 derecelik dilimde ise “b”şeklinde görüldüğü gibi Rb-Rcparalel Ra ise onlara seridurumdadır. Bu durumda Raüzeriden “Is” kadarlık bir akımgeçişi olacaktır.• Üçüncü 60 derecelik dilimde iseRa direnci yine paralele girdiği içinüzerinden “Is/2” geçecektir.3 fazlı akım kaynaklı PWMinvertör devresinin 180 dereceiletim durumunda ve yıldız yüktekidaga şekillerinden yararlanarakdiğer güç devrelerinde olduğu gibiaşağıdaki temel hesaplamalaryapılabilir.1) Çıkış hat-faz akımlarının etkindeğeri,2) Etkin çıkış gücü,3) Anahtar gerilimi,4) Anahtar akımı.Çıkış gerilimi kontrol edilmediğiiçin hesaplaması yapılmamıştır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI16

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 1) Çıkış hat-faz akımı etkin değeri;• 3 fazlı akım kaynaklı invertörünyıldız yükte oluşan çıkış hat ve fazakımı Şekil-7.55’de görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği aşağıdadır.I mI m /2Ia(rms) ≈ (Im/2) . √[(t1+t3) / T]I an0 60 120 180Tt1 t2 t3+ I Im . √(t2 / T)ωt• 2) Etkin çıkış gücü;Devrenin etkin çıkış gücü,PO rms3.I2 ( )=O(rms). R3) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olangerilim,Vm= Im . Rburadan,VT= 1,3 . Vm olacaktır.4) Anahtar akımı;Anahtarın üzerindeki akıma göre;IT= 1,3 . Im = 1,3 . Vmbulunacaktır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI17

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER3 fazlı Akım Kaynaklı PWM Đnvertör (üçgen bağlı yükte ve 180˚ iletimde);Şekil-7.56’da 3 fazlı akım kaynaklı PWM invertörün (CSI), üçgen yük ve 180˚uyarma için, güç ve kontrol devrelerinin bağlantısı görülmektedir.LIsT1D1T3D3T5D5IaIraRa+Vs-T4D4T6D6T2D2ABCRbRcGüç DevresiUyr. DevresifkPWMA-B-C+-IIIIIIIVSSSürücü1-2T1T4IIISSSürücü3-6T3T6IVIIISSSürücü5-2T5T2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI18

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.56’da görülen 3 fazlıdevrenin performansını gösterenuyarma dalga şekilleri Şekil-7.57’de, güç devresi dalga şekilleride Şekil-7.58’de verilmiştir.I mI SI m /2I raT1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5T1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5ωtωt0 180˚ 360˚ 540˚ 720˚0 π 2π 3π 4πI m /2I rbωtV t1kωtI rcωtV t4V t3kkωtωtI mI m /2I AωtV t6kωtI mI BωtV t5kωtV t2kωtI CωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI19

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.57’den görüldüğü gibireferans olarak aldığımız birincifazı (A) oluşturabilmek için T1 veT4 transistörlerine 180 derece fazfarklı iki kare dalga kontrol sinyaliuygulanacaktır.• Đkinci fazı (B) oluşturabilmek içinseT3 ve T6 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 120 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Üçüncü fazı oluşturmak için ise T5ve T2 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 240 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Böylelikle 3 fazlı AC akım eldeedebilmek için T1’den T6’ya kadartransistörler 60’ar derece arayla180º sürülmüş olmaktadır.M.Necdet YILDIZIsIaŞekil-7.58’de verilen güç devresidalga şekillerine bakıldığındayapılan 180 derecelik uyarmasonucunda, istenilen frekansta,120’şer derece faz farklı ve “Im”tepe değerli 3 adet hat akımı (Ia,Ib, Ic) ile yine üçgen bağlantınedeniyle bu akımlardan farklıolarak yine 120º farklı 3 adet fazakımı (Ira, Irb, Irc) oluşmaktadır.Şekil-7.58’de gösterilen kademelihat akımlarının oluşumu aşağıdaŞekil-7.59’de gösterilmiştir.ABCRaRbRcIsa) 0˚ - 60˚ b) 60˚ - 120˚ c) 120˚ - 180˚ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS20NOTLARIIaABCRaRbRcIsIaBACRaRbRc

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.59’da verilen yük eşdeğerdevrelerinden görüldüğü gibi, ilk60 derecelik dilimde T1-T6-T5iletimde olduğu için yük “a”şeklinde görüldüğü gibi Ra-Rbparalel Rc ise bloke olmuşdurumdadır. Bu durumda A fazıüzeriden “Is/2” kadarlık bir akımgeçişi olacaktır.• Đkinci 60 derecelik dilimde ise “b”şeklinde görüldüğü gibi Ra-Rcparalel Rb ise bloke olmuşdurumdadır. Bu durumda A fazıüzeriden “Is” kadarlık bir akımgeçişi olacaktır.• Üçüncü 60 derecelik dilimde iseRa direnci yine paralele girdiği içinA fazı üzerinden “Is/2” geçecektir.3 fazlı akım kaynaklı PWMinvertör devresinin 180 dereceiletim durumunda ve üçgenyükteki daga şekillerindenyararlanarak diğer güçdevrelerinde olduğu gibi aşağıdakitemel hesaplamalar yapılabilir.1) Çıkış hat-faz akımlarının etkindeğeri,2) Etkin çıkış gücü,3) Anahtar gerilimi,4) Anahtar akımı.Çıkış gerilimi kontrol edilmediğiiçin hesaplaması yapılmamıştır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI21

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 1a) Çıkış faz akımı etkin değeri;• 3 fazlı akım kaynaklı invertörünüçgen yükte oluşan çıkış faz akımıŞekil-7.60’da görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği aşağıdadır.• 1b) Çıkış hat akımı etkin değeri;• 3 fazlı akım kaynaklı invertörünüçgen yükte oluşan çıkış hat akımıŞekil-7.61’de görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği aşağıdadır.IRa(rms) = (Im/2) . √(t1 / T)olacaktır.Ia(rms) ≈ (Im/2) . √[(t1+t3) / T]+ Im . √(t2 / T)0 60 120 1800 60 120 180I m /2I raωtI mI m /2I anωtTt1 t2Tt1 t2 t3M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI22

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 2) Etkin çıkış gücü;Devrenin etkin çıkış gücü,PO rms3.I2 ( )=Ra(rms). Ra3) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olangerilim,Vm= Im . Rburadan,VT= 1,3 . Vm olacaktır.4) Anahtar akımı;Anahtarın üzerindeki akıma göre;IT= 1,3 . Im = 1,3 . Vmbulunacaktır.Örnek: 50Adc kaynakta 50Hz’de 180derecelik uyarmada çalıştırılan 3fazlı akım kaynaklı invertörün,a) 10Ω’luk yıldız bağlı rezistif biryükü beslediğinde oluşacak tümdevre parametrelerini,b) 10Ω’luk üçgen bağlı rezistif biryükü beslediğinde oluşacak devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Yıldız bağlı yükte hat-fazakımlarının etkin değeri,Ia(rms) ≈ (Im/2) . √[(t1+t3) / T]+ Im . √(t2 / T)Ia(rms) ≈ 25 . √[(6,66) / 10]+ 50 . √(3,33 / 10) = 49,25AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI23

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLERPPEtkin çıkış gücü,O(rms)O(rms)= 3. I2A(rms). R= 72,76kWAnahtar gerilimi,Vo = Io(max.) . RVo = 50 . 10 = 500VV T ≥ 500 . 1,3 ≥ 650VAnahtar akımı,V T ≥ Is . 1,3V T ≥ 50 . 1,3 ≥ 65A= 3.49,252.10b) Üçgen bağlı yükte hat akımınınetkin değeri,Ia(rms) ≈ (Im/2) . √[(t1+t3) / T]+ Im . √(t2 / T)Ia(rms) ≈ 25 . √[(6,66) / 10]+ 50 . √(3,33 / 10) = 49,25AÜçgen bağlı yükte faz akımınınetkin değeri,IRa(rms) = (Im/2) . √(t1 / T)IRa(rms) = 25 . √(6.66 / 10)= 20,4AEtkin çıkış gücü,22PO ( rms)= 3. IRa(rms). R = 3.20,4 . 10P rmsO ( )= 12, 48kWAnahtar gerilimi,Vo = Io(max.) . RVo = 50/2 . 10 = 250VV T ≥ 250 . 1,3 ≥ 325VAnahtar akımı,V T ≥ Is . 1,3V T ≥ 50 . 1,3 ≥ 65AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI24

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER3 fazlı Akım Kaynaklı PWM Đnvertör (yıldız bağlı yükte ve 120˚ iletimde);Şekil-7.62’de 3 fazlı akım kaynaklı PWM invertörün (CSI), yıldız yük ve 120˚uyarma için, güç ve kontrol devrelerinin bağlantısı görülmektedir.LIsT1D1T3D3T5D5IaIra+Vs-T4D4T6D6T2D2ABCRaRbRcNGüç DevresiUyr. DevresifkPWMA-B-C+-IIIIIIIVSSSürücü1-2T1T4IIISSSürücü3-6T3T6IVIIISSSürücü5-2T5T2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI25

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.62’de görülen 3 fazlıdevrenin performansını gösterenuyarma dalga şekilleri Şekil-7.63’de, güç devresi dalga şekilleride Şekil-7.64’de verilmiştir.I mI SI mT1T6T1T2T3T2T3T4T5T4T5T6T1T6T1T2T3T2T3T4T5T4T5T6ωt0 180˚ 360˚ 540˚ 720˚0 π 2π 3π 4πωtI aV t1kωtV t4kωtI mωtV t3kωtI bV t6kωtI mV t5kωtωtV t2kωtI bM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI26

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.63’den görüldüğü gibireferans olarak aldığımız birincifazı (A) oluşturabilmek için T1 veT4 transistörlerine 120º etkinperyotlu180º faz farklı iki karedalga sinyal uygulanacaktır.• Đkinci fazı (B) oluşturabilmek içinseT3 ve T6 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 120 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Üçüncü fazı oluşturmak için ise T5ve T2 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 240 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Böylelikle 3 fazlı AC akım eldeedebilmek için T1’den T6’ya kadartransistörler 60’ar derece arayla120º sürülmüş olmaktadır.M.Necdet YILDIZIsŞekil-7.64’de verilen güç devresidalga şekillerine bakıldığındayapılan 120 derecelik uyarmasonucunda, istenilen frekansta,120’şer derece faz farklı ve “Im”tepe değerli 3 adet hat akımı (Ia,Ib, Ic) ile yine yıldız bağlantınedeniyle bu akımlarla aynı şekilve değerli 3 adet faz akımı (Ira,Irb, Irc) oluşmaktadır.Şekil-7.64’de gösterilen kademelihat akımlarının oluşumu aşağıdaŞekil-7.65’de gösterilmiştir.ABCRaRbRcIa Ia Iaa) 0˚ - 60˚ b) 60˚ - 120˚ c) 120˚ - 180˚ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI27IsABCRaRbRcIsABCRaRbRc

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.65’de verilen yük eşdeğerdevrelerinden görüldüğü gibi, ilk60 derecelik dilimde T1-T6iletimde olduğu için yük “a”şeklinde görüldüğü gibi Ra-Rb seriRc ise boşta bulunmaktadır. Budurumda Ra üzeriden “Is” kadarlıkbir akım geçişi olacaktır.• Đkinci 60 derecelik dilimde ise “b”şeklinde görüldüğü gibi Ra-Rcparalel Rb ise boştabulunmaktadır. Bu durumda Raüzeriden yine “Is” kadarlık bir akımgeçişi olacaktır.• Üçüncü 60 derecelik dilimde iseRa direnci boşta bulunduğu içinüzerinden herhangi bir akımgeçmeyecektir.3 fazlı akım kaynaklı PWMinvertör devresinin 120 dereceiletim durumunda ve yıldız yüktekidaga şekillerinden yararlanarakdiğer güç devrelerinde olduğu gibiaşağıdaki temel hesaplamalaryapılabilir.1) Çıkış hat-faz akımlarının etkindeğeri,2) Etkin çıkış gücü,3) Anahtar gerilimi,4) Anahtar akımı.Çıkış gerilimi kontrol edilmediğiiçin hesaplaması yapılmamıştır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI28

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 1) Çıkış hat-faz akımı etkin değeri;• 3 fazlı akım kaynaklı invertörünyıldız yükte oluşan çıkış hat ve fazakımı Şekil-7.66’da görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği aşağıdadır.Ia(rms) = Im . √kI Ia(rms) = I Im . √[t1/(t1+t2)]I m0 60 120 180• 2) Etkin çıkış gücü;Devrenin etkin çıkış gücü,PO rms3.I2 ( )=A(rms). R3) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olangerilim,Vm= Im . Rburadan,VT= 1,3 . Vm olacaktır.I aωt4) Anahtar akımı;Anahtarın üzerindeki akıma göre;t1t2IT= 1,3 . Im = 1,3 . Vmbulunacaktır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI29

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER3 fazlı Akım Kaynaklı PWM Đnvertör (üçgen bağlı yükte ve 120˚ iletimde);Şekil-7.67’de 3 fazlı akım kaynaklı PWM invertörün (CSI), üçgen yük ve 120˚uyarma için, güç ve kontrol devrelerinin bağlantısı görülmektedir.LIsT1D1T3D3T5D5IaIraRa+Vs-T4D4T6D6T2D2ABCRbRcGüç DevresiUyr. DevresifkPWMA-B-C+-IIIIIIIVSSSürücü1-2T1T4IIISSSürücü3-6T3T6IVIIISSSürücü5-2T5T2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI30

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.67’de görülen 3 fazlıdevrenin performansını gösterenuyarma dalga şekilleri Şekil-7.68’de, güç devresi dalga şekilleride Şekil-7.69’da verilmiştir.V mV S2.I m /3I m /3I RaT1T6T1 T3T2 T2T3T4T5T4T5T6T1T6T1T2T3T2T3T4T5 T5T4 T6ωtωt0 180˚ 360˚ 540˚ 720˚0 π 2π 3π 4π2.I m /3I m /3ωtV t1V t4kkωtωtI Rb2.I m /3I m /3I RcωtV t3kωtI mI aωtV t6V t5kkωtωtI mI bωtV t2kωtI cωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI31

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.68’den görüldüğü gibireferans olarak aldığımız birincifazı (A) oluşturabilmek için T1 veT4 transistörlerine 180 derece fazfarklı 120º etkin iki kare dalgakontrol sinyali uygulanmıştır.• Đkinci fazı (B) oluşturabilmek içinseT3 ve T6 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 120 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Üçüncü fazı oluşturmak için ise T5ve T2 transistörlerine yine aynıters kare dalgalar 240 derece fazkaydırılarak uygulanmıştır.• Böylelikle 3 fazlı AC akım eldeedebilmek için T1’den T6’ya kadartransistörler 60’ar derece arayla120º sürülmüş olmaktadır.M.Necdet YILDIZIsAIraŞekil-7.69’da verilen güç devresidalga şekillerine bakıldığındayapılan 120 derecelik uyarmasonucunda, istenilen frekansta,120’şer derece faz farklı ve “Im”tepe değerli 3 adet hat akımı (Ia,Ib, Ic) ile yine üçgen bağlantınedeniyle bu akımlardan farklıolarak yine 120º farklı 3 adet fazakımı (Ira, Irb, Irc) oluşmaktadır.RaŞekil-7.69’da gösterilen kademelihat akımlarının oluşumu aşağıdaŞekil-7.70’de gösterilmiştir.BRcCRbIsa) 0˚ - 60˚ b) 60˚ - 120˚ c) 120˚ - 180˚ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS32NOTLARIARcCRaBRbIraIsBRbCRaARcIra

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.70’de verilen yük eşdeğerdevrelerinden görüldüğü gibi, ilk60 derecelik dilimde T1-T6iletimde olduğu için yük “a”şeklinde görüldüğü gibi Rc-Rb seriRc ise onlara paralel durumdadır.Bu durumda A fazı üzeriden “Is”kadarlık bir akım geçişi olacaktır.• Đkinci 60 derecelik dilimde ise “b”şeklinde görüldüğü gibi Ra-Rbparalel Rc ise onlara paraleldurumdadır. Bu durumda A fazıüzeriden yine “Is” kadarlık bir akımgeçişi olacaktır.• Üçüncü 60 derecelik dilimde ise Ahattı boşta kaldığı için A hattıüzerinden herhangi bir akım geçişiolamayacaktır.3 fazlı akım kaynaklı PWMinvertör devresinin 120 dereceiletim durumunda ve üçgenyükteki daga şekillerindenyararlanarak diğer güçdevrelerinde olduğu gibi aşağıdakitemel hesaplamalar yapılabilir.1) Çıkış hat-faz akımlarının etkindeğeri,2) Etkin çıkış gücü,3) Anahtar gerilimi,4) Anahtar akımı.Çıkış gerilimi kontrol edilmediğiiçin hesaplaması yapılmamıştır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI33

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 1a) Çıkış hat akımı etkin değeri;• 3 fazlı akım kaynaklı invertörünüçgen yükte oluşan çıkış hat akımıŞekil-7.71’de görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği aşağıdadır.• 1b) Çıkış faz akımı etkin değeri;• 3 fazlı akım kaynaklı invertörünüçgen yükte oluşan çıkış faz akımıŞekil-7.72’de görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği aşağıdadır.Ia(rms) = Im . √(t1 / T)olacaktır.IRa(rms) ≈ (Im/3) . √[(t1+t3) / T]+ (2.Im/3) . √(t2 / T)I mI a0 60 120 180ωt2.I m /3I m /30 60 120 180ωtI anTTt1 t2t1 t2 t3M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI34

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLER• 2) Etkin çıkış gücü;Devrenin etkin çıkış gücü,PO rms3.I2 ( )=Ra(rms). Ra3) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olangerilim,Vm= Im . Rburadan,VT= 1,3 . Vm olacaktır.4) Anahtar akımı;Anahtarın üzerindeki akıma göre;IT= 1,3 . Im = 1,3 . Vmbulunacaktır.Örnek: 50Adc kaynakta 50Hz’de 120derecelik uyarmada çalıştırılan 3fazlı akım kaynaklı invertörün,a) 10Ω’luk yıldız bağlı rezistif biryükü beslediğinde oluşacak tümdevre parametrelerini,b) 10Ω’luk üçgen bağlı rezistif biryükü beslediğinde oluşacak devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Yıldız bağlı yükte hat-fazakımlarının etkin değeri,Ia(rms) = Im . √(t1 / T)Ia(rms) = 50 . √(6,66 / 10)Ia(rms) = 40,8AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI35

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLEREtkin çıkış gücü,PPO(rms)O(rms)= 3. I2A(rms). R= 49,93kWAnahtar gerilimi,Vo = Io(max.) . RVo = 50 . 10 = 500VV T ≥ 500 . 1,3 ≥ 650VAnahtar akımı,V T ≥ Is . 1,3V T ≥ 50 . 1,3 ≥ 65A= 3.40,82.10b) Üçgen bağlı yükte faz akımınınetkin değeri,IRa(rms) ≈ (Im/3) . √[(t1+t3) / T]+ 2.Im/3 . √(t2 / T)IRa(rms) ≈ 50/3 . √[(6,66) / 10]+100/3.√(3,33 / 10) = 32,83AÜçgen bağlı yükte hat akımınınetkin değeri,IRa(rms) = Im . √(t1 / T)IRa(rms) = 50 . √(6.66 / 10)= 40,8AEtkin çıkış gücü,22PO ( rms)= 3. IRa(rms). R = 3.32,8 . 10P rmsO ( )= 32, 27kWAnahtar gerilimi,Vo = Io(max.) . RVo = 50 . 10 = 500VV T ≥ 500 . 1,3 ≥ 650VAnahtar akımı,V T ≥ Is . 1,3V T ≥ 50 . 1,3 ≥ 65AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI36

V – AKIM KAYNAKLI ĐNVERTÖRLERÖDEV-55.1) 20Adc kaynakta, 100Hz’de, %50 etkin peryotlu uyarmada çalıştırılan 1 fazlıakım kaynaklı invertörün,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.5.2) 75Adc kaynakta 50Hz’de 120 derecelik uyarmada çalıştırılan 3 fazlı akımkaynaklı invertörün,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI37

Bölüm-6PWM ĐnvertörlerdeĐleri KontrolYöntemleriM.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 1

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROLPWM ĐNVERTÖRLEDEKULLANILAN “ĐLERĐ”KONTROL YÖNTEMLERĐ:Bilindiği gibi güç devrelerinde ilerikontrol yöntemleri,1) Güç katsayısının düzeltilmesi,2) Akım ve gerilimin alternansiçine eşit olarak dağılması,3) Akım veya gerilim dalga şeklininsinüse dönüştürülmesi,işlerinin gerçekleştirilebilmesi vebu sayede de güç devreleri girişve çıkışlarına bağlanması gerekenfiltre devrelerinin azaltılmasıamacıyla kullanılmaktadır.• PWM invertörlerde de bu ilerikontrol yöntemleri benzer sebepleriçin kullanılmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIPWM invertörlerde kullanılmaktaolan ileri kontrol yöntemleri;1) Tek pals genişliği modülasyonu,2) Çok pals genişliğimodülasyonu,3) Sinüsoidal pals genişliğimodülasyonudur.• Bu yöntemlerden ilki olan tek palsgenişliği modülasyonu yöntemi,PWM invertör yapısı veçalışmasını açıklamak içinanlatılmış olan kontrol yöntemidir.• Bu yöntemin avantajı kolaylıklauygulanabilir olmasıdır. Yöntemindezavantajları ise alternans içindeeşit dağılımın olamaması ve çıkışakım veya geriliminin sinüsolamamasıdır.2

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL2) Çok Pals GenişliğiModülasyonu Yöntemi;Çok pals genişliği modülasyonuyöntemi, daha önce diğer güçdevrelerinde PWM kontrol yöntemiolarak açıklanmış olan yöntemdir.Bu kontrol yöntemi PWMinvertörlerin hem gerilim kaynaklıhem de akım kaynaklı türlerinin 1faz ve 3 faz uygulamalarınıntümünde kullanılabilmektedir.Çok pals modülasyonu kontrolyöntemi sayesinde yük üzerineaktarılan çıkış akımları veyagerilimleri alternansın her tarafınaeşit olarak dağıtılabilmektedir.Yöntemin zayıf yanı ise çıkışşeklinin tam sinüs olmamasıdır.fpGüç devresiUyarma dv.PWMkAşağıdaki Şekil-7.73’de çok palsmodülasyonu yönteminin 1 fazlıgerilim kaynaklı PWM invertöreuygulanması görülmektedir.Is+Vs-foT1D1T4D4Pals Yönlendirici+Y-+ Vo -SSIoSürc-3Sürc-4T3T4T3D3T2D2SSürc-1SSürc-2T1T2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI3

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• Şekil-7.73’den görüldüğü gibi güçdevresinde önceki yönteme göreherhangi bir değişiklik yoktur.Fakat uyarma devresinde palslerioluşturan PWM ile çıkış frekansınıoluşturan “Pals Yönlendirici”birlikte kullanılmışlardır.• Şekil-7.74’de ise devrenin çalışmaperformansını gösteren temeldalga şekilleri verilmiştir. Şekildeörnek olarak her alternansta 4pals olacak şekilde uyarmayapılmış ve T1-T2 ile T3-T4transistörleri sırayla ve eş zamanlıolarak kontrol edilmişlerdir.• Çıkış gerilimi frekansı yönlendiriciüzerinden, çıkış gerilimi genliği isePWM-1’den palslerin etkinperyodu ile ayarlanmaktadır.V mV S15VV t1t215VV t3t4V mV O-V mV mV T1I mI O-I mI mI Sπ2πT1-T2 T3-T4 T1-T2 T3-T4ωtωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• Şekil-7.74’den görüldüğü gibi çokpals genişliği kontrol yöntemisayesinde çıkış gerilimininseviyesi ayarlanırken her bir palsdaraltılıp genişletildiği içinalternansın tümü içine yayılmasağlanmış olmaktadır.• Burada dikkat edilmesi gerekenönemli bir konu devredekullanılacak olan güçanahtarlarının çalışmafrekansının, çıkış gerilimininfrekansına değil de palsfrekansına eşit olmasıdır ve bunauygun anahtar seçilmelidir.• Bu durumda anahtarlama kayıplarıartacağı için bu kayıpları düşükolan anahtarlar seçilmelidir.Çok pals genişliği modülasyonuyöntemi ile kontrol edilen 1 fazlıgerilim kaynaklı PWM invertörünperformansını gösterenparametreler diğer devrelerdeolduğu gibi,1) Çıkış geriliminin etkin değeri,2) Çıkış akımının etkin değeri,3) Etkin çıkış gücü,4) Kaynak akımının ortalamadeğeri,5) Ortalama giriş gücü,6) Anahtar gerilimi,7) Anahtar akımı,hesaplanabilir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• 1) Çıkış geriliminin etkin değeri;• 1 fazlı gerilim kaynaklı invertörünçok pals kontrolunda, rezistif yükteoluşan çıkış gerilimi Şekil-7.75’degörüldüğü gibi olduğundan, çıkışgeriliminin etkin değeri de,• 2) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı gerilim kaynaklı invertörünçok pals kontrolunda, rezistif yükteoluşan çıkış akımı Şekil-7.76’dagörüldüğü gibi olduğundan, çıkışakımının etkin değeri de,k 2VO ( rms)= Vmdt = V.T /2∫T/ 2/ 0Skk 2IO ( rms)= Imdt =.T /2∫T/ 2/ 0eşitliğinden hesaplanabilecektir.eşitliğinden hesaplanabilecektir.-V mπ 2ππ 2πV mI mV OωtI O-I mVSRkωtTTM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• 3) Etkin çıkış gücü;• Devrenin ortalama çıkış gücü,Po= Io . Vo• 4) Kaynak akımı ortalama değeri;• Kaynaktan çekilen akımın şekli,Şekil-7.77’deki gibi olduğuna göre,I mI SIT/2kT k .V= Im.dtT / 2∫RS ( rms)=0eşitliğinden bulunabilecektir.π2πSωt5) Ortalama giriş gücü;Kaynaktan çekilen ortalama girişgücü aşağıdaki gibi olacaktır.Ps= Is . Vseşitliğinden bulunabilecektir.6) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olangerilime göre,VT= 1,3 . Vm7) Anahtar akımı;olacaktır.Anahtarın üzerindeki akıma göre;IT= 1,3 . Im = 1,3 . Vm / RTM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL3) Sinüsoidal Pals GenişliğiModülasyonu Yöntemi;Sinüsoidal pals genişliğimodülasyonu, daha önce diğergüç devrelerinde de Sin-PWMkontrol yöntemi olarak açıklanmışolan yöntemdir.Bu kontrol yöntemi PWMinvertörlerin hem gerilim kaynaklıhem de akım kaynaklı türlerinin 1faz ve 3 faz uygulamalarınıntümünde kullanılabilmektedir.Sinüsoidal pals modülasyonukontrol yöntemi sayesinde yüküzerine aktarılan çıkış akımlarıgerilimlerisinüs etkisinde vealternansın her tarafına eşitolarak dağıtılabilmektedir.fpGüç devresiUyarma dv.Aşağıdaki Şekil-7.78’de çok palsmodülasyonu yönteminin 1 fazlıgerilim kaynaklı PWM invertöreuygulanması görülmektedir.Is+Vs-SinüsoidalPWMkfoT1D1T4D4Pals Yönlendirici+Y-+ Vo -SSIoSürc-3Sürc-4T3T4T3D3T2D2SSürc-1SSürc-2T1T2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• Şekil-7.78’den görüldüğü gibi güçdevresinde önceki yönteme göreherhangi bir değişiklik yoktur.Fakat uyarma devresinde farklıgenişlikteki palsleri oluşturan“Sinüsoidal PWM” devresi giriştekullanılmıştır.• Şekil-7.79’da ise devrenin çalışmaperformansını gösteren temeldalga şekilleri verilmiştir. Şekildeörnek olarak her alternansta 5farklı pals olacak şekilde uyarmayapılmış ve T1-T2 ile T3-T4transistörleri sırayla ve eş zamanlıolarak kontrol edilmişlerdir.• Çıkış gerilimi frekansı yönlendiriciüzerinden, çıkış gerilimi genliği iseSin-PWM’den palslerin etkinperyodu ile ayarlanmaktadır.V mV S15VV t1t215VV t3t4V mV O-V mV mV T1I mI O-I mI mI Sπ2πT1-T2 T3-T4 T1-T2 T3-T4ωtωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI9

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• Şekil-7.79’dan görüldüğü gibisinüsoidal pals genişliği yöntemisayesinde çıkış gerilimininseviyesi ayarlanırken her bir palsayrı ayrı daraltılıp genişletildiği içinalternansın tümü içine yayılma vesinüs etkisi sağlanmış olmaktadır.• Burada dikkat edilmesi gerekenönemli bir konu devredekullanılacak olan güçanahtarlarının çalışmafrekansının, çıkış gerilimininfrekansına değil de palsfrekansına eşit olmasıdır ve bunauygun anahtar seçilmelidir.• Bu durumda anahtarlama kayıplarıartacağı için bu kayıpları düşükolan anahtarlar seçilmelidir.Sinüsoidal pals genişliğimodülasyonu yöntemi ile kontroledilen 1 fazlı gerilim kaynaklıPWM invertörün performansınıgösteren parametreler diğerdevrelerde olduğu gibi,1) Çıkış geriliminin etkin değeri,2) Çıkış akımının etkin değeri,3) Etkin çıkış gücü,4) Kaynak akımının ortalamadeğeri,5) Ortalama giriş gücü,6) Anahtar gerilimi,7) Anahtar akımı,hesaplanabilir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• 1) Çıkış geriliminin etkin değeri;• 1 fazlı gerilim kaynaklı invertörünSin-PWM kontrolunda, rezistifyükte oluşan çıkış gerilimi Şekil-7.80’de görüldüğü gibiolduğundan, etkin değeri deaşağıdaki gibi olacaktır.• 2) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı gerilim kaynaklı invertörünSin-PWM kontrolunda, rezistifyükte oluşan çıkış akımı Şekil-7.80’de görüldüğü gibiolduğundan, etkin değeri deaşağıdaki gibi olacaktır.VO(rms)Σk2= VmdtT∫ .2T/0/ 2=VSΣkIO(rms)T/ 2Σk2= ImdtT∫ .2/0=VSRΣk(Σ: Toplam)(Σ: Toplam)-V mπ 2ππV mI mV OωtI O-I m2πωtTTM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROL• 3) Etkin çıkış gücü;• Devrenin ortalama çıkış gücü,Po= Io . Vo• 4) Kaynak akımı ortalama değeri;• Kaynaktan çekilen akımın şekli,Şekil-7.81’deki gibi olduğuna göre,I mI SIS ( rms)Σk T/2kVSΣk= Imdt =T∫ ./ 2Reşitliğinden bulunabilecektir.π2π0ωt5) Ortalama giriş gücü;Kaynaktan çekilen ortalama girişgücü aşağıdaki gibi olacaktır.Ps= Is . Vseşitliğinden bulunabilecektir.6) Anahtar gerilimi,Anahtarın üzerine gelecek olangerilime göre,VT= 1,3 . Vm7) Anahtar akımı;olacaktır.Anahtarın üzerindeki akıma göre;IT= 1,3 . Im = 1,3 . Vm / RTM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI12

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROLÖrnek:a) 200Vdc şebekede %50 etkinperyotlu 5 palsli çok pals genişliğiyöntemiyle uyarmada çalıştırılan 1fazlı gerilim kaynaklı PWMinvertörün, 10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız. b) 200Vdc şebekede toplam %50etkin peryotlu 5 palsli sinüsoidalpals genişliği yöntemiyleuyarmada çalıştırılan 1 fazlıgerilim kaynaklı PWM invertörün,10Ω’luk rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Çok pals uyarmada çıkışgeriliminin etkin değeri,VO= VS . √kVO= 200 . √0,5 = 140VÇıkış akımının etkin değeri,I O = V O / R= 140 / 10I O = 14AEtkin çıkış gücü,P O = I O .V OP O = 14 . 140= 1,96kWKaynak akımının ortalama değeri,I S = Im . k= (VS / R) . kI S = (200 / 10) .0,5I S = 10AM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROLKaynaktan çekilen güç,Etkin çıkış gücü,Ps= Vs . Is = 200 . 10 = 2kWP O = I O .V OP O = 14 . 140= 1,96kWAnahtar (transistör) akımı,I T ≥ V m /R + %30Kaynak akımının ortalama değeri,I T ≥ (200 / 10) . 1,3 ≥ 26AI S = Im . k= (VS / R) . kI S = (200 / 10) .0,5Anahtar (transistör) gerilimi,I S = 10AV T ≥ 200 . 1,3 ≥ 260VKaynaktan çekilen güç,Ps= Vs . Is = 200 . 10 = 2kWb) Sinüsoidal PWM uyarmadaçıkış geriliminin etkin değeri,VO= VS.√(Σk)= 200.√0,5= 140VÇıkış akımının etkin değeri,I O = V O / R= 140 / 10I O = 14AAnahtar (transistör) gerilimi-akımı,V T ≥ 200 . 1,3 ≥ 260VI T ≥ (200 / 10) . 1,3 ≥ 26Aolarak bulunabilir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

VI – PWM ĐNVERTÖRLERDE ĐLERĐ KONTROLÖDEV-66.1) 300Vdc şebekede %50 etkin peryotlu 3 palsli çok pals genişliği yöntemiyleuyarmada çalıştırılan 1 fazlı gerilim kaynaklı PWM invertör, 7Ω’luk rezistif biryükü beslediğine göre,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.6.2) 100Vdc şebekede toplam %50 etkin peryotlu 3 palsli sinüsoidal palsgenişliği yöntemiyle uyarmada çalıştırılan 1 fazlı gerilim kaynaklı PWMinvertör, 13Ω’luk rezistif bir yükü beslediğine göre,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devreüzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15

Bölüm-7RezonanslıĐnvertörlerM.Necdet YILDIZ ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI 1

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• II – REZONANSLIĐNVERTÖRLER• Bilindiği gibi, PWM invertörlerdeistenilen çıkış akımını veyagerilimini elde edebilmek için güçanahtarları üzerlerindeki gerilimveya akım baskısı altındaanahtarlanmaktadır ki buanahtarlama türüne “SertAnahtarlama” denilmektedir.• Sert anahtarlama kullanıldığındagüç anahtarları yüksek di/dt vedv/dt ile karşı karşıyakalmaktadırlar.• Anahtarlar üzerinde oluşan bubaskı daha önce açıklananyöntemlerle yumuşatılmayaçalışılmaktadır.Đşte bu dezavantajlarıgiderebilmek için “RezonanslıĐnvertörler” üzerinde çalışılmıştır.Burada temel amaç güçanahtarlarını üzerlerindeki yüksekgerilim ve akım baskısındankurtarmak, güç anahtarlarınıgerilimin veya akımın sıfıradüştüğü yerlerde anahtarlamaktır.Daha önce de kısaca belirtildiğigibi rezonanslı invertörlerin,1) Seri rezonanslı,2) Paralel rezonanslı,olmak üzere iki temel türübulunmaktadır. Bu bölümde serive paralel rezonanslı invertörlersırayla incelenecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI2

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• 1) Seri Rezonanslı Đnvertörler;• Seri rezonanslı invertörler, aslındaseri RLC rezonans devresimantığı ile çalışan invertördevreleridir ve rezonans anındaen yüksek seviyede sinüsoidalakım osilasyonu oluşturmaktadır.• Bilindiği gibi seri rezonansdevrelerinde rezonans anında XLve XC birbirini sıfırlamakta geriyesadece R kalmaktadır. Yani devregösterebileceği en düşükempedansı göstermektedir.• Bu durumda invertör tarafındandevre üzerinde uygunanahtarlama yapıldığında devreüzerinde ideal sinüs akımoluşacaktır.Seri rezonanslı invertörlerkullanılarak 200Hz ile 100kHzaralığında sinüsoidal akımosilasyonları elde edilebilmektedir.Seri rezonanslı invertörderezonans anında akımınsinüsoidal olarak değişmesi vekendiliğinden sıfırdan geçişleringerçekleşmesi, anahtarkullanımında büyük kolaylık verahatlık getirmektedir.Bu sayede transistör, mosfet veIGBT’nin yanısıra tristörler bileinvertörde güç anahtarı olarakkullanılabilmektedir.Çıkış akımı sıfırdan geçerken güçanahtarı olarak kullanılan tristörkendiliğinden yalıtıma geçecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI3

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLERRÜCÜLER• Seri rezonanslı invetörler, tekyönlü veya çift yönlü anahtarlarkullanılarak, tek veya çift anahtar,yarım köprü ve tam köprü olarakyapılabilmektedir.Güç devresiUyarma dv.fIs+Vs-kM.Necdet YILDIZPWM+-T1D1T4D4R L CSürc-3SSürc-4SIoT3T4Sürc-1SSürc-2ST3D3T2D2T1T2ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIYan taraftaki Şekil-7.82’de çiftyönlü anahtar kullanılarakyapılmış olan tam köprü serirezonanslı invertör devresigörülmektedir.Şekilden görüldüğü gibi güç vekontrol devresi yapısı tamamen 1fazlı gerilim kaynaklı PWM invertöryapısının aynısıdır. Sadece yükolarak çıkışa bir seri LC devresibağlanmıştır.Çıkışta görülen R elemanı ise LCdevresinin istenmeyen direnciniifade edebildiği gibi dışarıdanbağlanan rezistif yükü de temsiledebilmektedir.Devrenin kontrolu da tamamenPWM invertörde olduğu gibiyapılmaktadır.4

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.83’de ise devrenin çalışmaperformansını gösteren temeldalga şekilleri verilmiştir. Şekildengörüldüğü gibi T1-T2 ve T3-T4anahtarları eş zamanlı olarakiletime alınmakta ve iletim sürelerikontrol edilebilmektedir.• Rezonans frekansında yapılan bukontrole bağlı olarak da çıkışabağlanmış olan seri rezonansdevresine istenilen seviyedegerilim aktarmak mümkün olmaktave bu sayede de rezonansfrekansında sinüsoidal bir çıkışakımı elde edilebilmektedir.• Kaynaktan çekilen akım da çıkışakımına bağlı olarak sinüsoidalformatta tam dalga doğrultulmuşgibi gerçekleşecektir.V mV S15VV t1t215VV t3t4V mV OV mV T1I mI Oπ2πT1-T2 T3-T4 T1-T2 T3-T4kkk= %100kk-V m-I mI mI SωtωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Seri rezonanslı invertörlerde yükbağlantısı yükün endüktif olmasıdurumunda Şekil-7.82’degösterildiği gibi seri RLC tipindebağlantı yapılabildiği gibi çıkışabaşka bir rezistif yük bağlanmasıgerektiği durumlarda Şekil-7.83’degörüldüğü gibi 3 farklı seçenekbulunmaktadır. Bunlar,+ Vo -1) Seri RLC2) Seri LC, paralel R3) Seri LC, paralel RC+ Vo -+ Vo -Sabit frekanslı ve sinüsoidalformatta akım gerekenuygulamalarda kullanılan 1 fazlıseri rezonanslı invertörün serirezistif yükte çalışırken diğer güçdevrelerinde olduğu gibi,1) Çıkış geriliminin etkin değeri,2) Çıkış akımının etkin değeri,3) Etkin çıkış gücü,4) Kaynak akımının ortalamadeğeri,5) Ortalama giriş gücü,6) Devrenin frekansı,7) Anahtar gerilimi,8) Anahtar akımı,hesaplanabilir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• 1) Çıkış geriliminin etkin değeri;• 1 fazlı seri rezonanslı invertörünrezistif yükte oluşan çıkış gerilimiŞekil-7.83’de görüldüğü gibiolduğundan, çıkış geriliminin etkindeğer eşitliği,T / 2k 2O( rms)= Vm. dt =T / 2∫0V k.Volarak bulunabilecektir.S• 2) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı seri rezonanslı invertörünrezistif yükte oluşan çıkış akımıŞekil-7.84’de görüldüğü gibiolduğundan, çıkış akımının etkindeğer eşitliği,T2 / 202IO(rms)= [ Imsin( t)]. d(t)=T ∫olarak bulunabilecektir.Im2V mV Ok= %100kπ-V mT2ππ 2πI mωtkIωtO-I mTM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

• 3) Etkin çıkış gücü;VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Devrenin ortalama çıkış gücü,Po= Io . Vo• 4) Kaynak akımı ortalama değeri;• Kaynaktan çekilen akımın şekli,Şekil-7.85’deki gibi olduğuna göre,5) Ortalama giriş gücü;Kaynaktan çekilen ortalama girişgücü aşağıdaki gibi olacaktır.Ps= Is . Vs6) Devrenin frekansı,1 1 R2T2 / 22IIfo=fr=−2mIS ( rms)= Imsin( t).dt =2πL.C 4. LT∫π0eşitliğinden bulunabilecektir.π 2πVT= 1,3 . VmI IT= 1,3 . Im = 1,3 . Vm m/ RI ωtSolacaktır.7-8) Anahtar gerilimi ve akımı,Üzerindeki akım ve gerilime göre,TM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• 2) Paralel RezonanslıĐnvertörler;• Paralel rezonanslı invertörler,aslında paralel RLC rezonansdevresi mantığı ile çalışan invertördevreleridir ve rezonans anındaen yüksek seviyede sinüsoidalgerilim osilasyonu oluşturmaktadır.• Bilindiği gibi paralel rezonansdevrelerinde rezonans anında XLve XC sonsuza doğru gitmektegeriye sadece R kalmaktadır. Yanidevre gösterebileceği en yüksekempedansı göstermektedir.• Bu durumda invertör tarafındandevre üzerinde uygunanahtarlama yapıldığında devreüzerinde ideal sinüs gerilimoluşacaktır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIParalel rezonanslı invertörlerkullanılarak 200Hz ile 100kHzaralığında sinüsoidal gerilimosilasyonları elde edilebilmektedir.Paralel rezonanslı invertörderezonans anında geriliminsinüsoidal olarak değişmesi vekendiliğinden sıfırdan geçişleringerçekleşmesi, anahtarkullanımında büyük kolaylık verahatlık getirmektedir.Bu sayede transistör, mosfet veIGBT gibi güç anahtarları sıfırgerilimde anahtarlanabilmektedir.Bu invertörler genellikle yüksekvoltajlı dc iletim hatlarının (HVDC)oluşturulması ve yüksek frekansuygulamalarında kullanılmaktadır.9

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Paralel rezonanslı invetörler, tekyönlü güç anahtarları kullanılarak,simetrik veya tam köprü olarakyapılabilmektedir.IsLs+Vs-M.Necdet YILDIZT1CL1L2T2PWMLof+Vo-kRLĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIYandaki Şekil-7.86’da simetrikyapılı paralel rezonanslı invertördevresi görülmektedir.Şekilden görüldüğü gibi güçdevresi girişine Is akımlı bir akımkaynağı bağlanmış durumdadır.Paralel rezonans devresi ise ortauçlu bir transformatörün primerdevresinde oluşturulmuştur.Orta uçtan giren kaynak akımıpush-pull çalıştırılan T1 ve T2transistörlerinin iletim durumunagöre L1 veya L2 üzerindenakmaktadır.Devrenin çıkışı ise Lo sekonderbobini üzerinden alınmaktadır.Kontrolu kolay olan bu devreözellikle fluoresant lamba kontroluvb. işler için kullanılmaktadır.10

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.87’de ise devrenin çalışmaperformansını gösteren temeldalga şekilleri verilmiştir. Şekildengörüldüğü gibi T1 ve T2anahtarları pushpull (ters zamanlı)olarak iletime alınmakta ve iletimsüreleri kontrol edilebilmektedir.• Rezonans frekansında yapılan bukontrole bağlı olarak da çıkışabağlanmış olan paralel rezonansdevresine en yüksek seviyedeakım aktarmak mümkün olmaktave bu sayede de rezonansfrekansında sinüsoidal bir çıkışgerilimi elde edilebilmektedir.• Kaynaktan çekilen akım invertörkontroluna bağlı olarak sürekli vesabit olmak durumundadır vedeğişmeyecektir.π 2πI mT1-T2 T3-T4 T1-T2 T3-T4I S15VkV t115VkV t2V mI O-V mV mI T1V mV O-V mωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Paralel rezonanslı invetörler, tekyönlü güç anahtarları kullanılarak,simetrik veya tam köprü olarakyapılabilmektedir.LIsGüç DevresiUyr. DevresifT1D1+Vs- IokM.Necdet YILDIZ+-PWMT4D4+-+ Vo -RLCT2T4T3D3T2D2T1T3ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARIYandaki Şekil-7.88’de tam köprüyapılı paralel rezonanslı invertördevresi görülmektedir.Şekilden görüldüğü gibi güçdevresi girişine Is akımlı bir akımkaynağı bağlanmış durumdadır.Paralel rezonans devresi ise köprüinvertör çıkışına yük olarak veyayükle birlikte bağlanmıştır.Akım kaynağından gelen kaynakakımı push-pull çalıştırılan T1-T2ve T3-T4 transistörlerinin iletimdurumuna göre paralel rezonansdevresine aktarılmaktadır.Daha çok HVDC vb. uygulamadakullanılan devrenin çıkışı şekildegörüldüğü gibi doğrudan veya Lbobini transformatör yapılaraksekonderinden alınabilmektedir.12

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Şekil-7.89’da ise devrenin çalışmaperformansını gösteren temeldalga şekilleri verilmiştir. Şekildengörüldüğü gibi T1-T2 ve T3-T4anahtarları pushpull (ters zamanlı)olarak iletime alınmakta ve iletimsüreleri kontrol edilebilmektedir.• Rezonans frekansında yapılan bukontrole bağlı olarak da çıkışabağlanmış olan paralel rezonansdevresine istenilen seviyede akımaktarmak mümkün olmakta ve busayede de rezonans frekansındasinüsoidal bir çıkış gerilimi eldeedilebilmektedir.• Kaynaktan çekilen akım invertörkontroluna bağlı olarak sürekli vesabit olmak durumundadır vedeğişmeyecektir.I mI S15VV t115VV t315VV t215VV t4I mI OT1T2kT1T4πkT3T4kT3T22πkT1T2T1T4T3T4T3T2ωtωtωtωtωtωt-I mωtV OV mM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Paralel rezonanslı invertörlerdeŞekil-7.88’de görüldüğü gibi birakım kaynaklı köprü invertörkullanılabildiği gibi indüksiyonlaısıtma vb. gibi bazı uygulamalardaaşağıdaki Şekil-7.90’da görüldüğügibi gerilim kaynaklı köprübağlantısı da kullanılabilmektedir.Is+Vs-T1D1T4D4Io+ Vo -RLCT3D3T2D2Sabit frekanslı ve sinüsoidalformatta gerilim gerekenuygulamalarda kullanılan 1 fazlıparalel rezonanslı invertörünparalel rezistif yükte çalışırkendiğer güç devrelerinde olduğu gibi,1) Çıkış akımının etkin değeri,2) Çıkış geriliminin etkin değeri,3) Etkin çıkış gücü,4) Kaynak akımının ortalamadeğeri,5) Ortalama giriş gücü,6) Devrenin frekansı,7) Anahtar gerilimi,8) Anahtar akımı,hesaplanabilir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• 1) Çıkış akımının etkin değeri;• 1 fazlı paralel rezonanslıinvertörün rezistif yükte oluşançıkış gerilimi Şekil-7.91’degörüldüğü gibi olduğundan, çıkışakımının etkin değer eşitliği,T / 2k 2O( rms)= Vm. dt =T / 2∫0V k.Volarak bulunabilecektir.S• 2) Çıkış geriiminin etkin değeri;• 1 fazlı paralel rezonanslıinvertörün rezistif yükte oluşançıkış gerilimi Şekil-7.92’degörüldüğü gibi olduğundan, çıkışgeriliminin etkin değer eşitliği,T2 / 202VO(rms)= [ Vmsin( t)]. d(t)=T ∫olarak bulunabilecektir.Vm2π2ππ2πI mI OωtV mV Oωt-I m-V mTTM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• 3) Etkin çıkış gücü;• Devrenin ortalama çıkış gücü,Po= Io . Vo• 4) Kaynak akımı ortalama değeri;• Kaynaktan çekilen akımın şekli,Şekil-7.93’deki gibi olduğuna göre,Is(ort) = Im5) Ortalama giriş gücü;Kaynaktan çekilen ortalama girişgücü aşağıdaki gibi olacaktır.Ps= I²s . Z6) Devrenin frekansı,fo=fr=121−122 πL .C4.RC2I mI Seşitliğinden bulunabilecektir.π2πωt7-8) Anahtar gerilimi ve akımı,Üzerindeki akım ve gerilime göre,VT= 1,3 . VmIT= 1,3 . Im = 1,3 . Vm / Rolacaktır.TM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI16

Örnek:VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLERa) 200Vdc şebekede, %100 etkinperyotlu uyarmada, 20µH bir bobin2,5µF bir kondansatör kullanılarakçalıştırılan 1 fazlı seri rezonanslıinvertörün, 10Ω’luk seri bağlırezistif bir yükü beslediğindeoluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.b) 50Adc şebekede, %100 etkinperyotlu uyarmada, 20µH bir bobin2,5µF bir kondansatör kullanılarakçalıştırılan, 1 fazlı paralelrezonanslı invertörün, 10Ω’lukparalel bağlı rezistif bir yükübeslediğinde oluşacak tüm devreparametrelerini hesaplayınız.Çözüm:a) Seri rezonanslı invertörünparametreleri,• Çıkış geriliminin etkin değeri,VO ( rms)= k.VS= 1.200 = 200V• Çıkış akımının etkin değeri,I m = V s / R= 200 / 10I m = 20AIm20IO( rms)= = = 14, 18A2 2• Etkin çıkış gücü,P O = I O .V OP O = 14,18 . 200= 2,83kWM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI17

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLER• Kaynaktan çekilen akım,Is= Vs . Is = 200 . 10 = 2kW2Im2.20IS ( rms)= = 12, 73A3,14• Kaynaktan çekilen ortalama güç,Ps= Vs . Is = 200 . 12,73 = 2,54kW• Devrenin çalışma frekansı,fo=fr= π211R=−2πL.C 4. L• fo ≈ 20kHz• Anahtar (transistör) akımı,I T ≥ V m /R + %30I T ≥ (200 / 10) . 1,3 ≥ 26A• Anahtar (transistör) gerilimi,V T ≥ 200 . 1,3 ≥ 260V2b) Paralel rezonanslı invertör,• Çıkış akımının etkin değeri,IO( rms)= k . IS= 1.50 = 50A• Çıkış geriliminin etkin değeri,V m = I s . R= 50 . 10= 500VVm500VO ( rms )= = = 354, 6V2 2• Etkin çıkış gücü,P O = I O .V OP O = 50 . 354,6= 17,73kW• Kaynaktan çekilen ortalama güç,Ps= I²s . R= 50² . 10 = 25kW• Devrenin çalışma frekansı,fo=fr=12πfo ≈ 20kHz1L.C1−24. R C2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI18

VII – REZONANSLI ĐNVERTÖRLERÖDEV-77.1) 500Vdc kaynakta, %100 etkin peryotlu uyarmada, 200µH bir bobin 25µF birkondansatör kullanılarak çalıştırılan 1 fazlı seri rezonanslı invertör, 10Ω’luk seribağlı rezistif bir yükü beslediğine göre,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.7.2) 30Adc kaynakta, %100 etkin peryotlu uyarmada, 100µH bir bobin 0,5µF birkondansatör kullanılarak çalıştırılan 1 fazlı paralel rezonanslı invertörün, 10Ω’lukparalel bağlı rezistif yükü beslediğine göre,a) Devre şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre temel parametreleri hesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI19

Bölüm-8StatikAnahtarlarM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI1

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• GĐRĐŞ:• Elektrik-Elektronik alanındakullanılmakta olan anahtarlar,daha önce de belirtildiği gibi,1- Mekanik anahtarlar,2- Elektromekanik anahtarlar,3- Yarıiletken anahtarlar.• Bilindiği gibi GüçElektroniğinde yarıiletkenanahtarlar kullanılarak,1- AC/DC dönüştürücüler,2- AC/AC dönütürücüler,3- DC/DC dönüştürücüler,4-DC/AC dönüştürücüler,olarak isimlendirilen tüm temelgüç dönüşümleri kolaylıklagerçekleştirilebilmektedir.• “Statik Anahtarlar”, temel güçdönüştürücü devrelerin, güçdönüşümü için değil de sadeceenerjinin anahtarlaması (açılıpkapatılması) amacıylakullanılmak istenmesisonucunda ortaya çıkmış vegünümüzde endüstride çokyaygın olarak kullanılmaktaolan bir güç elektroniğiuygulama alanıdır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI2

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• Statik anahtarlar, mekanikanahtarlar veya röle vekontaktör gibi elektromekanikanahtarlar yerine kullanılmaktaolan yarıiletken anahtargruplarıdır.• Bu yarıiletken anahtar grupları,bazen bir kontrollu doğrultucudevresi, bazen bir AC kıyıcıdevresi, bazen de bir DC kıyıcıdevresi olabilmektedir.• Fakat bu devreler statikanahtar olarak çalıştırıldıklarızaman asli görevlerini yapmazsadece basit anahtar olurlar.• Statik anahtarları,1- AC anahtarlar,a) 1 fazlı anahtarlar,b) 3 fazlı anahtarlar,2- DC anahtarlar,3- Yarıiletken röleler (SSR),olarak 3 ana grup altındatoplamak mümkündür.• Bu bölümde yukarıda belirtilenstatik anahtar türleri, kullanımıve diğer anahtar türlerine göreavantaj ve dezavantajlarıayrıntısıyla incelenecektir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI3

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• 1a- Bir Fazlı AC StatikAnahtarlar;• Bir fazlı AC statik anahtar,aşağıdaki Şekil-8.1’degörüldüğü gibi, aslında 1 fazlıaçma-kapama kontrollu ACkıyıcı devresinden başka birdevre değildir.IsT1T2AnahtarT1T2IoYÜKSync+-ĐğnePalsÜreteciĐzinAçmaKapamaKontroluα= 0Sabit• Şekil-8.1’de görülen devre,daha önceden de açıklandığıgibi yüksek güçler içinkullanılmaktadır. Düşük ve ortagüçlerde ise tristörler yerinetek bir triyak kullanılması veiğne palse gerek kalmadandoğrudan kare dalga ile kontroledilmesi daha uygunolmaktadır.• Devrenin çalışması ise,uyarıldığı sürece kaynağıdoğrudan yüke bağlanması,uyarı kesildiğinde ise kaynağınyükten ayrılması şeklindedir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• Şekil-8.1’de gösterilendevrenin çalışma dalgaşekilleri Şekil-8.2’degörülmektedir.• Şekil-8.2’den görüldüğü gibistatik anahtar devresiuyarıldığında kaynakgeriliminin genlik ve frekansınadokunmadan yüke aktarmakta,uyarı kesildiğinde ise kaynaklayük arasındaki bağlantıyıkoparmaktadır.• Bu durumda devre normal birmekanik veya elektromekanikanahtar gibi çalışmaktadır.V mV SV ĐZĐNon offV mV OV mI mV TI S,T,OωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• Şekil-8.2’deki dalga şekillerinegöre statik anahtar devresiyleilgili bazı temel parametreleraşağıdaki gibi olacaktır.• 1) Çıkış gerilimi;Vo= Vs• 2) Çıkış akımı;Io= Vo/R• 3) Kaynak akımı;Is= Io• 4) Anahtar gerilimi;Vt= 1,3 x Vm• 5) Anahtar akımı;It= 1,3 x Im.• Mekanik veya elektromekanikanahtar kullanımı yerine statikanahtar kullanımı sayesinde,1- Daha hızlı,2- Daha sessiz,3- Daha güçlü,4- Daha küçük boyutlu,5- Daha hafif,6- Daha ucuz,7- Daha kolay kontrol edilebilir,8- Peryodik bakımgerektirmeyen,bir anahtarlama yapılmasınısağlamaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

• 1b- Üç Fazlı AC StatikAnahtarlar;• Üç fazlı AC statik anahtar,aşağıdaki Şekil-8.3’de görüldüğügibi, aslında 3 fazlı açma-kapamakontrollu AC kıyıcı devresindenbaşka bir devre değildir.NVanVbnVcn- Vs +M.Necdet YILDIZIsABCT1T3T5VIII – STATĐK ANAHTARLART4T6T2RaIoRb+ Vo -RcGüç Devr.• Şekil-8.3’de görülen devre, yüksekgüçlerde kullanılmakta olup düşükve orta güçlerde ise tristörleryerine triyak kullanılması ve iğnepalse gerek kalmadan doğrudankare dalga ile kontrol edilmesidaha uygun olmaktadır.Uyarma Devr.T4T3T6T5T2ĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARISync-A+-Sync-B+-Sync-C+-Đzinα= 0ºsabitAnahtarKontrolDevresi(analoglojikµC vb.)7

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• Şekil-8.3’de gösterilendevrenin 1 fazının çalışmadalga şekilleri Şekil-8.4’degörülmektedir.• Şekil-8.4’den görüldüğü gibistatik anahtar devresiuyarıldığında kaynakgeriliminin genlik ve frekansınadokunmadan yüke aktarmakta,uyarı kesildiğinde ise kaynaklayük arasındaki bağlantıyıkoparmaktadır.• Bu durumda devre normal birmekanik veya elektromekanikanahtar gibi çalışmaktadır.V mV AV ĐZĐNon offV mV RaV mI mV TI A,TωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

• Şekil-8.4’deki dalga şekillerinegöre statik anahtar devresiyleilgili bazı temel parametreleraşağıdaki gibi olacaktır.• 1) Çıkış gerilimi;Vo(faz)= Vs(faz)Vo(hat)= Vs(hat)• 2) Çıkış akımı;Io= Vo/R• 3) Kaynak akımı;Is= Io• 4) Anahtar gerilimi;Vt= 1,3 x Vm• 5) Anahtar akımı;It= 1,3 x Im.M.Necdet YILDIZVIII – STATĐK ANAHTARLAR3 fazlıkaynakĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI• Aşağıdaki Şekil-8.5’de üç fazlıstatik anahtarlar grubunun, 3 fazlıbir asenkron motorun devir yönüdeğişiminde kullanılmasıgörülmektedir. Şekilde görülen1-2-3 numaralı anahtarlaruyarıldığında motor ileri, 3-4-5numaralı anahtarlar uyarıldığındaise motor geriye dönecektir.S1S2S3S4S53 fazlıASM9

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• 2- DC Statik Anahtarlar;• DC statik anahtar, aşağıdakiŞekil-8.6’da görüldüğü gibi,aslında daha önce açıklananazaltan tip (A sınıfı) DC kıyıcıdevresinden başka bir devredeğildir.KYNKontrolAnahtarYÜK• Şekil-8.6’de görülen devre,daha önceden de açıklandığıgibi düşük güçler içinkullanılmaktadır. Orta veyüksek güçlerde ise transistöryerine mosfet ve/veya IGBTkullanılması ve doğrudan karedalga ile kontrol edilmesi dahauygun olmaktadır.• Devrenin çalışması ise, ACanahtarlarda olduğu gibi,uyarıldığı sürece kaynağıdoğrudan yüke bağlanması,uyarı kesildiğinde ise kaynağınyükten ayrılması şeklindedir.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• Şekil-8.6’da gösterilendevrenin çalışma dalgaşekilleri Şekil-8.7’degörülmektedir.• Şekil-8.7’den görüldüğü gibistatik anahtar devresiuyarıldığında kaynakgeriliminin genlik ve frekansınadokunmadan yüke aktarmakta,uyarı kesildiğinde ise kaynaklayük arasındaki bağlantıyıkoparmaktadır.• Bu durumda devre normal birmekanik veya elektromekanikanahtar gibi çalışmaktadır.V mV SV kont.on offV mV OV mI mV TI S,T,OωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• Şekil-8.7’deki dalga şekillerinegöre statik anahtar devresiyleilgili bazı temel parametreleraşağıdaki gibi olacaktır.• 1) Çıkış gerilimi; Vo= Vs• 2) Çıkış akımı; Io= Vo/R• 3) Kaynak akımı; Is= Io• 4) Anahtar gerilimi; Vt= 1,3 x Vm• 5) Anahtar akımı; It= 1,3 x Im.• Şekil-8.8’de görülen 1-2 numaralıanahtarlar uyarıldığında motorileri, 3-4 uyarıldığında ise motorgeriye dönecektir.+Vs-KYNIsS1S4DCMOTORS3S2• Yandaki Şekil-8.8’de DC statikanahtar grubunun, sabitmıknatıslı sabit mıknatıs bir DCmotorun yönü değişimindekullanılması görülmektedir.Güç devresiUyarma dv.YönKontrolBilgisiLojikGeriĐleriSürc-3OSürc-4OT3T4Sürc-1OSürc-2OT1T2M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI12

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• 3- Yarıiletken Röleler(Solid State Relays – SSR);• Yarı iletken röleler aslında statikanahtarlardan çok farklı değildir.Bilindiği gibi ektromekanikanahtarlar olan röle vekontaktörlerin 2 önemli fonksiyonuvardır. Bunlar,1- Küçük güçlü kontrol yüksekgüçte anahtarlama,2- Kontrol devresi ile güç devresiniyalıtmadır.• Bu özelliklerin aynısını sağlamakiçin uygun statik anahtarlaryalıtılarak uyarılacak hale getirilipve bir modül gibi paketlenerek yarıiletken röle yapısı (SSR) eldeedilmektedir.• Yarı iletken röleler tıpkı statikanahtarlar gibi AC ve DColarak 2 türde yapılmaktadır.• Aşağıdaki Şekil-8.9’da modülyapısında bir DC-SSR devresigörülmektedir.+-KONTROLDC - SSRÇIKIŞ+-M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

VIII – STATĐK ANAHTARLAR• Aşağıdaki Şekil-8.10’da isetriyak ve optik iletici(optocoupler) kullanılarakyapılmış olan modül yapısındabir AC yarıiletken röle (SSR)devresi görülmektedir.+KONTROLAC - SSRÇIKIŞ• Şekil-8.9 ve Şekil-8.10’dangörülebildiği gibi, he DC yarıiletken röle yapısında hem deAC yarıiletken röle yapısında,güç anahtarı ile onu yalıtaraksüren devre aynı kılıf içineyerleştirilmiş ve aşğaıdakiŞekil-8-11’de görüldüğü gibihazır paket halinde kullanımasürülmüştür.-M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

VIII – STATĐK ANAHTARLARÖDEV-88.1) Uygun statik anahtarlar kullanılarak, 220V/380V-50Hz şebekede çalışan 3 fazlı10hp bir asenkron motorun yön kontrolu yapılmak istenmektedir. Buna göre,a) Kurulması gereken devrenin şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilimyönlerini devre üzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre statik anahtarların akım-gerilim değerlerinihesaplayınız.8.2) Uygun statik anahtarlar kullanılarak, 200V dc şebekede çalışan 10hp, yabancıuyartımlı bir dc motorun yön kontrolu yapılmak istenmektedir. Buna göre,a) Kurulması gereken devrenin şemasını tam olarak çiziniz, akım ve gerilimyönlerini devre üzerinde gösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Çizilen dalga şekillerine göre statik anahtarların akım-gerilim değerlerinihesaplayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15

Bölüm-9EndüstriyelGüç KaynaklarıM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI1

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI• GĐRĐŞ:• Endüstriyel uygulamalarda,çeşitli yüklerin, devrelerin vesistemlerin beslenmesindeEndüstriyel Güç Kaynaklarıkullanılmaktadır.• Endüstriyel güç kaynaklarındaaranan genel özellikler,1- Kaynakla yük arasındayalıtım sağlaması,2- Yüksek güçlerde, yüksekverim, düşük boyut ve düşükağırlığa sahip olmaları,3- Düzgün giriş ve çıkış dalgaşekillerine sahip olmaları,4- Gerektiğinde güç akışyönünün kontrol edilebilirolması,5- Güç katsayısının kontroledilebilir olmasıdır.• Endüstriyel güç kaynaklarını ikitemel grup altında toplamakmümkündür. Ayrıntısıylaincelenecek olan bu gruplar,1- DC güç kaynakları,2- AC güç kaynaklarıdır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI2

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI• 1) DC Güç Kaynakları;• DC güç kaynakları temelolarak, daha önceden DC-DCdönüştürücüler konusundabirinci türü kısaca açıklanan“Anahtarlamalı Regülatörler”inikinci türü olan “PrimerdenAnahtarlamalı Regülatör”yapısıdır.• Bu yapıda yüksek frekanslı,dolayısıyla da gücüne göreküçük boyutlu bir transformatörgerilim dönüştürme ve yalıtmaelemanı olarakkullanılmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI• DC güç kaynaklarının 3 türübulunmaktadır. Bunlar,a- Anahtarlamalı (primerden) dcgüç kaynakları,b- Rezonaslı dc güç kaynakları,c- Çift yönlü dc güç kaynaklarıdır.• Bu türlerden en yaygın olarakkullanılanı birinci tür olananahtarlamalı (primerden) güçkaynaklarıdır. Bunlar, birden fazlave farklı seviyelerde regüleligerilim gereken her tür cihazda(örn. bilgisayar güç kaynağı) tercihedilmektedir.• Diğer dc güç kaynağı türleri isedaha özel kullanım alanlarınasahiptirler.3

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI• Aşağıdaki Şekil-9.1’de düşükgüçlerde kullanılabilecek (0-100W)olan tek anahtarlı bir primerdenanahtarlamalı DC güç kaynağınınprensip yapısı görülmektedir.• Şekilde görülen devrede anakaynak olarak 220Vac şebekekullanılmış ve devre çıkışından V1ve V2 olmak üzere 2 adet regüleliDC gerilim elde edilmektedir.220VacŞebekeRegülesiz DC giriş gerilimiVrRef.DmT1TRFS1S2Regüleli DC çıkışlarV1V2GNDÖnbeslemegerilimiÖrn.PWMÜreteciÖrnekleme gerilimiOptocouplerM.Necdet YILDIZCanlı YalıtılmışĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI4

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI• Şekil-9.1’de görülen devreninçalışması ise şöyledir;• Devrenin girişi için gerekli olan DCgerilim 220Vac şebeke doğrultulupfiltre edilerek elde edilmektedir.• Daha sonra bu DC gerilim yüksekfrekanslı (swich-mod)transformatörün primerineuygulanmakta ve primerin diğerucuna bağlanan bir transistör veyamosfet ile yüksek frekansta (20-40kHz) anahtarlanarak osilasyonoluşturulmaktadır.• Bu durumda transformatörünsekonder sargılarında dönüştürmeoranlarına bağlı olarak yüksekfrekanslı gerilimler indüklenecektir.• Bu gerilimlerin frekansı yüksekolduğu için yarım dalga doğrultupküçük bir kondansatörle filtreetmek yeterli olmaktadır.• Regülesyon için, çıkışta oluşangerilimlerden birisinden örnekalınarak optocoupler üzerindengirişteki PWM üretecine iletilmekteve burada örnek gerilim, referansgerilimle karşılaştırılarak uygunpals genişliği belirlenmekte ve T1transistörü uyarılmaktadır.• Çıkış gerilimi yükselmekistediğinde PWM pals genişliğidaraltılarak, tersi durumda dagenişletilerek çıkış gerilimlerininsabit kalması sağlanmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI5

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI• Aşağıdaki Şekil-9.2’de isedaha yüksek güçlerdekullanılan (≤500W) simetrikgirişli bir primerdenanahtarlamalı regülatör güçdevresi görülmektedir.DCGirişPWM1T1PWM2T2+Çıkış-1Çıkış-2GND• Şekil-9.2’den görüldüğü gibi,devrede primeri orta uçlu biryüksek frekanslı transformatörkullanılmıştır. Orta uca DC girişgeriliminin + ucu bağlanmış,diğer uçlara ise T1 ve T2anahtarları bağlanmıştır.• T1 ve T2 anahtarları 180derece faz farklı PWM-1 vePWM-2 sinyalleri ile kontroledilmekte ve sekonderdeistenilen gerilimler elde edilipdoğrultularak kullanılmaktadır.• Devrenin regülasyonu öncekidevrede olduğu gibi yapılır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI6

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI• Aşağıdaki Şekil-9.3’de ise kWseviyesindeki yüksek güçlerdegüçlerde kullanılan köprükontrollu bir primerdenanahtarlamalı regülatör güçdevresi görülmektedir.+Vs-T1T4T3T2+Vo-• Şekil-9.3’den görüldüğü gibi,devrede primeri tek sargılı biryüksek frekanslı transformatörkullanılmıştır. Primer uçları birtransistör köprüsünün (gerilimkaynaklı invertör) çıkışınabağlanmıştır.• T1-T2 ve T3-T4 anahtarları180 derece faz farklı PWM-1ve PWM-2 sinyalleri ile kontroledilmekte ve sekonderdeistenilen gerilimler elde edilipdoğrultularak kullanılmaktadır.• Devrenin regülasyonu, 9.1dekidevrede olduğu gibi yapılır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI7

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI• Aşağıdaki Şekil-9.4’de ise ortave yüksek güçlerde güçlerdekullanılan çift yönlü köprükontrollu bir primerdenanahtarlamalı regülatör güçdevresi görülmektedir.• Şekildeki motor çalıştırılmakistendiğinde INV-1 çalıştırılıp,INV-2 doğrultucu olarak kullanılır.Kaynak şarj edilmek istendiğindeise bu motor, jeneratör olarakçalıştırılıp ve INV-2 çalıştırılıpINV-1 doğrultucu olarak kullanılır.T1T3T5T7+Vs-INV-1INV-2+Vo-T4T2T8T6M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI8

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI 2) AC Güç Kaynakları; AC güç kaynakları temelolarak, DC güç kaynaklarıyapısındadır. Aralarındaki farkise çıkış geriliminin DC yerineAC olarak elde ediliyorolmasıdır. Tabii ki burada ACçıkış geriliminin frekansışebeke frekansı olmalıdır. Bu yapıda da yüksek frekanslı,dolayısıyla da gücüne göreküçük boyutlu bir transformatörgerilim dönüştürme ve yalıtmaelemanı olarak kullanılmaktadır.• AC güç kaynaklarının da 3 türübulunmaktadır. Bunlar,a- Anahtarlamalı (primerden) acgüç kaynakları,b- Rezonaslı ac güç kaynakları,c- Çift yönlü ac güç kaynaklarıdır.• Bu türlerden en yaygın olarakkullanılanı birinci tür olananahtarlamalı (primerden) dc güçkaynaklarıdır. Bunlar, bir veyabirden fazla ve farklı seviyelerdehem genlik hem frekans regüleliac gerilim elde edilmektedir.• Diğer ac güç kaynağı türleri isedaha özel kullanım alanlarınasahiptirler.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI9

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI Aşağıdaki Şekil-9.5’de düşükgüçlerde kullanılabilecek (0-100W)olan tek anahtarlı bir primerdenanahtarlamalı DC güç kaynağınınprensip yapısı görülmektedir.• Şekilde görülen devrede anakaynak olarak 220Vac şebekekullanılmış ve devre çıkışından V1ve V2 olmak üzere 2 adet regüleliAC gerilim elde edilmektedir.220VacŞebekeRegülesiz DC giriş gerilimiVrRef.DmT1TRFS1S2DüzgünACçıkışiçinFiltreDevresiV1V2GNDÖnbeslemegerilimiÖrn.PWMÜreteciÖrnekleme gerilimiOptocouplerM.Necdet YILDIZCanlı YalıtılmışĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI10

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI Şekil-9.5’de görülen devreninçalışması ise şöyledir; Devrenin girişi için gerekli olan DCgerilim 220Vac şebeke doğrultulupfiltre edilerek elde edilmektedir. Daha sonra bu DC gerilim istenilençıkış genliği ve frekansına göretasarlanmış olan transformatörünprimerine uygulanmakta veprimerin diğer ucuna bağlanan birtransistör veya mosfet ile istenilenfrekansta anahtarlanarak osilasyonoluşturulmaktadır. Bu durumdatransformatörün sekondersargılarında dönüştürme oranlarınabağlı olarak istenilen frekanslıgerilimler indüklenecektir.• Bu gerilimlerin şekilleri tam sinüsolmadığı için sekondere bağlananuygun ac filtrelerle sinüsedünüşüm sağlanır.• Regülesyon için, çıkışta oluşangerilimlerden birisinden örnekalınarak optocoupler üzerindengirişteki PWM üretecine iletilmekteve burada örnek gerilim, referansgerilimle karşılaştırılarak uygunpals genişliği belirlenmekte ve T1transistörü uyarılmaktadır.• Çıkış gerilimi yükselmekistediğinde PWM pals genişliğidaraltılarak, tersi durumda dagenişletilerek çıkış gerilimlerininsabit kalması sağlanmaktadır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI11

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI Aşağıdaki Şekil-9.6’da ise dahayüksek güçlerde kullanılan(≤500W) simetrik girişli birprimerden anahtarlamalıregülatör güç devresigörülmektedir.DCGirişPWM1T1PWM2T2+FFV1V2GND• Şekil-9.6’dan görüldüğü gibi,devrede primeri orta uçlu veistenen frekanslı transformatörkullanılmıştır. Orta uca DC girişgeriliminin + ucu bağlanmış,diğer uçlara ise T1 ve T2anahtarları bağlanmıştır.• T1 ve T2 anahtarları 180derece faz farklı PWM-1 vePWM-2 sinyalleri ile kontroledilmekte ve sekonderdeistenilen gerilimler elde edilipfiltrelenerek kullanılmaktadır.• Devrenin regülasyonu öncekidevrede olduğu gibi yapılır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI12

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI Aşağıdaki Şekil-9.7’de ise kWseviyesindeki yüksek güçlerdegüçlerde kullanılan köprükontrollu bir primerdenanahtarlamalı regülatör güçdevresi görülmektedir.+Vs-T1T4T3T2F+Vo-• Şekil-9.7’den görüldüğü gibi,devrede primeri tek sargılı biristenilen frekansa uyguntransformatör kullanılmıştır.Primer uçları bir transistörköprüsünün (gerilim kaynaklıinvertör) çıkışına bağlanmıştır.• T1-T2 ve T3-T4 anahtarları180 derece faz farklı PWM-1ve PWM-2 sinyalleri ile kontroledilmekte ve sekonderdeistenilen gerilimler elde edilipfiltrelenerek kullanılmaktadır.• Devrenin regülasyonu, 9.1dekidevrede olduğu gibi yapılır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI13

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI Aşağıdaki Şekil-9.8’de ise ortave yüksek güçlerde güçlerdedaha çok kullanılan yüksekfrekans geçişli bir primerdenanahtarlamalı regülatör güçdevresi görülmektedir.• Şekildeki INV-1 yüksek frekanstaçalışarak küçük boyutlu trafodangeçişi sağlamakta, trafo çıkışındaelde edilen yüksek frekanslı ACgerilim ise doğrultulup filtreedildikten sonra INV-2 ile şebekefrekans AC’ye dönüştürülmektedir.+Vs-T1T4T3INV-1T2T5YüksekFrekanslıTrafoT8T7INV-2T6ŞebekeFrekansındaÇalışanAC YükM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI14

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI KESĐNTĐSĐZ GÜÇ KAYNAKLARI; AC güç kaynaklarının en önemliuygulama alanlarından birisibilgisayar, test ve ölçüm cihazlarıvb. kritik ac yüklerin beslenmesiiçin kullanılmakta olan “KesintisizGüç Kaynakları (UPS)”dır. Kesintisiz güç kaynakları;1- Değişebilen şebeke gerilimindenkorunmak için,2- Değişebilen şebekefrekansından korunmak için,3- Şebeke kesintilerindenkorunmak için,4- Şebekeden gelen parazitlerdenkorunmak için kullanılmaktadır.• Kesintisiz güç kaynaklarının;1- Şebeke kesildiğinde devreyegiren (off-line),2- Sürekli devrede bulunan (online)olarak iki türü vardır.• Aşağıdaki Şekil-9.9’da off-line birUPS blok şeması görülmektedir.DoğrultucuAC-DCACŞebekeAküGrubuĐnvertörDC-ACoffS1-onStatikAnahtarS2-offKritik ACYükM.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI15

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARI Aşağıdaki Şekil-9.10’da iseşebeke gerilimi olsun veyaolmasın sürekli olarak devredeolan (on-line) bir kesintisiz güçkaynağının (UPS) temel blokşeması görülmektedir. Şekildenormal çalışma durumundakipozisyonlar belirtilmiştir.DoğrultucuAC-DCACŞebekeAküGrubuĐnvertörDC-AConS1-offStatikAnahtarS2-onKritik ACYük• Şekil-9.9’da görülen off-line UPSdevresinde, şebeke gerilimiolduğu sürece kritik yük doğrudanşebekeden beslenmekte, aynızamanda akü grubu da şarjedilmektedir. Şebeke kesildiğindeise statik anahtarlar pozisyondeğiştirmekte ve invertör çalışarakyükü beslemektedir.• Şekil-9.10’da görülen on-line UPSdevresinde ise şebeke gerilimiolsa da olmasa da invertördevrede kalarak temiz bir ACgerilimle yükü beslemektedir.• Devrede görülen S1 anahtarı isesadece UPS arızalandığında veyabakım sırasında “on” yapılır.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI16

IX – ENDÜSTRĐYEL GÜÇ KAYNAKLARIÖDEV-9• 9.1) Endüstriyel güç kaynaklarından,a- 220V-50Hz şebekeyle bağlantılı çalışacak, 1kW güce sahip, 220V-50Hz sabit ac çıkış gerilimi üretebilen bir kesintisiz güç kaynağıtasarlayarak prensip semasını tam olarak çiziniz.b- Devrenin çalışmasını ve devrede kullanılan elemanların görevlerinimaddeler halinde açıklayınız.• 9.2) Endüstriyel güç kaynaklarından,a- 220V-50Hz şebekede çalışacak, 1kW güce sahip, 100V-25V-12V dcçıkış gerilimleri üretebilen bir primer anahtarlamalı ve regüleliendüstriyel güç kaynağı tasarlayarak prensip semasını tam olarakçiziniz.b- Devrenin çalışmasını ve devrede kullanılan elemanların görevlerinimaddeler halinde açıklayınız.M.Necdet YILDIZĐLERĐ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERSNOTLARI17

Bölüm-10DC MotorSürücüler

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• GĐRĐŞ;• DC motor sürücüler, doğru akımmotorlarının etkin kontrolunusağlamak amacıyla, temel güçelektroniği devreleri kullanılarakgeliştirilmiş olan motor kontroldüzenekleridir. Bu sürücüler, dahaçok klasik DC motorlar olarakisimlendirilen,1- Sabit mıknatıs uyartımlı dcmotorların,2- Yabancı uyartımlı dc motorların,3- Seri uyartımlı dc motorların,kontrolunda kullanılmaktadır. Şöntve kompunt motorlar ise kontroliçin uygun değillerdir.• Bilindiği gibi motor kontroludenildiğinde 5 farklı kontrol alanıakla gelmektedir. Bu kontrolalanları;1- Yol verme,2- Hız kontrolu,3- Tork kontrolu,4- Yön kontrolu,5- Frenleme kontroludur.• Bu bölümde öncelikle DCmotorlarla ilgili temel kavram veeşitlikler kısaca hatırlatılacak,daha sonra da her üç tür motoriçin de sürücü yapıları, bağlantılarıve genel özellikleri ayrıntısıylaincelenecektir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 2

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• DC Motorların Temel Yapı,Karakteristik ve Eşitlikleri;• Şekil-10.1’den hareketle;1- Rotor gerilimi,• Kendileri pahalı ve uğraştırıcıolmalarına rağmen, kontrolleriucuz ve kolay olan doğru akımmotorlarının en temel türü yabancıuyartımlı motorun temel bağlantısıve parametreleri aşağıdaki Şekil-10.1’de görülmektedir.VaIaVfRfIfLfRa+Ea-ωTdJBTLVa= Ia.Ra+Ea2- Rotorda indüklenen zıt gerilim,Ea= k.If.ω3- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= If.Rf4- Motorun ürettiği tork (moment),Td= k.If.Iaveya,Td= B.ω+TL5- Motorun ürettiği güç,Pd= Td.ω6- Motor hızı,ω= (Va-Ia.Ra) / (k.If) yazılabilir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 3

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Yabancı uyartımlı motor dışındayine kontrol için uygun olan ve pekçok yerde yaygın olarakkullanılmakta olan sabit mıknatısuyartımlı ve seri uyartımlımotorların bazı eşitlikleri deaşağıda gösterildiği gibidir.• Seri uyartımlı motorda,1- Rotor gerilimi,Va= Ia.Ra.Rf+Ea2- Rotorda indüklenen zıt gerilim,Ea= k.Ia.ω3- Motor hızı,ω= (Va-Ia.Ra.Rf) / (k.Ia)NOT: Diğer parametreler yabancıuyartımlı motorun eşitlikleri ileaynıdır.• Sabit mıknatıs uyartımlı motorda,1- Rotor gerilimi,Va= Ia.Ra+Ea2- Rotorda indüklenen zıt gerilim,Ea= k.Φ.ω3- Motor hızı,ω= (Va-Ia.Ra) / (k.Φ)NOT: Diğer parametreler yabancıuyartımlı motorun eşitlikleri ileaynıdır.• Yukarıda verilen eşitliklerkullanılarak bu motorlarla ilgilitemel hesaplamalar kolaylıklayapılabilmektedir.• Ayrıca motoru kontrol etmek içinkullanılacak sürücü ile ilgilideğerler de buradan bulunabilir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 4

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• DC Motor Sürücü Devreleri;• DC motor sürücü devrelerini,1- Kontrollu doğrultuculu dcsürücüler,2- DC kıyıcılı dc sürücüler,olmak üzere 2 temel gruptatoplamak mümkündür.• AC şebeke geriliminin olduğuyerlerde motoru kontrol etmek içingerekli olan ayarlı DC gerilimkontrollu doğrultucular yardımıylaAC şebekeden sağlanır.• AC şebekenin olmadığı yerlerdeveya seyyar ortamlarda ise buayarlı gerilim herhangi bir DCkaynaktan DC kıyıcılarla sağlanır.• 1- Kontrollu doğrultuculu DCsürücüler;Kontrollu doğrultuculu dc sürücüdevrelerini,1- Bir fazlı dc sürücüler,2- Üç fazlı dc sürücüler,olmak üzere iki temel grup altındatoplamak mümkün olmaktadır.• 8-10kW seviyelerine kadar olandüşük güçlü motorlarda 1 fazlıkontrollu doğrultuculu sürücüler,bunun üzerindeki güçlerde ise 3fazlı kontrollu doğrultuculu sürücüdevreleri kullanılmaktadır.• Bu devrelerin kullanımı her üçmotor türü için incelenecektir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 5

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• 1a) Bir fazlı dc sürücüler;• Düşük güçlü dc motorlarınkontrolunda kullanılan bir fazlı dcdürücülerin 4 farklı türübulunmaktadır. Bunlar,1) Yarım dalga sürücü,2) Tam dalga yarım kontrollu sür.3) Tam dalga tam kontrollu sür.4) Tam kontrollu çiftli sürücüdür.• Yan taraftaki Şekil-10.2’deyabancı uyartımlı bir motorun birfazlı yarım dalga sürücü ile hemanma hızının altında hem deanma hızının üstünde kontrolununsağlanabileceği sürücü devresininprensip şeması görülmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi motorunhem rotor sargısı hem de statorsargısı ayrı ayrı 1 fazlı yarım dalgadoğrultucular kullanılarakbeslenmiştir.• Doğrultucu-1 kullanılarak motoranma hızının altındaki hızlarda,doğrultucu-2 kullanılarak da anmahızının üstündeki hızlarda kontroledilebilmektedir.VsαaD11F Yarım Dalga Doğr.1F Yarım Dalga Doğr.αfD2RfLfRaEaM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 6

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.2’de görülen sürücüdevresi kullanılarak motora, yolvermek, hız ve tork kontroluyapmak ve ayrıca “Dm” diyodukaldırılarak re-jeneratif frenlemekontrolu yapılabilir.• Bu sürücü kullanılarakyapılamayacak tek kontrol yönkontroludur ki bilindiği gibi dcmotorlarda yön kontrolu için rotorveya stator sargılarındanbirisinden geçen akımın yönünüdeğiştirmek gerekmektedir.• Yan taraftaki Şekil-10.3’de ise 1fazlı yarım dalga sürücünün rotordevresinin temel dalga şekillerigörülmektedir.α π 2π αV3π 4πmV mV SV OV mV TI OI mI mI S,TI mI DmωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 7

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.3’de verilen temel dalgaşekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= Vm.(1+cosα) / 2π2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= Vm.(1+cosα) / 2π3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Uyarma (stator) akımı,If= Vf / Rf5- Kaynaktan çekilen akım,Is= Ia.√[(π-α)/2π]6- Güç katsayısı,cosφ= P / Scosφ= Va.Ia / Vs.Is ‘den bulunur.• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresinekontrollu doğrultucu yerinekontrolsuz doğrultucu bağlanmalı.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi kontrolsuz, stator devresiise kontrollu doğrultucu üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 8

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.4’de ise yabancı uyartımlıbir motoru süren, tam dalga yarımkontrollu sürücü prensip şemasıgörülmektedir. Sadece 1. bölgedeçalışan bu sürücü kullanılarak yönve frenleme kontrolları dışındakikontrol işlemleri gerçekleştirilebilir.• Yan taraftaki Şekil-10.5’de de budevrenin çalışmasını gösterentemel dalga şekilleri verilmiştir.1F Yarım Kont. Doğr.V mV SV OV mV mV TI mI Sαπ 2π 3π 4πωtωtωtωtVsαaD11F Yarım Kont. Doğr.RfD2LfαfRaEaI mI OI mI D-TωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 9

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.5’de verilen temel dalgaşekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= Vm.(1+cosα) / π2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= Vm.(1+cosα) / π3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Uyarma (stator) akımı,If= Vf / Rf5- Kaynaktan çekilen akım,Is= Ia.√[(π-α)/π]6- Güç katsayısı,cosφ= P / Scosφ= Va.Ia / Vs.Is ‘den bulunur.• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresinekontrollu doğrultucu yerinekontrolsuz doğrultucu bağlanmalı.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi kontrolsuz, stator devresiise kontrollu doğrultucu üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 10

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.6’da ise yabancı uyartımlıbir motoru süren, tam dalga tamkontrollu sürücü prensip şemasıgörülmektedir. 1. ve 2. bölgelerdeçalışan bu sürücü kullanılarak yönkontrolu dışındaki tüm kontrolişlemleri gerçekleştirilebilir.V mV SV OV mαπ 2π 3π 4πωtωt• Yan taraftaki Şekil-10.7’de de budevrenin çalışmasını gösterentemel dalga şekilleri verilmiştir.1F Tam Kont. Doğr.V mV T1I mI SωtωtVsαaD11F Yarım Kont. Doğr.αfD2RfLfRaEaI mI OI mI T1ωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 11

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.5’de verilen temel dalgaşekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= 2.Vm.cosα / π2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= 2.Vm.(1+cosα) / π3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Uyarma (stator) akımı,If= Vf / Rf5- Kaynaktan çekilen akım,Is= Ia6- Güç katsayısı,cosφ= P / Scosφ= Va.Ia / Vs.Is ‘den bulunur.• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresinekontrollu doğrultucu yerinekontrolsuz doğrultucu bağlanmalı.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi kontrolsuz, stator devresiise kontrollu doğrultucu üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 12

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.8’de yabancı uyartımlı birmotoru süren, tam dalga tamkontrollu çiftli sürücü devresininprensip şeması görülmektedir.Tüm bölgelerde çalışan bu sürücükullanılarak motorun yol verme,hız kontrolu, tork kontrolu, yönkontrolu ve frenleme kontroluolmak üzere tüm kontrolları rotordevresinden gerçekleştirilebilir.+2 adet 1F Tam Kontrollu Doğrultucu-• Şekil-10.8’den görüldüğü gibiyabancı uyartımlı motorun rotordevresi çiftli doğrultucu üzerinden,stator devresi ise tam dalga yarımkontrollu doğrultucu üzerindenbeslenmektedir.• Rotoru besleyen “D1p” aktifyapıldığına motor saat yönünde,“D2n” aktif yapıldığında ise motorsaatin tersi yönünde dönecektir.Vsαa1D1p1F Yarım Kont. Doğr.RfD3αfLfRaEaD2nαa2VsM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 13

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Örnek:• Rotor direnci 0,25Ω stator direnci100Ω, motor sabiti 0,71V/A-rad/sve 45Nm’lik yük altındaki hızı1000d/dak. olan yabancı uyartımlıdc motor, 220V-50Hz şebekede,• a) Bir fazlı yarım dalga kontrollusürücü kullanılarak anma hızınınaltında ve üstünde sürülmektedir,• b) Tam dalga yarım kontrollusürücü kullanılarak anma hızınınaltında ve üstünde sürülmektedir,• Bu durumlar için, alan (uyarma)akımını, rotor devresinin uyarmaaçısını, devrenin giriş güçkatsayısını hesaplayınız.• Çözüm:• a) Yarım dalga kontrollu sürücüdevresi için;Vf= Vm / πVm= 220.√2= 311VVf= 311 / 3,14= 99VIf= Vf / Rf= 99 / 100= 0,99AIa= Td / (k.If)Ia= 45 / (0,71.0,99)= 64AEg= k.ω.IfEg= 0,71.(1000.π/30).0,99= 73,5VVa= Ia.Ra+EgVa= 64.0,25+73,5= 89,5VVa= Vm.(1+cosα) / 2πcosα= (Va.2π / Vm)-1M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 14

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLERcosα= (89,5.2.3,14 / 311)-1cosα= 0,807α= cosα¹= 36,2º= 36,2/180= 0,2πIs= Ia.√[(π-α)/2π]Is= 64.√[(π-0,2π)/2π]= 40,47APF= cosφ= P / S= Ia.Va / Is.VsPF= 64.89,5/40,4.220= 0,644 geri.• b) Tam dalga yarım kontrollusürücü devresi için;Vf= 2.Vm / πVm= 220.√2= 311VVf= 2.311 / 3,14= 198VIf= Vf / Rf= 198 / 100= 1,98AIa= Td / (k.If)Ia= 45 / (0,71.1,98)= 32,14AEg= k.ω.IfEg= 0,71.(1000.π/30).1,98= 147VVa= Ia.Ra+EgVa= 32.0,25+147= 155VVa= Vm.(1+cosα) / πcosα= (Va.π / Vm)-1cosα= (155.3,14 / 311)-1cosα= 0,564α= cosα¹= 55,66ºIs= Ia.√[(π-α)/π]Is= 32.√[(π-0,3π)/π]= 26,77APF= cosφ= P / S= Ia.Va / Is.VsPF= 32.155/26,7.220= 0,844 geri.olarakbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 15

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• 1b) Üç fazlı dc sürücüler;• Orta ve yüksek güçlü dcmotorların kontrolunda kullanılanüç fazlı dc dürücülerin 4 farklı türübulunmaktadır. Bunlar,1) Yarım dalga sürücü,2) Tam dalga yarım kontrollu sür.3) Tam dalga tam kontrollu sür.4) Tam kontrollu çiftli sürücüdür.• Yan taraftaki Şekil-10.9’dayabancı uyartımlı bir motorun birfazlı yarım dalga sürücü ile hemanma hızının altında hem deanma hızının üstünde kontrolununsağlanabileceği sürücü devresininprensip şeması görülmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi motorunhem rotor sargısı hem de statorsargısı ayrı ayrı 3 fazlı yarım dalgadoğrultucular kullanılarakbeslenmiştir.• Doğrultucu-1 kullanılarak motoranma hızının altındaki hızlarda,doğrultucu-2 kullanılarak da anmahızının üstündeki hızlarda kontroledilebilmektedir.3FVsαaD13F Yarım Dalga Doğr.1F Yarım Kontr. Doğr.αfD2RfLfRaEaM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 16

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.9’da görülen sürücüdevresi kullanılarak motora, yolvermek, hız ve tork kontroluyapmak ve ayrıca “Dm” diyodukaldırılarak re-jeneratif frenlemekontrolu yapılabilir.• Bu sürücü kullanılarakyapılamayacak tek kontrol yönkontroludur ki bilindiği gibi dcmotorlarda yön kontrolu için rotorveya stator sargılarındanbirisinden geçen akımın yönünüdeğiştirmek gerekmektedir.• Yan taraftaki Şekil-10.10’da ise 3fazlı yarım dalga sürücünün rotordevresinin temel dalga şekillerigörülmektedir.VmVfVmVOVD√3.VmImIOImIA,T0 π 2πV(an) V(bn) V(cn)α α αM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 17

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.10’da verilen temel dalgaşekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= 3.√3.Vm.cosα / 2π2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= Vm.(1+cosα) / π3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Uyarma (stator) akımı,If= Vf / Rf5- Kaynaktan çekilen akım,Is= Ia.√[(π-α)/2π]6- Güç katsayısı,cosφ= P / Scosφ= Va.Ia / Vs.Is ‘den bulunur.• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresinekontrollu doğrultucu yerinekontrolsuz doğrultucu bağlanmalı.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi kontrolsuz, stator devresiise kontrollu doğrultucu üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 18

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.11’de yabancı uyartımlıbir motoru süren, tam dalga yarımkontrollu sürücü prensip şemasıgörülmektedir. Sadece 1. bölgedeçalışan bu sürücü kullanılarak yönve frenleme kontrolları dışındakikontrol işlemleri gerçekleştirilebilir.• Yan taraftaki Şekil-10.12’de de budevrenin çalışmasını gösterentemel dalga şekilleri verilmiştir.3FVsαaD13F Yarım Kont. Doğr.1F Yarım Kont. Doğr.αfD2RfLfRaEa√3.VmVh√3.VmVOVT√3.Vm√3.Vm/ZIO√3.Vm/ZIT√3.Vm/ZIA0 α π 2πV(ab) V(bc) V(ca)M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 19

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.12’de verilen temel dalgaşekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= 3.√3.Vm.(1+cosα) / 2π2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= Vm.(1+cosα) / π3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Uyarma (stator) akımı,If= Vf / Rf5- Kaynaktan çekilen akım,Is= Ia.√[(π-α)/π]6- Güç katsayısı,cosφ= P / Scosφ= Va.Ia / Vs.Is ‘den bulunur.• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresinekontrollu doğrultucu yerinekontrolsuz doğrultucu bağlanmalı.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi kontrolsuz, stator devresiise kontrollu doğrultucu üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 20

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.13’de yabancı uyartımlıbir motoru süren, tam dalga tamkontrollu sürücü prensip şemasıgörülmektedir. 1. ve 2. bölgelerdeçalışan bu sürücü kullanılarak yönkontrolu dışındaki tüm kontrolişlemleri gerçekleştirilebilir.• Yan taraftaki Şekil-10.14’de de budevrenin çalışmasını gösterentemel dalga şekilleri verilmiştir.3FVsαaD13F Tam Kont. Doğr.1F Yarım Kont. Doğr.αfD2RfLfRaEa0 α π 2π√3Vm V(ab) V(bc) V(ca)Vh√3.VmVOVT1√3.Vm√3.Vm/ZIO√3.Vm/ZIT√3.Vm/ZIST56 61 12 23 34 45 56M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 21

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.14’de verilen temel dalgaşekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= 3.√3.Vm.cosα / π2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= 2.Vm.(1+cosα) / π3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Uyarma (stator) akımı,If= Vf / Rf5- Kaynaktan çekilen akım,Is= Ia6- Güç katsayısı,cosφ= P / Scosφ= Va.Ia / Vs.Is ‘den bulunur.• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresinekontrollu doğrultucu yerinekontrolsuz doğrultucu bağlanmalı.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi kontrolsuz, stator devresiise kontrollu doğrultucu üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 22

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.15’de yabancı uyartımlıbir motoru süren, tam dalga tamkontrollu çiftli sürücü devresininprensip şeması görülmektedir.Tüm bölgelerde çalışan bu sürücükullanılarak motorun yol verme,hız kontrolu, tork kontrolu, yönkontrolu ve frenleme kontroluolmak üzere tüm kontrolları rotordevresinden gerçekleştirilebilir.+2 adet 3F Tam Kontrollu Doğrultucu-• Şekil-10.15’den görüldüğü gibiyabancı uyartımlı motorun rotordevresi çiftli doğrultucu üzerinden,stator devresi ise 1 faz tam dalgayarım kontrollu doğrultucuüzerinden beslenmektedir.• Rotoru besleyen “D1p” aktifyapıldığına motor saat yönünde,“D1n” aktif yapıldığında ise motorsaatin tersi yönünde dönecektir.Vsαa1D1p1F Yarım Kont. Doğr.RfD2αfLfRaEaD1nαa2VsM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 23

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Örnek:• Rotor direnci 0,25Ω stator direnci100Ω, motor sabiti 0,71V/A-rad/sve 45Nm’lik yük altındaki hızı1000d/dak. olan yabancı uyartımlıdc motor, 380V/3faz şebekede,• a) Üç fazlı yarım dalga kontrollusürücü kullanılarak anma hızınınaltında ve üstünde sürülmektedir,• b) Tam dalga yarım kontrollusürücü kullanılarak anma hızınınaltında ve üstünde sürülmektedir,• Bu durumlar için, alan (uyarma)akımını, rotor devresinin uyarmaaçısını, devrenin giriş güçkatsayısını hesaplayınız.• Çözüm:• a) Yarım dalga kontrollu sürücüdevresi için;Vf= 2.Vm / πVm= 220.√2= 311VVf= 2.311 / 3,14= 198VIf= Vf / Rf= 198 / 100= 1,98AIa= Td / (k.If)Ia= 45 / (0,71.1,98)= 32AEg= k.ω.IfEg= 0,71.(1000.π/30).1,98= 147VVa= Ia.Ra+EgVa= 32.0,25+147= 155VVa= 3.√3.Vm.cosα / 2πcosα= Va.2π / 3.√3.VmM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 24

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLERcosα= 155.6,28 / 3.√3.311cosα= 0,602α= cosα¹= 52,9º= 52,9/180= 0,29πIs= Ia.√[(π-α)/2π]Is= 32.√[(π-0,29π)/2π]= 19APF= cosφ= P / S= Ia.Va / Is.VsPF= 32.155 / 19.380= 0,687 geri.• b) Tam dalga yarım kontrollusürücü devresi için;Vf= 2.Vm / πVm= 220.√2= 311VVf= 2.311 / 3,14= 198VIf= Vf / Rf= 198 / 100= 1,98AIa= Td / (k.If)Ia= 45 / (0,71.1,98)= 32AEg= k.ω.IfEg= 0,71.(1000.π/30).1,98= 147VVa= Ia.Ra+EgVa= 32.0,25+147= 155VVa= 3.√3.Vm.(1+cosα) / 2πcosα= (Va.2π / 3.√3.Vm)-1cosα= (155.6,28 / 3.√3.311)-1cosα= -0,397α= cosα¹= 113,2º= 0,62πIs= Ia.√[(π-α)/π]Is= 32.√[(π-0,62π)/π]= 19,7APF= cosφ= P / S= Ia.Va / Is.VsPF= 32.155/19,7.380= 0,662 geri.olarakbulunabilecektir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 25

ÖDEV-10• 10.1) Rotor direnci 0,35Ω stator direnci 120Ω, motor sabiti 0,75V/A-rad/s ve 40Nm’likyük altındaki hızı 1100d/dak. olan yabancı uyartımlı dc motor, 220V-50Hz şebekede,bir fazlı tam dalga tam kontrollu sürücü kullanılarak anma hızının altında ve üstündesürülmek istenmektedir. Bu durumda,a) Devre şemasını tam ve açık olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Alan (uyarma) akımını, rotor devresinin uyarma açısını, devrenin giriş güçkatsayısını hesaplayınız.• 10.2) Rotor direnci 0,35Ω stator direnci 120Ω, motor sabiti 0,75V/A-rad/s ve 40Nm’likyük altındaki hızı 1100d/dak. olan yabancı uyartımlı dc motor, 220V-50Hz şebekede,üç fazlı tam dalga tam kontrollu sürücü kullanılarak anma hızının altında sürülmekistenmektedir. Bu durumda,a) Devre şemasını tam ve açık olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Alan (uyarma) akımını, rotor devresinin uyarma açısını, devrenin giriş güçkatsayısını hesaplayınız.

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• 2- DC Kıyıcılı Sürücüler;• Bilindiği gibi DC-DCdönüştürücülerin bir türü olan DCkıyıcıların,1- A sınıfı DC kıyıcılar,2- B sınıfı DC kıyıcılar,3- C sınıfı DC kıyıcılar,4- D sınıfı DC kıyıcılar,5- E sınıfı DC kıyıcılar,olmak üzere toplam 5 türübulunmasına rağmen DC motorkontrolunda bu türlerden,a) A sınıfı DC sürücüler,b) C sınıfı DC sürücüler,c) E sınıfı DC sür. kullanılmaktadır.• A sınıfı DC sürücüler;• A sınıfı DC sürücüler, doğru akımmotorlarının yön ve frenlemekontrolu dışındaki kontrollarınıgerçekleştirebilen basit sürücüdevreleridir.• Şekil-10.16’da A sınıfı bir kıyıcı ileanma hızının altında ve üstündekontrol edilebilen yabancı uyartımmotor bağlantısı görülmektedir.Vs+DC-kaK1A sınıfı DC kıyıcı devresiA sınıfı DC kıyıcı dev.kfK2RfLfRaEaM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 27

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.16’da görülen sürücüdevresi kullanılarak motora, yolvermek, hız ve tork kontroluyapmak mümkündür. Devre, “Dm”serbest geçiş diyodu mutlakakullanılmalıdır.• Şekilde, motorun stator (uyartım)sargısı da yine bir A sınıfı DCkıyıcı tarafından kontrol edilmiştir.Bu sayede anma hızının üzerindede kontrol yapmak mümkünolmaktadır. Kontrol gerekmiyorsasargı doğrudan beslenebilir.V SV S10-20VV kV mV AV mV TI mt1 Tωtωtωtωt• Yan taraftaki Şekil-10.17’de Asınıfı DC sürücünün rotordevresinin temel dalga şekillerigörülmektedir.I AI mI S-TωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 28

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.17’de verilen temel dalgaşekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= ka.Vs2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= kf.Vs3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Uyarma (stator) akımı,If= Vf / Rf5- Kaynaktan çekilen akım,Is= ka.Ia6- Eşdeğer giriş direnci,Re= Vs / IsRe= Vs / ka.Ia ‘dan bulunur.• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresine Asınıfı kıyıcı yerine voltaj uygunsadoğrudan bağlantı yapılabilir.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi doğrudan, stator devresiise A sınıfı kıyıcı devresi üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 29

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• C sınıfı DC sürücüler;t1 T• C sınıfı DC sürücüler, doğru akımmotorlarının yön kontrolu dışındakikontrollarını gerçekleştirebilensürücü devreleridir.• Şekil-10.18 ve 19’da C sınıfı birkıyıcı ile anma hızının altında veüstünde kontrol edilebilen yabancıuyartım motor bağlantısı ve dalgaşekilleri görülmektedir.V SV S10-20VV kV mV AV mωtωtωtVs+DC-kaK1C sınıfı DC kıyıcı devresiA sınıfı DC kıyıcı dev.kfK2RfLfRaEaV TI mI AI mI S-TωtωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 30

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.18’den görüldüğü gibimotorun rotor devresi C sınıfıkıyıcı ile stator devresi ise A sınıfıkıyıcı ile kontrol edilmektedir.• Bunun nedeni rotor devresinindaha güçlü olması ve re-jeneratiffrenlemede geri dönüşüngerçekleşebilmesidir.• Bilindiği gibi C sınıfı kıyıcılar A veB sınıfı çalışabilmektedir. Şekil-10.19’da verilen dalga şekilleridevrenin A sınıfı çalışmasınıgöstermektedir.• Yan taraftaki Şekil-10.20’de isedevrenin re-jeneratif frenlemeyapabilmesi için B sınıfıçalışmasını göstermektedir.V SV S10-20VV kV mV AV mV TI mI AI mI St1 TωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 31

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.19 ve 20’de verilen temeldalga şekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= ka.Vs2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= kf.Vs3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Kaynaktan çekilen akım,Is= ka.Ia5- Kaynağa aktarılan akım,Is= (1-ka).Ia6- Eşdeğer giriş direnci,A sınıfında; Re= Vs / IsB sınıfında; Re= Vs.(1-ka) / Ia• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresine Asınıfı kıyıcı yerine voltaj uygunsadoğrudan bağlantı yapılabilir.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi doğrudan, stator devresiise A sınıfı kıyıcı devresi üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 32

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• E sınıfı DC sürücüler;t1 T• E sınıfı DC sürücüler, doğru akımmotorlarının yön kontrolu da dahilolmak üzere tüm kontrollarıgerçekleştirebilen devreleridir.• Şekil-10.21 ve 22’de E sınıfı birkıyıcı ile anma hızının altında veüstünde kontrol edilebilen yabancıuyartım motor bağlantısı ve dalgaşekilleri görülmektedir.V SV S10-20VV kV mV AV mωtωtωtVs+DC-kaK1E sınıfı DC kıyıcı devresiA sınıfı DC kıyıcı dev.kfK2RfLfRaEaV TI mI AI mI S-TωtωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 33

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.21’den görüldüğü gibimotorun rotor devresi E sınıfıkıyıcı ile stator devresi ise A sınıfıkıyıcı ile kontrol edilmektedir.• Bunun nedeni rotor devresinindaha güçlü olması ve re-jeneratiffrenlemede geri dönüşüngerçekleşebilmesidir.• Bilindiği gibi E sınıfı kıyıcılar çiftyönlü olarak A ve B sınıfıçalışabilmektedir. Şekil-10.22’deverilen dalga şekilleri devrenin Asınıfı çalışmasını göstermektedir.• Yan taraftaki Şekil-10.23’de isedevrenin re-jeneratif frenlemeyapabilmesi için B sınıfıçalışmasını göstermektedir.V SV S10-20VV kV mV AV mV TI mI AI mI St1 TωtωtωtωtωtωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 34

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.22 ve 23’de verilen temeldalga şekillerinde yararlanarak,1- Rotor gerilimi,Va= ka.Vs2- Uyarma (stator) gerilimi,Vf= kf.Vs3- Rotor akımı,Ia= (Va-Eg) / Ra4- Kaynaktan çekilen akım,Is= ka.Ia5- Kaynağa aktarılan akım,Is= (1-ka).Ia6- Eşdeğer giriş direnci,A sınıfında; Re= Vs / IsB sınıfında; Re= Vs.(1-ka) / Ia• Aynı sürücü devresi sabitmıknatıslı veya seri dc motorauygulandığı zaman eşitliklerde,daha önce açıklandığı gibi küçükdeğişiklikler olabilecektir.• Ayrıca eğer yabancı uyartımlımotorda sadece anma hızınınaltında kontrol yapılmasıgerekiyorsa stator devresine Asınıfı kıyıcı yerine voltaj uygunsadoğrudan bağlantı yapılabilir.• Aynı şekilde eğer sadece anmahızının üstünde kontrolgerçekleştirilmek isteniyorsa, rotordevresi doğrudan, stator devresiise A sınıfı kıyıcı devresi üzerindenbeslenmelidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 35

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• B sınıfı DC kıyıcının “DinamikFrenleme” kontrolunda kullanımı;• DC kıyıcılar doğru akımmotorlarının doğrudan kontrolununyanısıra özellikle “aktif dinamikfrenleme” kontrolunda da yaygınolarak kullanılmaktadırlar.• Şekil-10.24 ve 25’de dinamikfrenleme kontrol devre bağlantısıve dalga şekilleri görülmektedir.VaS1VfkS2LfS3Ia+Eg-PWMT1IbRb+Vb-V SV S10-20VV kV mt1 TM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 36V bV mV TI mI AI mI bωtωtωtωtωtωt

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.24 ve 25’de verilen devreve dalga şekillerindn yararlanarak,1- Frenleme akımı,Ib= (1-ka).Ia2- Frenleme gerilimi,Vb= Ib.Rb= (1-ka).Ia.Rb3- Anahtar akımı,It= ka.Ia4- Frenlemede harcanan güç,Pb= (Ia)².Rb.(1-ka)5- Frenleme direnci ortalamadeğeri,Rb(ort)= Rb.(1-ka)6- Eşdeğer devre direnci,Re= Vb / Ia= Rb.(1-ka) + Ra• Şekil-10.24’den görüldüğü gibi, Bsınıfı DC kıyıcı olarak çalışan T1transistörü, dinamik frenleme içinmotorun rotor sargısı uçlarınabağlanan Rb direncine paralelolarak bağlanmıştır.• Dinamik frenleme yapılacağızaman S1-off, S2-on yapılır ve T1transistörü %0’dan başlayarak%100’e doğru etkin peryoduarttırılarak yüksek frekanslı (5-10kHz) PWM kare dalga ileuyarılmaktadır.• Bu sayede Rb direncinin ortalamadeğeri giderek küçültülerekfrenleme akımı sabit tutulmakta veetkin bir frenleme yapılmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 37

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Örnek:• Rotor direnci 0,25Ω stator direnci100Ω, motor sabiti 0,71V/A-rad/sve 45Nm’lik yük altındaki hızı1000d/dak. olan yabancı uyartımlı300V dc motor, 300Vdc şebekede,• a) A sınıfı DC kıyıcılı sürücükullanılarak anma hızının altındave üstünde sürülmektedir,Bu durum için, alan (uyarma)akımını, rotor devresinin uyarmaetkin peryodunu, devrenin girişeşdeğer direncini hesaplayınız.• b) B sınıfı DC kıyıcılı sürücükullanılarak aktif dinamik frenlemeyapılmaktadır, frenleme direnci10Ω ise, frenleme gücü nedir?• Çözüm:• a) A sınıfı dc kıyıcılı sürücüdevresi için;Vf= kf.Vskf= %100 (=1) kabul edilecek,Vf= 1.300= 300VIf= Vf / Rf= 300 / 100= 3AIa= Td / (k.If)Ia= 45 / (0,71.3)= 21,12AEg= k.ω.IfEg= 0,71.(1000.π/30).3= 223VVa= Ia.Ra+EgVa= 21,12.0,25+223= 228,28VVa= ka.Vska= Va / Vs= 228,28 / 300= %76M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 38

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLERveyaka= 0,76Is= ka.IaIs= 0,76.21,12= 16ARe= Vs / Is= 300 / 16= 18,75Ω• b) B sınıfı DC kıyıcılı sürücükullanarak 1000d/dak’da aktifdinamik frenleme durumu için;Vf= kf.Vskf= %100 (=1) kabul edilecek,Vf= 1.300= 300VIf= Vf / Rf= 300 / 100= 3AIa= Td / (k.If)Ia= 45 / (0,71.3)= 21,12AEg= k.ω.IfEg= 0,71.(1000.π/30).3= 223VVb= Eg-Ia.RaVb= 223-21,12.0,25= 217,72VIb= Rb.(1-ka)ka= %0 için,Ib= 10.(1-0)= 10Aka= %100 için,Ib= 10.(1-1)= 0A(bu durumda rotor uçları kısadevredurumundadır).ka= %75 için,Pb= (Ia)².Rb.(1-ka)Pb= (21,12)².10.(1-0,75)= 1115WNOT: ka, %0-100 arası ayarlanır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 39

ÖDEV-11• 11.1) Rotor direnci 0,35Ω stator direnci 120Ω, motor sabiti 0,75V/A-rad/s ve 40Nm’likyük altındaki hızı 1100d/dak. olan yabancı uyartımlı dc motor, 220V-50Hz şebekede,C sınıfı DC kıyıcılı sürücü kullanılarak anma hızının altında ve üstünde sürülmekistenmektedir. Bu durumda,a) Devre şemasını tam ve açık olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Alan (uyarma) akımını, rotor devresinin etkin peryodunu, devrenin giriş eşdeğerdirencini hesaplayınız.• 11.2) Rotor direnci 0,35Ω stator direnci 120Ω, motor sabiti 0,75V/A-rad/s ve 40Nm’likyük altındaki hızı 1100d/dak. olan yabancı uyartımlı dc motor, 220V-50Hz şebekede,E sınıfı DC kıyıcılı sürücü kullanılarak anma hızının altında sürülmek istenmektedir.Bu durumda,a) Devre şemasını tam ve açık olarak çiziniz, akım ve gerilim yönlerini devre üzerindegösteriniz.b) Devrenin temel dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Alan (uyarma) akımını, rotor devresinin etkin peryodunu, devrenin giriş eşdeğerdirencini hesaplayınız.

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• 3- DC MOTORSÜRÜCÜLERDE GERĐBESLEME;• Doğru akım motorlarının hız veyatork kontrollarının yapılmasısırasında, motoru kontrol edensürücü devresinin etkin bir kontrolsağlayabilmesi için, kontrol edilenbüyüklüklerin (hız, tork, akım vb.)sezilerek sürücü devresinegeribeslenmesi gerekmektedir.• Bu sayede kontrol edilenbüyüklüğün istenilen seviyedeolup olmadığı sürekli olarakkontrol edilir ve istenen değerdensapma oluyorsa sürücü kontrollarıdeğiştirilerek oluşan sapma hızlıcave kolaylıkla giderilir.• Aşağıdaki Şekil-10.26’dageribeslemeli bir doğu akımmotoru sürücü devresinin blokyapısı görülmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi kullanıcıtarafından verilen kontrol işaretisürücü kontrol girişine doğrudanuygulanmayıp, motor çıkışındangelen gerçek hız bilgisi ilekarşılaştırılmaktadır.ViVgVkSürücüKontrolDevresiSÜRÜCÜGeribeslemeSürücüGüçDevresiSezmeDüzeneğiDoğruAkımMotoruM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 41

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Bu bölümde geribesleme kavramı,etkileri, yöntemleri ve yararlarıayrıntısıyla incelenecektir.• Doğru akım motorlarında hızkontrolu ve/veya tork kontroluyapıldığında motorun istenenhızda dönmesi veya istenen torkuüretip üretmediği sürekli kontrolaltında tutulmalıdır.• Ayrıca bu kontrol yapılırken hemmotorun hem de sürücü devrelerinsağlıklı çalışabilmesi vekorunabilmesi için akım, sıcaklıkvb. bilgileri de sürekli kontrolaltında tutulmalıdır.• Bu kontrolların yapılışı transferfonksiyonları ile incelenecektir.• a) Geribeslemesiz DurumdaTransfer Fonksiyonu;• Geribeslemeli çalışmayageçmeden önce geribeslemesizdurumda transfer fonksiyonununnasıl olduğunu incelemekte yararvardır. Aşağıdaki Şekil-10.27’deyabancı uyartımlı bir dc motorungeribeslemesiz kontrol blokşeması görülmektedir.ViGüçKaynağıSürücüGüç veKontrolDevresi+Va-+Vf-IaTd, ωTLM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 42

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.27’den görüldüğü gibi,sürücü güç ve kontrol devresi “K”kazançlı bir blok olarakgösterilmiştir.• Kullanıcı tarafından verilen komutise sürücü devre girişinde “Vi”olarak gösterilmiştir. Sürücüdevrenin çıkışı ise motoru kontroleden rotor gerilimidir ve “Va” ilegösterilmiştir. Bu durumda sürücüdevresinin kazancı (K),K= Va / Violarak yazılabilir. Kısacası, biryükselteç gibi düşünülen sürücü,girişe uygulanan kontrol sinyalini Kkadar yükselterek “Va” çıkışgerilimini oluşturmaktadır.• Oluşan bu “Va” çıkış gerilimi,kullanıcı tarafından doğrudan girişkontrol gerilimi (Vi) değiştirilerekarttırılabilir veya azaltılabilir.• Sürücü devresi çıkışında oluşanve girişten kontrol edilebilen “Va”gerilimi veya akacak olan “Ia”akımı motorun çıkış ürünleri olanhız (ω) ve tork (Td)’nin oluşmasınıve kontrolunu sağlamaktadır.• Motorun bu ürünlerine sürekliolarak karşı koyan etkenler isegeçici atalet (J) yük momenti (TL)ve sürekli sürtünme (B)’dir.• Bu durumda yük momentindekideğişmeler de motorun çıkışürünlerini (Td, ω) etkilemektedir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 43

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Motorun çıkış büyüklüklerini(ürünlerini) etkileyen,1- Giriş kontrol sinyali (Vi),2- Yük momenti (TL),olmak üzere iki değişkenolduğundan, bu iki değişkene göretransfer fonksiyon denklemleriniyazıp, transfer fonksiyon blokşemalarını çizmek mümkünolmaktadır.Aşağıda “sabit TL ve değişken Vi”şartlarına göre transfer fonksiyondenklemi ve Şekil-10.28’de degeribeslemesiz olarak kontroledilmekte olan yabancı uyartımlı birdc motorun “Vi”ye göre transferfonksiyon blok şeması görülmektedir.K .k.If∆ω=2Ra.B + ( k.If)⋅ ∆ViVsVi Va +K 1 / Ra(sTa+1) k.If 1 / B(sTm+1)SürücüDevresi-EgIa Td +k.IfωTL-ωM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 44

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.28’de verilen transferfonksiyon blok şemasında,elektronik sürücü daha önce debelirtildiği gibi “K” ile gösterilmiştir.Geriye kalan bloklar ise yabancıuyartımlı doğru akım motorununiçindeki transferleri ifadeetmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi, sistemingirdisi “Vi” çıktısı ise “ω” olupbozucu etki ise “TL”dir.• Şekil-10.28’de verilen transferfonksiyon blok şemasında vetransfer fonksiyon eşitliğindekullanılan sembollerin anlamı veburadan da eşitliğin yorumu yantarafta görülmektedir.• ∆ω: Hızdaki değişim miktarı,• K: Sürücünün kazancı,• k: Motor sabiti,• If: Motorun uyartım akımı,• Ra: Rotor sargısı dc direnci,• B: Sürtünme katsayısı,• ∆Vr: Giriş sinyali değişim miktarı,• Eg: Ters (zıt) emk,• Ia: Rotor akımı,• Ta: Motorun elektriksel zamansabiti (La/Ra),• Tm: Motorun mekaniksel zamansabiti (J/B),• Td: Motorun ürettiği tork,• ω: Motorun ürettiği hız’dır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 45

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.28 ve verilen “∆ω”eşitliğine göre, sistemin kazancı,sabit tork, sürtünme ve uyartımakımında aşağıdaki gibidir.K . k . IRa. B+( k. I• Bu durumda giriş kontrolsinyalindeki en küçük bir değişiklikeşitlik oranında motorun üretmişolduğu hıza etki etmektedir.ff)2Aşağıda ise “sabit Vi ve değişken TL”şartlarına göre transfer fonksiyondenklemi ve Şekil-10.29’da dageribeslemesiz olarak kontroledilmekte olan yabancı uyartımlı birdc motorun “TL”ye göre transferfonksiyon blok şeması görülmektedir.Ra+ ( k.I∆ω=2Ra.Bf)⋅ ∆TLTL -+Td1 / B(sTm+1)ωωk.IfIa1 / Ra(sTa+1)Eg-1 k.IfM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 46

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.29 ve verilen “∆ω”eşitliğine göre, sistemin kazancı,sabit kontrol girişi, sürtünme veuyartım akımında aşağıdakigibidir.Ra2R B + ( k . I )a.f• Bu durumda bozucu etki olaraknitelendirilen yük momentindeki(TL) en küçük bir değişiklikyukarıda verilen eşitliğin sağladığıkazanç oranında motorun üretmişolduğu hıza etki etmektedir.• Yukarıdaki eşitlik dikkatliceincelendiğinde paydanın paydançok büyük olduğu, dolayısıyla daetkinin az olduğu görülmektedir.• b) Geribeslemeli Çalışma veTransfer Fonksiyonu;• Geribeslemesiz durumda transferfonksiyonu eşitlikleri ve blokşemaları incelendikten sonra aynıinceleme “Geribeslemeli” çalışmadurumu için de yapılacaktır. Şekil-10.30’da yabancı uyartımlı bir dcmotorun geribeslemeli kontrol blokşeması görülmektedir.ViGüçKaynağıVg+Va-+Vf-IaTd, ωTLM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 47

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.30’dan görüldüğü gibi,sürücü güç ve kontrol devresi yine“K” kazançlı bir blok olarakgösterilmiştir.• Kullanıcı tarafından verilen komutise sürücü devre girişinde yine “Vi”olarak gösterilmiştir. Ayrıca motorçıkışından sürücü devre girişinekontrol edilmek istenen büyüklük(hız veya tork) bilgisi geribeslemeolarak gönderilmiştir.• Sürücü devrenin çıkışı ise motorukontrol eden rotor gerilimidir ve“Va” ile gösterilmiştir. Bu durumdasürücü devresinin kazancı (K),K= Va / (Vi-Vg)olarak yazılabilir.• Oluşan bu “Va” çıkış gerilimi,kullanıcı tarafından doğrudan girişkontrol gerilimi (Vi) değiştirilerekistenilen değere sabitlenebilir.• Sürücü devresi çıkışında oluşanve girişten kontrol edilebilen “Va”gerilimi veya akacak olan “Ia”akımı motorun çıkış ürünleri olanhız (ω) ve tork (Td)’nin oluşmasınıve kontrolunu sağlamaktadır.• Motorun bu ürünlerine sürekliolarak karşı koyan etkenler isegeçici atalet (J) yük momenti (TL)ve sürekli sürtünme (B)’dir.• Geribeslemeli çalışmanın avantajı,kullanıcının istediği değerin sürekliolarak sabit tutulabilmesidir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 48

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Geribeslemeli çalışmada motorunçıkış büyüklüklerinin istenendeğerde sabit kalmasınıengelleyen,1- Giriş kaynak geriliminde (Vs)olabilecek değişikliklerin,2- Yük momentinde (TL)olabilecek değişikliklerin bozucuetkileri geribesleme düzeneğisayesinde engellenmiş olmaktadır.Aşağıda “sabit TL ve değişken Vi”şartlarına göre transfer fonksiyondenklemi ve Şekil-10.31’de degeribeslemeli olarak kontrol edilmekteolan yabancı uyartımlı bir dc motorun“Vi”ye göre transfer fonksiyon blokşeması görülmektedir.∆ω=Ra. B+( k.IK .k .If)2f+ K.K . k.I1f⋅∆ViVi +-VgKVsVk Va +SürücüDevresi-Eg1 /Ra(sTa+1)K1ωIa Td +k.Ifk.IfωTL-1 /B(sTm+1)ωM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 49

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.31’de verilen transferfonksiyon blok şemasında,elektronik sürücü daha önce debelirtildiği gibi “K” ile, geribeslemedevresi “K1” gösterilmiştir. Geriyekalan bloklar ise yabancı uyartımlıdoğru akım motorunun içindekitransferleri ifade etmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi, sistemingirdisi yine “Vi” çıktısı ise “ω” olupbozucu etki ise “TL”dir.• Şekil-10.31’de verilen transferfonksiyon blok şemasında vetransfer fonksiyon eşitliğindekullanılan sembollerin anlamı veburadan da eşitliğin yorumu yantarafta görülmektedir.• ∆ω: Hızdaki değişim miktarı,• K: Sürücünün kazancı,• K1: Geribesleme devresi kazancı,• Vg: Geribesleme gerilimi,• Vk: Gerçek kontrol gerilimi,• k: Motor sabiti,• If: Motorun uyartım akımı,• Ra: Rotor sargısı dc direnci,• B: Sürtünme katsayısı,• ∆Vr: Giriş sinyali değişim miktarı,• Eg: Ters (zıt) emk,• Ia: Rotor akımı,• Ta: Motorun elektriksel zaman sabiti(La/Ra),• Tm: Mekanik zaman sabiti (J/B),• Td: Motorun ürettiği tork,• ω: Motorun ürettiği hız’dır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 50

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.31 ve verilen “∆ω”eşitliğine göre, sistemin kazancı,sabit tork, sürtünme ve uyartımakımında aşağıdaki gibidir.K . k . IRa. B+( k . I• Bu durumda Vs veya TL’deki birdeğişiklik eşitliğin pay (K) vepaydasındaki (K1) değişiklerleçıkış hızını etkileyememektedir.f)f2 +K. K1. k . If∆ω =Aşağıda ise “sabit Vi ve değişken TL”şartlarına göre transfer fonksiyondenklemi ve Şekil-10.32’de degeribeslemeli olarak kontrol edilmekteolan yabancı uyartımlı bir dc motorun“TL”ye göre transfer fonksiyon blokşeması görülmektedir.RRa⋅∆T2) + K.K . k.Ia. B + ( k.If1fLTL -+Td1 / B(sTm+1)ωωk.IfIa1 / Ra(sTa+1)Eg-1 k.IfM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 51

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.32 ve verilen “∆ω”eşitliğine göre, sistemin kazancı,sabit kontrol girişi, sürtünme veuyartım akımında aşağıdakigibidir.RaR B + ( k . I )2 + K . K . ka.f1• Bu durumda bozucu etki olaraknitelendirilen yük momentindeki(TL) herhangi bir değişiklikyukarıda verilen eşitliktengörüldüğü gibi paydada “K1”tarafından tolare edilmektedir.• Doğru akım motorlar sürücülerdeistenilen değerin sabit kalabilmesive güvenlik için geribeslemelikontrol mutlak kullanılmaktadır.. If• c) Analog KontrolluGeribeslemeli Sürücü;• Doğru akım motorlarındakullanılmakta olan iki temel sürücütüründen birisi olan analogkontrollu sürücü devreleri, 10-15yıl öncesine kadar çok yoğunolarak kullanılmakta idi.• Günümüzde bu devreler halakullanılmakla beraber artık yeriniyavaş yavaş mikroişlemci kontrollusürücü devrelere bırakmayabaşlamıştır.• Bu tür kontrol devrelerinde analogçıkışlı seziciler (sensörler)kullanılmakta ve opamp ağırlıklıbir devre kurulmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 52

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.33’de, anma hızının üstünde ve altında, analog kontrollu bir yabancıuyartımlı doğru akım motor sürücü devresinin blok yapısı görülmektedir.Vi +-VgVkAnalog HızKontrolDevresiIr Ik Analog VkAkım Kont.Devresi-IgAnalogUyarmaDevresi-1α, kSürücüGüçDevresi-1VsAnalogHız SezmeDevresiωIa.Ra-Ra+ VaAnalogAkım SezmeDevresiIaGerilimSensörüAkımSensörüEiEg-AnalogUyarmaKont. Devr.AnalogUyarmaDevresi-2SürücüGüçDevresi-2VsIfstatorMrotorVaAnalogHızSens.ωM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 53

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.33’den görüldüğü gibi,yabancı uyartımlı motorun hemrotor hem de stator devresigeribeslemeli olarak kontroledilmektedir.• Burada analog uyarma devreleriile kontrol edilen güç devreleriduruma göre kontrollu doğrultucuveya dc kıyıcı olabilmektedir.• Bu sürücünün amacı hız kontroluolduğu için öncelikle hız bilgisisezilerek geri beslenmiş vedeğerlendirilmiştir.• Ayrıca hem sürücünün hem demotorun sağlıklı çalışmasını vegüvenlik için akım bilgisi desezilerek geri beslenmiştir.• d) Mikroişlemci KontrolluGeribeslemeli Sürücü;• Doğru akım motorlarındakullanılmakta olan analog vemikroişlemci kontrollu sürücüdevrelerinden analog kontrollusürücü devreleri, önceki yıllardaçok yoğun olarak kullanılmakta idi.• Günümüzde ise bu devreler halakullanılmakla beraber artık yerinidaha kullanışlı olan mikroişlemcikontrollu sürücü devrelerebırakmaya başlamıştır.• Bu tür kontrol devrelerinde lojikçıkışlı seziciler veya dönüştürücükullanılmakta, mikroişlemci uygunşekilde programlanmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 54

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.34’de, anma hızının üstünde-altında, mikroişlemci kontrollu yabancıuyartımlı doğru akım motor sürücü devresinin blok yapısı görülmektedir.ViEi+ Vk Motor Hız Ir Ik AkımUyarma veKontrolKontrolYalıtmaα, k-Bloğu-BloğuDevresi-1VgIgMĐKROĐŞLEMCеC+HızSezmeBloğuEg-ωEmkKontrolBloğuIa.Ra-Ra+ VaUyramaSinyal Üret.BloğuAnalog DijitalDönüştürücü(ADC)SürücüGüçDevresi-2VsADCIfIaSürücüGüçDevresi-1GerilimSensörüstatorMVsAkımSensörüVarotorLojikHızSens.ωM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 55

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-10.34’den görüldüğü gibi,yine yabancı uyartımlı motorunhem rotor hem de stator devresigeribeslemeli olarak kontroledilmektedir.• Burada mikroişlemci düzeneği ilekontrol edilen güç devreleriduruma göre kontrollu doğrultucuveya dc kıyıcı olabilmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi, analogkontrollu sürücüde olduğu gibiyine hız, akım ve gerilim bilgilerisezilmiş ve kontrol işaretlerininoluşturulabilmesi için ADC’ler dengeçirilerek mikroişlemciyeuygulanmıştır. Bu defa kontrolblokları µC içinde oluşturulmuştur.• Mikroişlemci içinde oluşturulan busanal kontrol blokları uygunprogramlamanın yapılmasısayesinde oluşmaktadır.• Analog yöntemde analog devreelemanları veya hazır entegredevreler kullanılarak oluşturulanbu blokların ihtiyaca göredeğiştirilmesi güçtür ve herseferinde farklı elektronik karttasarımı gerektirmektedir.• Mikroişlemci içinde oluşturulansanal kontrol blokları iseyazılımdaki küçük değişiklerlefarklı işlever üstlenebilirler. Ayrıcabu şekilde devre kopyalanması daengellenmiş olmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 56

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• Örnek:• Rotor direnci 0,25Ω stator direnci100Ω, motor sabiti 0,71V/A-rad/sve 45Nm’lik yük altındaki hızı1000d/dak, olan yabancı uyartımlıdc motor, 220V-50Hz şebekede,• a) Geribeslemesiz analog kontrolsürücü kullanılarak anma hızınınaltında ve üstünde sürülmektedir,b) Geribeslemeli mikroişlemcikontrollu sürücü kullanılarak anmahızının altında ve üstündesürülmektedir,• Bu durumlar için, geribeslemesizve geribeslemeli kontrolda, “TL” ve“Vi” için transfer fonksiyonalrınıbelirleyiniz.• Sürücü devresinin kazancı 100,geribesleme devresinin kazancı0,1 motorun toplam sürtünmesi 1ve uyarma akımı da 2A kabuledilerek çözüm yapılacaktır.• Çözüm:• a) Geribeslemesiz analogkontrollu sürücü devresi için;1- 5V’luk kontrol gerilimideğişikliğinde hız değişimi,K . k . If∆ ω =2Ra. B + ( k . If)∆ ω =100 .0,71 .20,25 .1 + (0,71 .2 )∆ω= 313,27 rad/s⋅ ∆ V2 ⋅i5M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 57

X – DC MOTOR SÜRÜCÜLER• 2- 10Nm’lik yük momentideğişikliğinde hız değişimi,Ra∆ω=2Ra.B + ( k.If)∆ω =0,250,25.1+(0,71.2)∆ω= 1,1 rad/s⋅ ∆T2 ⋅L10• b) Geribeslemeli mikroişlemcikontrollu sürücü devresi için;1- 5V’luk kontrol gerilimideğişikliğinde hız değişimi,K.k.If∆ω=2R . B+( k.I ) + K.K . k.Iaf1f⋅∆ViBuradan,100.0,71.2∆ω =0,25.1 + (0,71.2) + 100.0,1.0,71.2∆ω=∆ω= 43rad/s.2⋅2- 10Nm’lik yük momentideğişikliğinde hız değişimi,R∆ω= 0,15rad/sR)a2a. B + ( k.If+ K.K1olarak bulunmaktadır.. k.If⋅ ∆T0,25∆ω =0,25.1+(0,71.2) + 100.0,1.0,71.22⋅5L10M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 58

ÖDEV-12• 12.1) Rotor direnci 0,35Ω stator direnci 120Ω, motor sabiti 0,75V/A-rad/s ve 40Nm’lik yük altındakihızı 1100d/dak. olan yabancı uyartımlı dc motor, 220V-50Hz şebekede, analog kontrollugeribeslemeli tam dalga yarım kontrollu sürücü kullanılarak anma hızının altında ve üstündesürülmek istenmektedir. Bu durumda,a) Sistemin geribeslemeli blok şemasını tam olarak çiziniz ve blokların görevlerini maddelerhalinde belirtiniz.b) Devrenin transfer fonksiyon eşitliklerini ve transfer fonksiyon blok şemalarını çizerek bloklarıniçeriğini belirtiniz.c) Sürücü kazancı K’nın 100, geribesleme kazancı K1’in 0,1V/rad/s kabul edilerek, geribeslemesizve geribeslemeli durumlar için, giriş kontrol gerilimindeki 3V’luk bir değişimin motor hızını ne kadaretkileyeceğini bulunuz ve yorumlayınız.• 12.2) Rotor direnci 0,35Ω stator direnci 120Ω, motor sabiti 0,75V/A-rad/s ve 40Nm’lik yük altındakihızı 1100d/dak. olan yabancı uyartımlı dc motor, 220V-50Hz şebekede, mikroişlemci kontrollugeribeslemeli C sınıfı sürücü kullanılarak anma hızının altında ve üstünde sürülmek istenmektedir.Bu durumda,a) Sistemin geribeslemeli blok şemasını tam olarak çiziniz ve blokların görevlerini maddelerhalinde belirtiniz.b) Devrenin transfer fonksiyon eşitliklerini ve transfer fonksiyon blok şemalarını çizerek bloklarıniçeriğini belirtiniz.c) Sürücü kazancı K’nın 100, geribesleme kazancı K1’in 0,1V/rad/s kabul edilerek, geribeslemesizve geribeslemeli durumlar için, yük momentindeki 10Nm’lik bir değişimin motor hızını ne kadaretkileyeceğini bulunuz ve yorumlayınız.

Bölüm-11AC MotorSürücüler

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• GĐRĐŞ;• AC motor sürücüler, alternatifakım motorlarının etkin kontrolunusağlamak amacıyla, temel güçelektroniği devreleri kullanılarakgeliştirilmiş olan motor kontroldüzenekleridir. Bu sürücüler, dahaçok 3 fazlı asenkron motorlarınkontrolunda kullanılmaktadırlar.• Çeşitli AC motor sürücü devrelerikullanılarak,1- 3 fazlı asenkron motorlar,2- 3 fazlı senkron motorlar,3- 1 fazlı asenkron motorlar,4- 1 fazlı üniversal motorlar,kontrol edilebilmektedir.• Bilindiği gibi motor kontroludenildiğinde 5 farklı kontrol alanıakla gelmektedir. Bu kontrolalanları;1- Yol verme,2- Hız kontrolu,3- Tork kontrolu,4- Yön kontrolu,5- Frenleme kontroludur.• Bu bölümde öncelikle ACmotorlarla ilgili temel kavram veeşitlikler kısaca hatırlatılacak,daha sonra da her motor için desürücü yapıları, bağlantıları vegenel özellikleri ayrıntısıylaincelenecektir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 2

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• 3 Fazlı Asenkron MotorlarınTemel Yapı ve Eşitlikleri;• Şekil-11.1’den hareketle;1- Stator gerilimi,• Kendileri daha ucuz olmalarınarağmen, kontrolleri daha pahalı veve dc motorlara göre daha zorolan 3 fazlı asenkron motorlarıntemel bağlantısı ve parametreleriaşağıdaki Şekil-11.1’degörülmektedir.3F kaynak+Vh+ Vf -IhωTdJBTLYıldız bağlantıda; Vs= VfÜçgen bağlantıda; Vs= Vh2- Giriş gücü,Pi= 3.Vs.Is.cosφ3- Motorun ürettiği güç,Pd= 3.(Is)².(Rr/s).(1-s)4- Motorun ürettiği tork (moment),Td= Pd / ωr5- Döner alan hızı,ωs= 2.(2.π.fs) / p6- Motor hızı,ωr= ωs.(1-s)7- Kayma, s= (ωs-ωr) / ωsM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 3

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• AC Motor Sürücü Devreleri;• AC motor sürücü devrelerini,1- Stator voltaj kontrollu (ACkıyıcılı) sürücüler,2- Rotor voltaj kontrollu (bilezikliasenkron motor) sürücüler,3- Stator voltaj ve frekans kontrollu(gerilim kayn. invertörlü) sürücüler,4- Stator akım ve frekans kontrollu(akım kaynaklı invertörü) sürücüler,olmak üzere dört farklı gruptatoplamak mümkündür.• Bu bölümde yukarıda belirtilensürücü türlerinin kendileri içinuygun motorlara bağlantıları veperformansları incelenecektir.• 1- Stator voltaj kontrollu (ACkıyıcılı) AC motor sürücüler;Sincap kafesli asenkron motorlardakullanılan bu sürücü devrelerini,a- Bir fazlı AC kıyıcılı sürücüler,b- Üç fazlı AC kıyıcılı sürücüler,olmak üzere iki temel grup altındatoplamak mümkün olmaktadır.• Bir fazlı asenkron motorlardan,1- Yardımcı sargılı motorlarda,2- Üniversal (seri) motorlarda,yol verme ve tork kontrolu içinkullanılmaktadır.• Üç fazlı sürücüler ise 3 fazlıasenkron motorlara yol vermek içinçok yaygın kullanılmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 4

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Bir fazlı AC kıyıcılı sürücü;• Bir fazlı asenkron motorların veüniversal motorların kontrolundakullanılan bir fazlı AC kıyıcılısürücüler, daha önce AC kıyıcılarkonusunda ayrıntısıyla açıklanan“faz açısı kontrolu” yöntemikullanılarak kontrol edilmekte,böylelikle çıkış gerilimi sıfırdananma gerilimine yükselmektedir.• Yan taraftaki Şekil-11.2’deyardımcı sargılı bir motorun birfazlı AC kıyıcılı sürücü ile sıfır ileanma hızı arasında kontrolununsağlanabileceği sürücü devresininprensip blok şemasıgörülmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi motorunbirbirine paralel olan ana sargısıve yardımcı sargısı bir fazlı ACkıyıcı devresi üzerindenbeslenmiştir. Yol verme ve torkkontrolu yapılabilen bu sürücübağlantısı ile sabit yük altındaçalışan motorun hız kontrolu dayapılabilir. Dalga şekilleri Şekil-11.3’de görülmektedir.+Vs-α1 Fazlıfaz açısıkontrolluAC kıyıcıAna veyardımcıuyartımsargılarıSincapkafeslirotorω, TdM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 5

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLERV mV SV GA1απ α 2π 3π 4πωtωt• Şekil-11.2 ve 3’den hareketle;1- Stator gerilimi,α sin 2αV O ( rms )= VS( rms )1−+π 2π3- Motorun ürettiği güç,Pd= (Is)².(Rr/s).(1-s)V mV OV mV TωtωtTd4- Motorun ürettiği tork (moment),Td= Pd / ωr veya,Rr. V=s.ω .[( R + R / s)s5- Döner alan hızı,sr2O2+ ( Xs+Xr)2]V mI S-T-Oωtωs= 2.(2.π.fs) / p6- Motor hızı,ωr= ωs.(1-s)7- Kayma, s= (ωs-ωr) / ωsM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 6

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.2 ve 3’den görüldüğü gibi,yardımcı sargılı 1 fazlı asenkronmotorun stator sargıları doğrudanAC kıyıcı üzerindenbeslenmektedir. Böylelikle motoraaktarılan güç arttırılıp azaltılarakmotorun kontrolu yapılmaktadır.• Motor, bir asenkron motor olduğuiçin eşitlikleri de 3 fazlı asenkronmotorun eşitlikleri ile aynıdır.• Yan taraftaki Şekil-11.4’de iseüniversal (seri) motorun bir fazlıAC kıyıcılı sürücü ile sıfır ile anmahızı arasında kontrolununsağlanabileceği sürücü devresininprensip blok şemasıgörülmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi motorunbirbirine seri olan stator sargısı verotor sargısı bir fazlı AC kıyıcıdevresi üzerinden beslenmiştir. Yolverme ve tork kontrolu yapılabilenbu sürücü bağlantısı ile sabit yükaltında çalışan motorun hızkontrolu da yapılabilir. Devrenintemel dalga şekilleri ise Şekil-11.5’de görülmektedir.+Vs-α1 Fazlıfaz açısıkontrolluAC kıyıcıSeriuyartımsargısıIaSargılırotorω, TdM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 7

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLERV mV SV GA1V mV Oαπ α 2π 3π 4πωtωtωt• Şekil-11.4 ve 5’den hareketle;1- Sürücü çıkış (motor) gerilimi,αV O ( rms )= VS( rms )1−+πveya,V(motor)= Ia.Ra.Rf+Eayazılabilir.2- Motorun ters gerilimi,sin 2α2πEa= k.Ia.ωV mV Tωt3- Motorun ürettiği tork (moment),Td= k.If.Ia= k.(Ia)²4- Motorun ürettiği güç,V mI S-T-OωtPd= Td.ω5- Motor hızı,ω= (Va-Ia.Ra.Rf) / k.IaM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 8

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.4 ve 5’den görüldüğü gibi,üniversal motorun seri olan statorve rotor sargıları doğrudan ACkıyıcı üzerinden beslenmektedir.Böylelikle motora aktarılan güçarttırılıp azaltılarak motorunkontrolu yapılmaktadır.• Motor, temelde bir seri dc motorolduğu için eşitlikleri de doğruakım motoru eşitlikleri ile aynıdır.• Birkaç yüz watt seviyesinden 50006000W seviyelerine kadar olangüçlerde kullanılan bu motorlar 1fazlı şebekede çalışabilmesi vetemel kontrolunun kolay olmasıaçısından küçük cihazlardaoldukça fazla tercih edilmektedir.• Örnek:• 220V-50Hz şebekede, bir fazlı fazaçısı kontrollu AC kıyıcı devresikullanılarak,• a) Gerilimi 220V-50Hz, kayması%3 olan 2 kutuplu, Rr= 0,2Ω Rs=0,4Ω Xr= Xs= 0,8Ω olan yardımcısargılı motor sürüldüğünde,b) Gerilimi 220V-50Hz, tam yükakımı 5A, 2000d/dak, Ra=Rf=0,25Ω ve k= 0,71 olan üniversalmotor sürüldüğünde,• Bu motorları süren AC kıyıcınınuyarma açısının 90º olmasıdurumu için, motora uygulanangerilimi, motorun ürettiği tork, güçve hızı hesaplayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 9

TT dd• Çözüm:XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• a) Yardımcı sargılı motor için;• Motora uygulanan gerilim,αV O ( rms )= VS( rms )1−+πV Osin 2α2ππ / 2 sin 2.90( rms )= 220 1−+π 2ππV O ( rms )= 220 0,5 = 155, 56V• Motorun ürettiği tork,2= Rr. VO22s.ω s.[(Rs+ Rr/ s)+ ( Xs+ Xr) ]20 ,2 .155 ,5220 ,03 .314 .[( 0 ,4 + 0 ,2 / 0 ,03 ) + ( 0 ,8 + 0 ,8 ) ]=4836T d= = 9 , 78 Nm494 ,5• Motorun ürettiği güç,Pd= (Is)².(Rr/s).(1-s)IsI sV= O22 1/ 2s. ω s.[(Rs+ Rr/ s)+ ( Xs+ Xr) ]155,522 1/ 2=0,03.314.[(0,4 + 0,2 / 0,03)+ (0,8 + 0,8)155,5I s ==2,28 A68,24Pd= 2,28².(0,2/0,03).(1-0,03)Pd= 33,61W• Motorun ürettiği hız,ωr= Td / Pdωr= 9,78 / 33,61= 0,29ωr= 0,29.30/πωr= 2,77d/dak.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 10]

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• b) Bir fazlı üniversal motorunsürülmesi durumunda,• Motora uygulanan gerilim,αV O ( rms )= VS( rms )1−+πVo= 220.√0,5= 155,56V• Motorun ürettiği hız,sin 2α2πω= (155-5.0,25.0,25) / 0,2.5ω= 152,5rad/s= 1457d/dak.• Mtorun ürettiği tork,Td= k.If.Ia= k.(Ia)²Td= 0,71.(5)²= 17,754- Motorun ürettiği güç,Pd= Td.ωPd= 17,75.152,5= 2,7kW• Üç fazlı AC kıyıcılı sürücü;• Bilindiği gibi 3 fazlı asenkronmotorlarda etkin hız kontrolu,frekans kontrolu sayesindesağlanabilmektedir.• Fakat bu tür motorlara yol verme,tork ve sabit yük altında hızkontrolu için 3 fazlı faz açısıkontrollu AC kıyıcı devreleri deyaygın olarak kullanılmaktadır.• Yine bilindiği gibi 3 fazlı asenkronmotorların, sincap kafesli(kısadevreli) ve sargılı rotorlu(bilezikli) olmak üzere 2 türübulunmaktadır. AC kıyıcılısürücüler sincap kafesli motorlarınkontrolunda kullanılmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 11

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Aşağıdaki Şekil-11.6’da üç fazlısincap kafesli bir asenkronmotorun, 3 fazlı faz açısı kontrolluAC kıyıcılı sürücü ile kontroledilmesi görülmektedir. Yantaraftaki Şekil-11.7’de ise dalgaşekilleri görülmektedir.3 fazlı AC kıyıcı devresiV man bn cnV S(faz)V palsT1-T4αT1-ilt. T4-ilt. T1-ilt.ωtωtIfV palsT3-T6T6-ilt. T3-ilt. T6-ilt.ωt3 FazKaynakαSincapkafeslirotorω, TdV palsT5-T2T5 T2-ilt. T5-ilt. 20,5 0,5√3.Vm/2 Vab VacV Oωtωt0,5 0,5Vab VacM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 12

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.6 ve 7’den görüldüğü gibi,3 faz sincap kafesli asenkronmotorun yıldız bağlı statorsargıları AC kıyıcı üzerindenbeslenmektedir. Böylelikle motoraaktarılan güç arttırılıp azaltılarakmotorun kontrolu yapılmaktadır.• Motor, asenkron motor yapısındaolduğu için eşitlikleri de asenkronmotorun eşitlikleri ile aynıdır.• Birkaç yüz watt seviyesinden 10-15kW seviyelerine kadar olangüçlerde kullanılan bu motorlarucuz olmaları bakımsız olması vetemel kontrolunun kolay olmasıaçısından pek çok cihazda tercihedilmektedir.• Şekil-11.6 ve 7’den hareketle;1- Stator gerilimi (yıldız bağlantı),5 α sin 2αV O ( rms)= 6. VS+ + +24 4π16πTd2- Giriş gücü,Pi= 3.Vs.Is.cosφ3- Motorun ürettiği güç,Pd= 3.(Is)².(Rr/s).(1-s)3 cos 2α16π4- Motorun ürettiği tork (moment),Td= Pd / ωrveya,=s.ω .[( Rseşitliği kullanılarakbulunabilecektir.s23. Rr.VO2+ R / s)+r( Xs+Xr)2]M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 13

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER5- Döner alan hızı,ωs= 2.(2.π.fs) / p6- Motor hızı,ωr= ωs.(1-s)7- Kayma, s= (ωs-ωr) / ωs• Eşitliklerden görüldüğü gibimotorun ürettiği tork ve güçaşağıda Şekil-11.8’de görülen vedaha önce açıklanmış olaneşdeğer devre parametrelerikullanılarak bulunabilmektedir.+Vs-IijXmjXs Rs jXrIs=IrRr/s• Örnek:• 380V/220V-50Hz şebekede, üçfazlı faz açısı kontrollu AC kıyıcıdevresi kullanılarak,• a) Gerilimi 380V/220V-50Hz,kayması %3 olan, üçgen bağlı, 2kutuplu, Rr= 0,2Ω Rs= 0,4Ω Xr=Xs= 0,8Ω olan üç fazlı asenkronmotor sürüldüğünde, bu motorusüren AC kıyıcının uyarmaaçısının 90º olması durumu için,motora uygulanan gerilimi,motorun ürettiği tork, güç ve hızıhesaplayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 14

TdT dXI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Çözüm:• a) Sincap kafesli 3 faz motor için;• Motora uygulanan gerilim,α sin 2αV O ( rms )= 3 . VS( rms )1 − +π 2ππ / 2 sin 2.90V O ( rms )= 380 1−+π 2ππVO ( rms )= 380 0,5 = 268, 7• Motorun ürettiği tork,2= 3. Rr. VO22s.ω s.[(Rs+ Rr/ s)+ ( Xs+ Xr) ]23 .0,2 .268 ,7=220 ,03 .314 .[( 0 ,4 + 0,2 / 0,03 ) + (0 ,8 + 0 ,8) ]43320T d= = 87 , 6 Nm494 ,5V• Motorun ürettiği güç,Pd= (Is)².(Rr/s).(1-s)I= Os22 1/ 2s. ω s.[(Rs+ Rr/ s)+ ( Xs+ Xr) ]268,7I s=22 1/ 2V0,03.314.[(0,4 + 0,2 / 0,03)+ (0,8 + 0,8)268,7I s ==3,94 A68,24Pd= 3.3,94².(0,2/0,03).(1-0,03)Pd= 301,15W• Motorun ürettiği hız,ωr= Td / Pdωr= 87,6 / 301,15= 0,29ωr= 0,29.30/πωr= 2,77d/dak.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 15]

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• 2- Rotor Voltaj Kontrollu ACMotor Sürücüler;• Bilindiği gibi yüksek güçlerde 3 fazlısargılı rotorlu (bilezikli) asenkronmotorlar kullanılmaktadır.• Bu tür motorlarda kaynaktançekilen güç çok yüksek olduğu içingenellikle stator devresi kaynağadoğrudan bağlanmakta, motorunkontrolu ise bilezikler yardımıylamotor dışına çıkarılmış olan rotoruçları üzerinden yapılmalıdır.• Dolayısıyla bilezikli asenkronmotorların kontrolunda sincapkafeslilerde kullanılan stator voltajkontrolu yerine “Rotor VoltajKontrolu” yöntemi kullanılmaktadır.• Bilezikli asenkron motorlarınkontrolunda kullanılmakta olanrotor voltaj kontrolu yöntemi,1- DC kıyıcılı rotor voltaj kontrolu,2- Konvertörlü rotor voltaj kontrolu,olmak üzere iki farklı yöntemkullanılmaktadır. Şekil-11.9’da DCkıyıcılı kontrol yöntemi, Şekil-11.10da ise dalga şekilleri görülmektedir.3FazASMR S TŞebekeUVkWLCIoPWMT+Vr-RM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 16

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLERV mV O10-20VV kV mV RV mV TI mI OI mI Rt1 Tωtωtωtωtωtωt• Şekil-11.9 ve 10’dan hareketle;1- Rotor gerilimi,Vr= Io.R.(1-k) veya,Vr= 3.√3.√2.Er / π = 2,3394.ErVr= 2,3394.(s.Vs.a)2- Üretilen güç,Pd= (1-s).Vr.Io / s veya,Pd= TL.ωs.(1-s)3- Rotor akımı,Io= Pd / Vr = TL.ωs / 2,3394.Vs.a4- Kayma,Io.R.(1-k) = 2,3394.(s.Vs.a) ise,s= Io.R.(1-k) / 2,3394.Vs.a5- Motor hızı,ωr= ωs.(1-s)= 2.(2.π.f).(1-s) / pM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 17

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Yukarıda verilen eşitliklerde,Vr: Rotor kontrol devresi çıkışındakigerilim,Er: Rotorda endüklenen gerilim,R: Rotor kotrol direnci,Io: Rotor devresinden çekilen akım,k: Kontrol devresi etkin peryodu,s: Kayma,a: motorun dönüştürme oranı,Pd: Rotor devresinde üretilen güç,TL: Yük momenti,ωs: Döner alan hızı,f: Şebeke frekansı,p: Motorun kutup sayısı,olarak gösterilmiştir.• Bilindiği gibi, bilezikli asenkronmotorlarda rotor uçları açık devrebırakılırsa motorda dönme hareketioluşmuyor, motor sadece birtransformatör gibi gerilim üretir.• Motorun rotor devresi bir reostagrubu il kontrollu olarak açıkdevreden kısa devreye doğrugötürülerek motora yol verilmekteve hız kontrolu yapılabilmekte idi.• Şekil-11.9 ve 10 ile eşitliklerdengörülebileceği gibi, klasik yöntemdereosta ile yapılan kontrol yerineburada rotor gerilimi doğrultulup Bsınıfı bir DC kıyıcı ile kontrol direnciüzerine aktarılmakta ve kontrolgerçekleştirilmektedir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 18

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.9’da verilen rotor voltajkontrol devresinde rotorda oluşangüç kontrol direnci “R” üzerindekontrollu olarak yakılmaktadır.• Özellikle çok yüksek güçlerdekullanılan bilezikli motorlarda buşekilde bir kontrol çok büyük enerjikayıplarına yol açmakta ve sisteminverimini düşürmektedir.3FazASM• Bu noktadan hareketle rotordevresinde direnç üzerindeharcana bu gücün kaynağa geriaktarılabileceği fikri doğmuş ve bufikirden hareketle de aşağıdakiŞekil-11.11’de görülen konvertörlürotor voltaj kontrol devresi (statikkramer sürücü) geliştirilmiştir.3 Fazlı Şebeke+ -3FDoğr. 3F K.Doğr.RSTa3 FazlıTransformatörα>90º3F Tam Kont. Doğr.Sürücü DevresiM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 19

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.11’den görüldüğü gibi,statik kramer sürücü devresi ile,bilezikli asenkron motorunrotorunda endüklenen gerilim,doğrultulup filtre edilmekte dahasonra da uyarma açısı α= 90º ile180º arasında kontrol edilen üçfazlı tam kontrollu bir doğrultucu ve3 fazlı bir transformatör üzerinden 3fazlı şebekeye aktarılmaktadır.• Burada kontrollu doğrultucu 90derecenin üzerindeki açılardaçalıştırılarak, pasif halde tutulmaktave rotorda indüklenip doğrultulangerilimi şebeke frekansındaanahtarlayarak transformatörünprimer devresine aktarmaktadır.• Şebekeye göre seviyesi düşük olanbu gerilim, uygun dönüştürmeoranında seçilmiş olantransformatör yardımıyla şebekegerilim seviyesine getirilerekşebekeye beslenmektedir.• Motorun kontrolu gerektiğinde “α”uyarma açısı 90 derece ile 180derece arasında ayarlanarak rotordevresindeki enerji şebekeyeistenilen oranda aktarılmaktadır.• Şebekeye aktarma seviyesine görerotor devresinden çekilen akımdeğişeceği için motorun kaymasıdolayısıyla da hızı kontrol edilmişolmaktadır. Bu yöntemle motor yolverme, hız ve tork kontrolu yapılır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 20

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.11’den hareketle;1- Rotor gerilimi,Vr= 3.√3.√2.Er / π = 2,3394.ErVr= 2,3394.(s.Vs.a1)2- Üretilen güç,Pd= TL.ωs.(1-s)3- Rotor akımı,Io= Pd / Vr = TL.ωs / 2,3394.Vs.a14- Kayma,s= (ωs-ωr) / ωsveya,s= -a1.cosα / a25- Motor hızı,ωr= ωs.(1-s)= 2.(2.π.f).(1-s) / polarak bulunabilecektir.• Yan tarafta verilen eşitliklerde,Vr: Rotor kontrol devresi çıkışındakigerilim,Er: Rotorda endüklenen gerilim,R: Rotor kotrol direnci,Io: rtor devresinden çekilen akım,k: Kontrol devresi etkin peryodu,s: Kayma,a1: Motorun dönüştürme oranı,a2: Transformatörün dönşt. oranı,Pd: Rotor devresinde üretilen güç,TL: Yük momenti,ωs: Döner alan hızı,f: Şebeke frekansı,p: Motrun kutup sayısı,M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 21

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Örnek:• a) 3 fazlı 460V-60Hz, 6 kutuplubilezikli asenkron motor, dc kıyıcıile kontrol edilmektedir. Rs ve Rr=0,04Ω , Xs= 0,29Ω ve Xs= 0,44Ω,Xm= 6,1Ω’dur. a1= 0,9 ve sabit Idolduğuna ve motor 750Nm yükaltında 1175d/dak. ile döndüğünegöre motorun 800d/dak. hızdamomentini ve rotor akımı bulunuz.• a) Yukarıda özellikleri verilen 3fazlı bilezikli asenkron motor,toplam dönüştürme oranı a2= 0,4olan konvertörlü sürücü ile kontroledilmektedir. Motorun 1050d/dak.hızdaki momentini ve rotor akımınıbulunuz.• Çözüm:• a) DC kıyıcılı çalışmada, 800d/dak.hızda tork,TL= TL1.ω1 / ω2TL= 750.(800 / 1175)²= 347,67NmRotor akımı,Io= TL.ωs / 2,3394.Vs.aωs= 2.2.π.f/p=2.2.3,14.60/6= 125,6Vs= Vf= Vh / √3= 460 / √3= 265,6VIo=347,67.125,66/2,3394.265,6.0,9Io= 78,13Ab) Konvertörlü çalışmada,TL= 750.(1050 / 1175)²= 598,9NmIo=598,9.125,66/2,3394.265,58.0,9Io= 134,6AM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 22

ÖDEV-13• 11.3) 380V/220V-50Hz şebekede, üç fazlı faz açısı kontrollu AC kıyıcı devresikullanılarak, gerilimi 380V/220V-50Hz, kayması %3 olan, üçgen bağlı, 2 kutuplu, Rr=0,2Ω Rs= 0,4Ω Xr= Xs= 0,8Ω olan üç fazlı yıldız bağlı asenkron motor sürülmektedir.Bu motoru süren AC kıyıcının uyarma açısının 60º olması durumu için,a) Sistemin açık şemasını tam olarak çiziniz ve devrelerin görevlerini maddelerhalinde belirtiniz.b) Devrenin çalışma dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Motora uygulanan gerilimi, motorun ürettiği torku, motorun ürettiği gücü ve hızınıhesaplayınız.• 11.4) 3 fazlı 460V-60Hz, 6 kutuplu bilezikli asenkron motor, dc kıyıcı ile kontroledilmektedir. Rs ve Rr= 0,04Ω , Xs= 0,29Ω ve Xs= 0,44Ω, Xm= 6,1Ω’dur. a1= 0,9 vesabit “Id” olduğuna ve motor 700Nm yük altında 1200d/dak. ile döndüğüne göre,a) Sistemin açık şemasını tam olarak çiziniz ve devrelerin görevlerini maddelerhalinde belirtiniz.b) Devrenin çalışma dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Motorun 900d/dak. hızda döndürülmesi durumunda üretmiş olduğu momenti verotor devresinden çekilen akımı bulunuz.

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• 3- Stator Voltaj ve FrekansKontrollu AC Motor Sürücüler;• Günümüzde, düşük ve ortagüçlerde özellikle hız, yön vehareket kontrolu gereken yerlerde,doğru akım motorları yerine dahaucuz olan ve bakım gerektirmeyensincap kafesli asenkron motorlartercih edilmektedir.• Bu tercihin artmasındaki en büyüketken ise günümüzde oldukçagelişmiş ve ucuzlamış olaninvertörlü sürücülerdir.• Bu tür sürücülerde doğrultulup filtreedilen şebeke gerilimi 0-120Hz ve0-220/380Vac arasında ayarlanarakmotor kontrol edilmektedir.• Stator voltaj ve frekans kontrolundaasenkron motor, anma hızınınaltında ve üstünde kontroledilebilmektedir.• Bilindiği gibi asenkron motorlardayükten ve kaynaktan bağımsızolarak hız kontrolu yapabilmek içindöner alan hızını kontrol etmekgerekmektedir.• Anma hızının altında kontrolyapılması sırasında frekansıdüşürmek gerekmektedir. Fakatfrekans düştüğünde motorbobinlerinin endüktif reaktansları da(XL) düşeceği için motor aşırı akımçekecektir. Bu durumu engellemekiçin gerilimin düşürülmesi gerekir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 24

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Bu durumda, anma hızının altındakontrol yapılması gerektiğinde“V/f kontrolu” olarak isimlendirilen“değişken genlik ve frekans fakatsabit gerilim/frekans oranı” kontroluuygulanması gerekmektedir.• Anma hızının üstündeki hızkontrolunda ise frekansyükseltilmesine rağmen genlik sabitbırakılarak “frekans kontrolu” olarakisimlendirilen farklı bir kontrolyöntemi kullanılmaktadır.• Bu yöntemde anma hızının üzerineçıkmak için invertör çıkış frekansıkaynak frekansının üzerineçıkarılmakta ve buna bağlı olarakda sargıların XL’i artmaktadır.• Bu durumda, invertör çıkış genliğinikaynağa bağlı olarak oluşan enyüksek çıkış değerinden dahayukarıya çıkarmak mümkünolmadığı için motorun stator akımıfrekans yükseldikçe düşmekte vebu da motorun ürettiği torkundüşmesine yol açmaktadır.Aşağıdaki Şekil-11.13’de kontrolsırasında motorun tork-hız eğrisinindeğişimi görülmektedir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 25TSabit Tork Bölg.Anma hızının altı ωs Anma hızının üstüω

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• 3 fazlı sincap kafesli asenkronmotorların anma hızının altında veüstünde kontrol edilmesinisağlayan “stator voltaj ve frekanskontrolu” yönteminin uygulanmasısırasında, amaç motorun hızkontrolunu sağlamak olduğu için“gerilim kaynaklı PWM invertör”(VSI) devreleri kullanılmaktadır.• Yan tarafta görülen Şekil-11.14’destator voltaj ve frekans kontrollusürücü türlerinin blok bağlantılarıgörülmektedir.• Şekillerden görüldüğü gibi geriliminkontrol edildiği devreye göre üçfarklı sürücü devresi tasarlamakmümkün olmaktadır.3F3F1 veya 3FazlıKontrolsuzDoğrultucuve FiltreDC3 FazlıGerilimKaynaklıĐnvertör(VSI)3FŞekil-11.14a1 veya 3FazlıKontrolsuzDoğrultucuve FiltreŞekil-11.14bŞekil-11.14cDCASınıfıDCKıyıcıDevr.DCk (V)fk (V)3 FazlıGerilimKaynaklıĐnvertör(VSI)f3F3F1 veya 3FazlıKontrolluDoğrultucuve FiltreDC3 FazlıGerilimKaynaklıĐnvertör(VSI)3Fα (V)f3FASM3FASM3FASMωωωM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 26

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.14a’da görülen stator voltajve frekans kontrollu sürücü blokşemasında, öncelikle gerekli olangüce göre şebeke gerilimi 1 fazlıveya 3 fazlı kontrolsuz doğrultucudevresi kullanılarak doğrultulupfiltre edilmektedir.• Buradan elde edilen sabit DCgerilim kontrol edilmek üzere 3 fazlıgerilim kaynaklı invertöre (VSI)uygulanmıştır.• Đnvertör çıkışında ise motorukontrol etmek üzere 3 fazlı ACgerilim elde edilmektedir. Eldeedilen bu gerilimin hem genliği (k),hem de frekansı (f) doğrudaninvertör üzerinden kontroledilmektedir.• Şekil-11.14b’de görülen sürücü blokşemasında ise, yine gerekli olangüce göre şebeke gerilimi 1 fazlıveya 3 fazlı kontrolsuz doğrultucuile doğrultulup filtre edilmekte,çıkışta elde edilen DC gerilim bir Asınıfı DC kıyıcı kullanılarakayarlanabilmektedir.• Đnvertör ise, girişine uygulanangerilimin sadece frekansını kontrolederek motora uygulamaktadır.• Şekil-11.14c’de görülen blokşemada ise, şebeke gerilimiistenen güce göre 1 veya 3 fazlıkontrollu doğrultucu ile doğrultulupinvertör girişine uygulanmıştır.Đnvertörde ise sadece frekanskontrolu yapılmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 27

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Yan tarafta Şekil-11.15’desürücünün çıkışında yer alangerilim kaynaklı PWM invertörünçıkış dalga şekilleri görülmektedir.• Sürücü devresiyle ilgili bazıeşitlikler ise aşağıda verilmiştir.• Gerilim / Frekans oranı,V mV SV mV abV mV bcT1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5T1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5ωtωtωtd= Vo / ωs1 = Vs / ωs• Frekans değiştirme oranı,β= ωs1 / ωs• Kayma,V ca2V m /3V m /3V anωtωts= (ωs1-ωr) / ωs1s= 1-(ωr / ωs1)2V m /3V bnωt• Üretilen tork,Td= 3.Rr.(Va)²/s.β.ωs.[(Rs+Rr/s)² + (β.Xs+β.Xr)²]V cnωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 28

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Örnek:• 3 fazlı 460V-60Hz-1750d/dak, 4kutuplu yıldız bağlı asenkronmotor, VSI sürücü ile kontroledilmektedir, Rs= 0,66 Rr= 0,38ΩXs= 1,14Ω Xr= 1,71Ω Xm= 33,2Ωs= 0,03 olduğuna göre,• a) Motor anma hızının 2 katınaçıkarılmak istenirse invertör çıkışfrekansı ve motorun ürettiği torkne kadar olur?• b) Motor anma hızının yarısınadüşürülmek istenirse invertör çıkışfrekansı, invertör çıkış gerilimlerive motorun ürettiği tork ne kadarolur?• Çözüm:• a) Anma hızının 2 katında;Đnvertör çıkış frekansı,ωs= 2.ω / p = 2.2.π.fs / pωs= 2.2.3,14.60 / 4 = 188,4rad/sωs1= β.ωs= 2.188,4= 376,8rad/sω= ωs1.p / 2 = 376,8.4 / 2 = 753,6f= ω / 2π= 753,6 / 6,28= 120HzMotorun bu frekansta ürettiği tork,Td= 3.Rr.(Va)²/s.β.ωs.[(Rs+Rr/s)² + (β.Xs+β.Xr)²]Td= 3.0,38.(460/√3)²/0,03.2.188,4.[(0,66+0,38/0,03)² +(2.1,14+2.1,71)²]Td= 80408 / 2374 = 33,87NmM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 29

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• b) Anma hızının yarısında;Đnvertörün çıkış frekansı,ωs= 2.ω / p = 2.2.π.fs / pωs= 2.2.3,14.60 / 4 = 188,4rad/sωs1= β.ωs= 0,5.188,4ωs1= 94,2rad/sω= ωs1.p / 2 = 94,2.4 / 2 = 188,4f= ω / 2π= 188,4 / 6,28= 30HzĐnvertör çıkış gerilimi,d= Vs/ωs= (460/√3) / 188,4d= 1,4’de sabit olması gerekiyor.Vo= ωs1.d= 94,2.1,4Vo= 132,79V olmalıdır.NOT: Frekans düştüğünde akımınartmaması için voltaj düşmüştür.Motorun ürettiği tork,Td= 3.Rr.(Va)²/s.β.ωs.[(Rs+Rr/s)² + (β.Xs+β.Xr)²]Td= 3.0,38.(132,79)²/0,03.0,5.188,4.[(0,66+0,38/0,03)² +(0,5.1,14+0,5.1,71)²]Td= 20102 / 507,63 = 39,6NmNOT: Motor anma hızının altındaçalıştırıldığında ürettiği tork fazladeğişmeyip anma torku civarındaoluşmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 30

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• 4- Stator Akım ve FrekansKontrollu AC Motor Sürücüler;• Günümüzde, düşük ve ortagüçlerde özellikle tork, yön vehareket kontrolu gereken yerlerde,doğru akım motorları yerine dahaucuz olan ve bakım gerektirmeyensincap kafesli asenkron motorlaryoğun olarak tercih edilmektedir.• Bu tercihin artmasındaki en büyüketken ise günümüzde oldukçagelişmiş ve ucuzlamış olaninvertörlü sürücülerdir.• Bu tür sürücülerde doğrultulup filtreedilen şebeke akım kaynağı olarakkullanılıp motorun torku kolaylıklakontrol edilmektedir.• Stator akım ve frekans kontrolundaasenkron motor, anma torkununaltında etkin olarak kontroledilebilmektedir.• Bilindiği gibi asenkron motorlardayükten ve kaynaktan bağımsızolarak tork kontrolu yapabilmek içindöner alan hızını kontrol etmekgerekmektedir.• Anma torkunun altında kontrolyapılması sırasında amaç istenilenhızda çalışırken motorun torkunukontrol etmek olduğu için, invertörfrekansı istenilen hızın oluşmasıiçin gerekli olan frekansa ayarlanırve farklı bir hızda çalışmakistenmediği sürece sabit bırakılır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 31

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Bu durumda, torku sıkı kontrolaltında tutabilmek için invertörçıkışındaki akımı çok sıkı şekildekontrol etmek gerekmektedir. Bu daancak “akım kaynaklı invertör(CSI)” kullanılarak yapılabilir.• Motor akımının sıkı kontrolusayesinde Şekil-11.16’da görüldüğügibi motorun tork-hız eğrisiistenildiği gibi değiştirilebilir.TIs1Is2Is3Is4Anma hızının altıωsω3F• Aşağıdaki Şekil-11.17’de ise akımkaynak lı (CSI) invertör kullanılaraksincap kafesli asenkron motoruntork kontrolunun yapılabildiğisürücü devre blok yapılarıgörülmektedir.Şekil-11.17aŞekil-11.17b1 veya 3FazlıKontrolluDoğrultucuDevresiLIs3 FazlıAkımKaynaklıĐnvertör(CSI)fk (I)3F1 veya 3FazlıASınıfıL 3 FazlıAkım3F Kontrolsuz DC DC Is Kaynaklı 3FDoğrultucu Kıyıcı ĐnvertörDevresi Devr. (CSI)fk (I)3FASM3FASMTdTdM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 32

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.17a’da görülen stator akımve frekans kontrollu sürücü blokşemasında, öncelikle gerekli olangüce göre şebeke akımı 1 fazlıveya 3 fazlı kontrollu doğrultucudevresi ve endüktans kullanılarakdoğrultulup elde edilmektedir.• Buradan elde edilen sabit DC akımkontrol edilmek üzere 3 fazlı akımkaynaklı invertöre (CSI)uygulanmıştır.• Đnvertör çıkışında ise motorukontrol etmek üzere 3 fazlı AC akımelde edilmektedir. Elde edilen buakımın hem genliği (k), hem defrekansı (f) doğrudan invertörüzerinden kontrol edilmektedir.• Şekil-11.17b’de görülen sürücü blokşemasında ise, yine gerekli olangüce göre şebeke 1 fazlı veya 3fazlı kontrolsuz doğrultucu iledoğrultulup, A sınıfı bir DC kıyıcı vebir endüktans kullanılarak sabitkaynak akımı elde edilmektedir.• Đnvertör ise, girişine uygulanansabit akımın hem genliğini hem deistenen frekansını kontrol ederekmotora uygulamaktadır.• Her iki sürücü devresinde de akımkaynaklı invertör (CSI), motoruistenen frekansta çalıştırarakakımını yükten bağımsız olarak sıkıkontrol etmekte dolayısıyla da torkukolaylıkla denetleyebilmektedir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 33

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Yan tarafta Şekil-11.18’de isesürücünün çıkışında yer alan akımkaynaklı PWM invertörün çıkışdalga şekilleri görülmektedir.• Sürücü devresiyle ilgili bazıeşitlikler ise aşağıda verilmiştir.• Üretilen tork,I SI m /2I mI raI m /2I rbT1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5T1T6T5T1T6T2T1T3T2T4T3T2T4T3T5T4T6T5ωtωtωtTd= 3.Rr.(Xm.Is)²/s.ωs.[(Rs+Rr/s)² + (Xm+Xs+Xr)²]• Kalkınma torku (s=1 için),Tk= 3.Rr.(Xm.Is)²/I rcI mI m /2I aωtωtωs.[(Rs+Rr)² + (Xm+Xs+Xr)²]• Maksimum tork’daki kayma,I mI bωtsm= Rr / √[(Rs)²+(Xm+Xs+Xr)²]olmaktadır.I cωtM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 34

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Örnek:• 3 fazlı 460V-60Hz-1750d/dak, 4kutuplu yıldız bağlı asenkronmotor, 20A kaynak akımında CSIsürücü 40Hz’de 55Nm üretecekşekilde kontrol edilmektedir, Rs=0,66 Rr= 0,38Ω Xs= 1,14Ω Xr=1,71Ω Xm= 33,2Ω ve s=0,03olduğuna göre,• a) Motorun maksimum torktakikaymasını hesaplayınız.• b) Motorun kalkınma torkunuhesaplayınız.• Çözüm:• a) Maksimum torktaki kayma;sm= Rr / √[(Rs)²+(Xm+Xs+Xr)²]sm= 0,38 /√[(0,66)²+(33,2+1,14+1,71)²]sm= 0,38 / 36 = 0,01b) Kalkınma torku,ωs= 2.ω / p = 2.2.π.f / pωs= 2.2.3,14.40 / 4 = 125,6rad/sTk= 3.Rr.(Xm.Is)²/ωs.[(Rs+Rr)² + (Xm+Xs+Xr)²]Tk= 3.0,38.(33,2.20)²/125,6.[(0,66+0,38)² +(33,2+1,14+1,71)²]Tk= 502621 / 176288 = 2,85Nmolarak bulunabilir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 35

ÖDEV-14• 14.1) 3 fazlı 380V-50Hz-2950d/dak, 2 kutuplu yıldız bağlı asenkron motor,VSI sürücü ile kontrol edilmektedir, Rs= 0,56 Rr= 0,48Ω Xs= 1,34Ω Xr=1,61Ω Xm= 23Ω ve s= 0,035 olduğuna göre,a) Sistemin açık şemasını tam olarak çiziniz ve devrelerin görevlerinibelirtiniz.b) Devrenin çalışma dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Motor anma hızının 1,5 katına çıkarılmak istenirse invertör çıkış frekansıve motorun ürettiği tork miktarını hesaplayınız.• 14.2) 3 fazlı 380V-50Hz-2950d/dak, 2 kutuplu yıldız bağlı asenkron motor,30A kaynak akımında CSI sürücü 30Hz’de 75Nm üretecek şekilde kontroledilmektedir, Rs= 0,56 Rr= 0,48Ω Xs= 1,34Ω Xr= 1,61Ω Xm= 23Ω ves=0,035 olduğuna göre,a) Sistemin açık şemasını tam olarak çiziniz ve devrelerin görevlerinibelirtiniz.b) Devrenin çalışma dalga şekillerini değerleriyle birlikte çiziniz.c) Motorun maksimum torktaki kaymasını ve kalkınma torkunu hesaplayınız.

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• 5- AC MOTORSÜRÜCÜLERDE GERĐBESLEME;• Alternatif akım motorlarının hızveya tork kontrollarının yapılmasısırasında, motoru kontrol edensürücü devresinin etkin bir kontrolsağlayabilmesi için, kontrol edilenbüyüklüklerin (hız, tork, akım vb.)sezilerek sürücü devresinegeribeslenmesi gerekmektedir.• Bu sayede kontrol edilenbüyüklüğün istenilen seviyedeolup olmadığı sürekli olarakkontrol edilir ve istenen değerdensapma oluyorsa sürücü kontrollarıdeğiştirilerek oluşan sapma hızlıcave kolaylıkla giderilir.• Aşağıdaki Şekil-11.19’dageribeslemeli bir alternatif akımmotoru sürücü devresinin blokyapısı görülmektedir.• Şekilden görüldüğü gibi kullanıcıtarafından verilen kontrol işaretisürücü kontrol girişine doğrudanuygulanmayıp, motor çıkışındangelen gerçek hız bilgisi ilekarşılaştırılmaktadır.ViVgVkSürücüKontrolDevresiSÜRÜCÜGeribeslemeSürücüGüçDevresiSezmeDüzeneğiAltern.AkımMotoruM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 37

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Bu bölümde geribesleme kavramı,etkileri, yöntemleri ve yararlarıayrıntısıyla incelenecektir.• Alternatif akım motorlarında hızkontrolu ve/veya tork kontroluyapıldığında motorun istene hızdadönmesi veya istenen torku üretipüretmediği sürekli kontrol altındatutulmalıdır.• Ayrıca bu kontrol yapılırken hemmotorun hem de sürücü devrelerinsağlıklı çalışabilmesi vekorunabilmesi için akım, sıcaklıkvb. bilgileri de sürekli kontrolaltında tutulmalıdır. Bu kontrollarhem ac kıyıcılı hem de invertörlüsürücüler için geçerlidir.• Analog KontrolluGeribeslemeli Sürücü;• Alternatif akım motorlarındakullanılmakta olan iki temel sürücütüründen birisi olan analogkontrollu sürücü devreleri,mikroişlemci teknolojisi gelişenekadar kullanılmakta idi.• Günümüzde bu devreler yerinitasarımı kurulumu ve kontroludaha kolay olan mikroişlemcikontrollu sürücü devrelerebırakmaya başlamıştır.• Bu tür kontrol devrelerinde analogçıkışlı seziciler (sensörler)kullanılmakta ve opamp ağırlıklıbir devre kurulmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 38

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.20’de, anma hızının altında, analog kontrollu bir ac kıyıcılı sincapkafesli asenkron motor sürücü devresinin blok yapısı görülmektedir. Devredekontrol edilecek asenkron motorun 1 veya 3 faz oluşuna göre AC kıyıcılısürücü devresi 1 veya 3 fazlı olarak seçilmektedir.Vi +-VgVkAnalog HızKontrolDevresiIr Ik Analog VkAkım Kont.Devresi-IgAnalogUyarmaDevresiα1 veya 3 fazAC kıyıcılıSürücüVsAnalogHız SezmeDevresiωAnalogAkım SezmeDevresiIa1 veya 3 fazlısincap kafesliasenkronmotorMAkımSensörüVaAnalogHızSens.ωM.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 39

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.20’den görüldüğü gibi, 1veya 3 fazlı sincap kafesliasenkron motorun stator devresigeribeslemeli olarak kontroledilmektedir. Burada analoguyarma devreleri ile kontrol edilengüç devreleri analog kontrol içindaha uygun olan faz açısıkontrollu AC kıyıcılı sürücüdevresidir.• Bu sürücünün amacı hız kontroluolduğu için öncelikle hız bilgisisezilerek geri beslenmiş vedeğerlendirilmiştir. Ayrıca hemsürücünün hem de motorunsağlıklı çalışmasını ve güvenliçalışma için akım bilgisi desezilerek geri beslenmiştir.• Mikroişlemci KontrolluGeribeslemeli Sürücü;• Alternatif akım motorlarındakullanılmakta olan analog vemikroişlemci kontrollu sürücüdevrelerinden analog kontrollusürücü devreleri, önceki yıllardakullanılmakta idi.• Günümüzde ise kontroltekniklerinin gelişmesi vemaliyetlerin ucuzlaması sonucumikroişlemci kontrollu invertörlüsürücü devreleri kullanılmaktadır.• Bu tür kontrol devrelerinde lojikçıkışlı seziciler veya dönüştürücükullanılmakta, mikroişlemci uygunşekilde programlanmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 40

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.21’de, 3 fazlı sincap kafesli asenkron motorun, anma hızınınüstünde ve anma hızının altında hız kontrolunu yapılabilen, mikroişlemcikontrollu, gerilim kaynaklı (VSI) PWM invertörlü sincap kafesli asenkronmotor sürücü blok yapısı görülmektedir.ViMĐKROĐŞLEMCеC+ Vk Motor Hız Ir Ik Akım Kontr. PWM sinyalKontrolve Pals yalıtma vef, k-Bloğu-Üretme bl. güçlendirmeVgIgHızSezmeBloğuωAnalog DijitalDönüştürücü(ADC)Ia1 veya 3 fazlısincap kafesliasenkronmotorĐnvertörlüsürücüdevresiMωVsAkımSensörüVaLojikHızSens.M.Necdet YILDIZ MOTOR SÜRÜCÜ DERS NOTLARI 41

XI – AC MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-11.21’den görüldüğü gibi,yine 3 fazlı sincap kafesli birasenkron motorun stator devresigeribeslemeli olarak kontroledilmektedir.• Burada mikroilemci düzeneği ilekontrol edilen güç devreleridoğrultucu, dc kıyıcı ve PWMinvertör devrelerinden oluşur.• Şekilden görüldüğü gibi, analogkontrollu sürücüde olduğu gibiyine hız, akım ve gerilim bilgilerisezilmiş ve kontrol işaretlerininoluşturulabilmesi için ADC’lerdengeçirilerek mikroişlemciyeuygulanmıştır. Bu defa kontrolblokları µC içinde oluşturulmuştur.• Mikroişlemci içinde oluşturulan busanal kontrol blokları uygunprogramlamanın yapılmasısayesinde oluşmaktadır.• Analog yöntemde analog devreelemanları veya hazır entegredevreler kullanılarak oluşturulanbu blokların ihtiyaca göredeğiştirilmesi güçtür ve herseferinde farklı elektronik karttasarımı gerektirmektedir.• Mikroişlemci içinde oluşturulansanal kontrol blokları iseyazılımdaki küçük değişiklerlefarklı işlever üstlenebilirler. Ayrıcabu şekilde devre kopyalanması daengellenmiş olmaktadır.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONĐĞĐ DERS NOTLARI-4 42

Bölüm-12Servo MotorSürücülerMOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Elektrik motorları, çeşitli mekanikişlemlerin yapılması için çokyoğun olarak kullanılmaktadır. Buişlemlerde motor genellikle süreklidönmekte, motorun hızı, torku veyönü ayarlanarak da istenilenkontrol gerçekleştirilmektedir.• Motorlarda kullanılan bu klasikdönme kontrolunun yanısıra bir desınırlı hareket (servo) kontrolukullanılmaktadır. Bu kontroldamotor mili çoğu zaman 1 turdandaha küçük hareketlerigerçekleştirmektedir.• Motorlarda yapılan bu kontroltürüne servo (hareket) kontroludenilmektedir.• Sınırlı hareket (servo) kontrolu içinözel olarak üretilmiş olan motorlarve kontrol ünitelerikullanılmaktadır.• Sınırlı hareket kontrolundakullanılan motorları 2 ana grupaltında toplamak mümkündür.Bunlar;1) Adım (step) motorlar,2) Hareket (servo) motorlardır.• Bu bölümde öncelikle adım (step)motorlar, daha sonra da hareket(servo) motorlar ve bu motorlarınkontrol devreleri (sürücüleri)ayrıntılı olarak incelenecektir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU2

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• 1) STEP MOTORLAR;• Step (adım) motorlar, hareketkontrolunda kullanılmakta olanözel motor yapılarıdır.• Hareketleri diğer motorlardaolduğu gibi sürekli (kesintisiz)olmayan, derecesi belli adımlarhalinde hareket gerçekleştiren bumotorlarla, çok yavaş veya çokhızlı olarak tanımlanmış dönmehareketleri gerçekleştirilebilir.• Bu sayede step (adım) motorlarkullanılarak, yazıcılar, eğri çiziciler,kayıt cihazları, bilgisayar kontrollumakine tezgahları gibi pek çokuygulamalarda yaygın olarakkullanılmaktadır.• Step motorların kontrolu DCkaynak kullanılarak yapılmaktadır.Bu kaynak gerilimi, lojik kontroldevreleri, mikroişlemciler veyadoğrudan bilgisayar yardımıylaüretilen kontrol palsleri ile motorsargılarına uygun şekildeanahtarlanmaktadır.• Bu sayede istenilen hareketkontrolu geribeslemeye gerekduyulmaksızın tam ve kesin olaraksağlanabilmektedir.• Step motorlarda motor milininbütün hareket alanı tanımlanmışdurumdadır ve mil istenildiği kadartur attırılıp istenilen yerde çokkolaylıkla durdurulabilir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU3

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLERCÜLER• Step (Adım) Motorların TemelYapısı ve Bağlantıları;• Aşağıdaki Şekil-12.1’de temel(prensip) step motor yapısı vetemel kontrol bağlantısıgörülmektedir.GNDASargı-A• Şekil-12.1’den görülen stepmotor yapısında rotor sabitmıknatıstan, stator iseelektromıknatıs kutuplardanoluşmaktadır ve bu kutuplaristenildiğinde aktif halegetirilebilmektedir.S-AGNDSargı-DDGNDNSCBSargı-CSargı-BGNDS-BS-CS-DGNDDCKaynakM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU4

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-12.1’den görüldüğü gibi, stepmotorun elektromanyetik kutuplarıistenildiği zaman anahtarlaryardımıyla dc kaynağabağlanabilmektedir.• Bu motorda adım hareketleriyledönme oluşturulmak istendiğinde,1- Öncelikle “a” anahtarının “on”yapıldığını düşünürsek “a” sargısıenerjilenecek ve “a” kutbumıklatıslanarak rotorun bulunduğupozisyonda kilitlenmesinisağlayacaktır.2- “a” anahtarı açılıp “b” anahtarı“on” yapıldığıda ise “b” kutbumıklatıslanacak ve rotor saatyönünde 45º’lik bir adım atacaktır.• 3- “b” anahtarı açılıp “c” anahtarı“on” yapıldığında ise bu defa “c”kutbu mıknatıslanacak ve rotorsaat yönünde 45º’lik bir adım dahaatacaktır.• 4- “c” anahtarı açılıp “d” anahtarı“on” yapıldığında ise bu defa “d”kutbu mıknatıslanacak ve rotoryine saat yönünde 45º’lik bir adımatacaktır.• 5- “d” anahtarı açılıp “a” anahtarı“on” yapıldığında ise yeniden “a”kutbu mıknatıslanacak ve rotorsaat yönünde 45º’lik bir adım dahaatacaktır.• Bu durumda rotor bir turu 45º’lik 4adımda tamamlamış olacaktır.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU5

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Aşağıdaki Şekil-12.2’de ise stepmotorun çalışması dalga şekilleriile ifade edilmektedir.V mV SV mV AV mV BV mV CV mV Dt1 t2 t3 t4ωtωtωtωtωt• Burada, sargılara uygulanangerilimin frekansı yapılacakhareketin türüne göre 0Hz’denbaşlayarak motorun izin verdiği enyüksek frekanslara kadarçıkabilmektedir.• Tabii ki burada her zaman tekamaç motora tur attırmak değildir.Bazı uygulamalarda ise motora birtam turu tamamlatmadan yarımveya çeyrek turluk hareketler deyaptırılabilmektedir.• Burada motorun saat yönündehareketi gösterilmiştir. Eğer motorsaatin ters yönünde döndürülmekistenirse sargıların uyarılması A,D, C, B şeklinde ters çevrilmelidir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU6

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-12.1’de gösterilen stepmotor prensip yapısında motoradımları 45º’dir ve bu şekildeyapılacak hareket kontrolu çokkaba olacaktır.• Uygulamada gerçek step motoryapılarında ise stator ve rotor “çokkutuplu” olarak imal edilmekte vekutup sayısı arttırıldıkça “adımaçısı” olarak isimlendirilen, rotorunher bir adımda yaptığı hareketinderecesi küçülmektedir.• Bugün step motorların adım açıları0,5 derecelerin altına kadarindirilmiştir. Bu sayede de çokhassas hareket kontrollarıgerçekleştirilebilmektedir.• Step motorlarda çok sayıda statorkutbu elde edebilmek için çoksayıda stator sargısı kullanmayagerek yoktur. Bir sargı birden fazlakutbu kontrol edecek şekildesarılmaktadır. Bu sargıların çeşitlibağlantıları aşağıda Şekil-12.3’deaçık olarak görülmektedir.Sargı-AASargı-ASargı-ASargı-B Orta UçBO1Sargı-C Sargı-CSargı-CCCC Sargı-B Sargı-BSargı-DBBD Orta UçO2Ortak Uç Sargı-D Sargı-DODDŞekil-12.3a Şekil-12.3b Şekil-12.3cAAM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU7

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Step motorlarda rotor kutupsayısını arttırabilmek için iserotorda kullanılan sabit mıknatısaşağıdaki Şekil-12.4’de görüldüğügibi çok kutuplu olarak imaledilmektedir.SNSNSTATORS N SN NROTOR SNSNS SN S N• Şekil-12.3 ve 12.4’de görülenyapıya sahip olan step motordaistenilen yönde istenilen derecedeveya istenilen hızda hareketsağlayabilmek için iki farklı kontrolyöntemi kullanılmaktadır. Bunlar,1- Stator sargılarının çift yönlüolarak uyarılması,2-Stator sargılarının tek yönlüolarak uyarılmasıdır.• Step motordan istenen torkmiktarına ve istenen hassasiyetegöre bu kontrol yöntemlerindenbirisi kullanılabilmektedir.• Bu bölümde her iki yöntem dedevreleriyle birlikte ayrıntısıylaincelenecektir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU8

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• 1- Çift Yönlü Gerilimle Kontrol;• Çift yönlü gerilimle kontrolyönteminde step motor sargılarıŞekil-12.3c’de gösterildiği gibibağlanmakta ve aşağıdaki Şekil-12.5’deki gibi uyarılmaktadır.• Şekil-12.5’den görüldüğü gibi, seribağlı olan A-C sargıları 1. köprü ileB-D sargıları ise 2. köprü ile çiftyönlü olarak kontrol edilmektedir.• Motorun istenen hareketi içinköprüler uygun olarak sürülmelidir.+Vs-STATOR1. Köprü 2. KöprüT1T3T5T7A C B DROTOR I1I2T4T2T8T6k= %50frekansSaat(Clock)T1-T2-T3-T4-T5-T6-T7-T8Analog,Sayısal veyaMikroişlemciliKonrol DevresiM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU9

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Aşağıda Şekil-12.6’da prensipolarak gösterilen step motorun,Şekil-12.5’de gösterilen köprüleryardımıyla kontrolu yan taraftakiŞekil-12.7’de dalga şekilleri ileifade edilmiştir. Yapılan bu kontrolsayesinde step motora “TamAdım” attırılmaktadır. STATORSargı-AROTORA• Köprü-1 ve köprü-2 kullanılarakyapılan bu kontrol sayesinde güçlümıknatıslanma, dolayısıyla yüksektorklu bir hareket oluşmaktadır.V mV SV mV ACT1T2T5 T3 T7t1 t2 t3 t4T6 T4 T8ωtωtSargı-DDNSCBSargı-BV mV BDωtSargı-CM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU10

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Step motorlarda herhangi birbağlantı veya sürücü devredeğiştirmeden sadece kontrolmantığı değiştirilerek motora“Yarım Adım” attırmak mümkünolmaktadır.• Yan tarafta Şekil-12.8’de aynımotor ve devrenin STATOR yarım adımkontrol için gerekli olan dalgaşekilleri görülmektedir.ROTOR• Dalga şekillerinden görüldüğü gibitam adımlar gerektiğinde sadece1. veya 2. köprü uyarılmakta,yarım adımlar gerektiğinde ise ikiköprü birden uyarılarak rotorun ikikutup arasında konumlanmasısağlanmaktadır.V mV SV mV ACV mV BDT1T2T7T8T1T2T1T2T5T6T5T6T3T4T5T6T3T4T3T4T7T8T7T81 2 3 4 5 6 7 8ωtωtM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU11

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Yarım adım uyarması yapıldığındamotor 2 kat daha hassas şekildekontrol edilebilmektedir. Örneğinadım açısı 7,5º olan bir step motorbu kontrol yöntemi sayesindeadım açısı 3,75º olan bir stepmotor gibi çalıştırılabilmektedir.STATOR• Motoru saatin tersi yönündedöndürebilmek için ise Şekil-12.8’de görülen uyarı sıralamasıters olarak verilmelidir. ROTOR• Uygulamada bu şekilde bir kontrolgerçekleştirebilmek için Şekil-12.5’de verilen güç devresikurulabildiği gibi bu iş için özelolarak hazırlanmış olan entegredevreler de kullanılabilmektedir.• 2- Tek Yönlü Gerilimle Kontrol;• Tek yönlü gerilimle kontrolyönteminde step motor sargılarıŞekil-12.3a’da gösterildiği gibibağlanmakta ve aşağıdaki Şekil-12.9’daki gibi uyarılmaktadır.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU12+Vs-OT1 T2 T3 T4fk= %50A B C DSaat(Clock)T1-T2LT3-T4Mikroişlemciliveya Lojik Devre

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Aşağıda Şekil-12.10’da prensipolarak gösterilen step motorun,Şekil-12.9’da gösterilen devreyardımıyla kontrolu yan taraftakiŞekil-12.11’de dalga şekilleri ileifade edilmiştir. Yapılan bu kontrolsayesinde step motora “TamAdım” attırılmaktadır. STATORSargı-AROTORAV mV SV mV ANV mV BNt1 t2 t3 t4T1 T2 T3 T4ωtωtωtSargı-DDNBSargı-BV mV CNωtSCOrtak Uç(N)V mV DNωtSargı-CM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU13

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-12.11’den görüldüğü gibi herzaman diliminde sadece birtransistör uyarılarak sadece birsargının enerjilenmesisağlanmaktadır. Bu durumda damotor her uyarmada bir adımatmaktadır.STATOR• Şekil-12.10’da prensip olarakgösterilen step motorun, Şekil-12.9’da gösterilen aynı devre ile“Yarım Adım” Kontrolu ROTOR dayapılabilmektedir. Yanda Şekil-12.12’de yarım adım kontroluyapılması durumunda kontroldevresi tarafından sargılarauygulanan gerilimlerin dalgaşekilleri görülmektedir.VmVsVmVaVmVbVmVcVmVdT1T1T2T2T3T2T3T3T4T4T1T41 2 3 4 5 6 7 8M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU14ωtωtωtωtωt

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Şekil-12.12’den görüldüğü gibitam adım pozisyonlarında teksargı enerjilendirilmekte ve rotorunenerjilendirilen kutbun önündepozisyon alması sağlanmakta,yarım adım pozisyonlarında ise ikisargı birlikte enerjilendirilmekte verotorun iki kutup STATOR arasında (ortada)pozisyon alması sağlanmaktadır.• Bu sayede motorun mevcut adımaçısı yarıya indirilmiş ROTORolmaktadır.Fakat bu durumda yarım adımpozisyonlarında motor normalakımının iki katını çekmektedir.• Motorun ters yönde dönmesinisağlamak için ise yine uyarmaişaretleri ters uygulanmalıdır.• Step motorla ilgili eşitlikler;• Step motor, dc besleme gerilimikullanılarak sürücü devre yardımıile oluşturulan kesikli döner alanıbire bir takip eden “senkron motor”yapısındadır. Bu durumda,• Motor hızı;n(d/dak)= (adım açısı) x fc / 60• Motor gerilimi;Vm= Vs• Motor akımı;Im= Vm / Rm(Yarım adımlarda akım 2 katıdır.)• Eşitliklerde;fc: Clock (saat) frekansı.Rm: Motorun sargı direnci.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU15

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLER• Step Motor Sürücü EntegreDevreleri;• Step motorlar özellikle hareketkontrolunda çok yoğun olarakkullanıldıkları için bu motorlarıpratik olarak kontrol edebilmek içinpek çok entegre devre üretilmiştir.STATOR• Bu entegrelerden bazıları hemkontrol hem de güç devreleriniiçerirken bazıları da sadeceROTORkontrol veya sadece güçdevrelerini içerebilmektedir.• Son yıllarda kontrol dereleri yerinedaha çok PIC veya mikroişlemcikullanılmaktadır. Tabii ki bunlarınçıkışına yine uygun güç devreleribağlanmaktadır.• Düşük ve orta güçlerdeki stepmotorların kontrolunda çok yoğunolarak kullanılmakta olan stepmotor sürücü kontrol ve güçentegre ikilisi L297 ve L298entegre devreleridir.• Aşağıdaki Şekil-12.13a’da stepmotor kontrol devresi olaraktasarlanmış olan L297 entegresi,Şekil-12.13b’de ise özellikle stepmotorların çift yönlü gerilimlekontrolu için tasarlanmış olan veçift köprü içeren L298 entegresininiç yapısı görülmektedir.• L297 entegresi motorun ileri-geri,tam adım-yarım adım kontrollarınıkolaylıkla sağlayabilmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU16

Şekil12.13aXII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLERŞekil 12.13bSTATORROTORM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU17

XII – SERVO MOTOR SÜRÜCÜLERAşağıdaki şekilde, L297 kontrol entegresi ve L298 sürüsü entegresikullanılarak, bir step motorun çift yönlü gerilimle, yarım adım ve tamadım sürülmesi görülmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU18

ÖDEV-16• 16.1) Step motor kontrolunda kullanılmakta olan L297 ve L298 entegredevrelerinin bilgi yapraklarını inceleyerek yapıları, çalışmaları ve özellikleriniaçıklayan bir rapor hazırlayınız.• 16.2) Çalışma gerilimi 24V/sargı, akımı 4A/sargı ve adım açısı 7,5º olan 6uçlu step motorun,a) Çift yönlü gerilimle tam adım kontrolunu yapabilmek için uygun sürücüdevresini çiziniz.b) Çift yönlü gerilimle yarım adım kontrolunu yapabilmek için uygun sürücüdevresini çiziniz.c) Tek yönlü gerilimle tam adım kontrolunu yapabilmek için uygun sürücüdevresini çiziniz.d) Tek yönlü gerilimle yarım adım kontrolunu yapabilmek için uygun sürücüdevresini çiziniz.MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• 2) SERVO MOTORLAR:• Servo (hareket) motorları, stepmotorlar gibi yine hareketkontrolunda kullanılan motoryapılarıdır.• Bu motorların hareketleri stepmotorlarda olduğu gibi kesikli(adım) değil, normal ac ve ya dcmotorlarda olduğu gibi süreklidir.Servo motorların normalmotorlardan farkı ise hareketkontrolunda kullanıldıkları içingenellikle hızlarının düşüktorklarının ise çok yüksekolmasıdır. Bu da genellikle motormiline yerleştirilen redüktörlerlegerçekleştirilmektedir.• Servo motorların kontrolu DCkaynak kullanılarak yapılmaktadır.Bu kaynak gerilimi, lojik kontroldevreleri, mikroişlemciler veyadoğrudan bilgisayar yardımıylaüretilen kontrol palsleri ile motorsargılarına uygun şekildeanahtarlanmaktadır.• Servo motorlarda istenilen hareketkontrolu, geribesleme devre vedüzenekleri desteğinde tam vekesin olarak sağlanabilmektedir.• Servo motorların step motorlaraüstünlüğü adımlar halinde kesikkesik değil, çok düşük hızlardasürekli hareket edebilmeleridir.• Dezavantajı ise geribeslemeyeihtiyaç duymasıdır.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU20

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• Servo motorların genel özellikleriniaşağıdaki gibi sıralayabiliriz.1) Yüksek torka sahiptirler,2) Anma yükünün iki katına kadarani yüke dayanabilirler,3) Hem düşük, hem de yüksekdevirlerde kararlı çalışırlar,4) 1 ile 10.000 devir arasındakihızlarda üretilebilmektedirler,5) Çok düşük hızlarda süreklihareket edebilirler,6) Atalet momentleri küçük olduğuiçin ani hareketleri rahatlıklagerçekleştirebilirler,7) Birkaç Watt’dan birkaç kWatt’akadar yapılabilmektedir.• Servo motorların kullanıldığıyerlerden bazıları şunlardır,1) Bilgisayar hard disklerinde,2) Yazıcı ve çizicilerde (plotter),3) Endüstriyel hareket kontrolunda4) CNC tezgahlarında,5) Askeri silah sistemlerinde,6) Radar ve anten sistemlerinde,7) Enerji iletim ve dağıtımsistemlerinin otomasyonunda,8) AC regülatör sistemlerinde vb.• Tüm bu işlemlerde kullanılanservo motorlarda çalışmaşartlarına göre,a) Sürekli dönme kontrolu,b) Kesikli dönme kontrolu,yöntemleri kullanılmaktadır.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU21

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• Servo motorlar, DC servo motorlarve AC servo motorlar olmak üzereiki ana grupta toplanabilmektedir.• DC Servo Motorlar:• DC Servo Motorlar, temelde klasikDC motorlarla aynı yapıyasahiptirler. Bu motorlar, normal DCmotorlara göre daha küçükboyutta yapılmakta ve rotorlarıatalet momentini en az yapacakşekilde tasarlanmaktadır. Ayrıcayan taraftaki şekilde görüldüğügibi bu temel yapıya bir redüktör(dişli grubu) ve pozisyon algılayıcıdüzenekler eklenmiştir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU22

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• Bu tür motorlarda stator sargısıtarafından çok güçlü birmanyetik alan oluşturularak, anihareketlerde yüksek tork eldeedilebilmektedir. Bu nedenle bumotorlara “Tork Motorları” dadenilmektedir. Çok düşük devirsayılarından yüksek devirsayılarına kadar farklı hızlardayapılabilmektedirler.• DC servo motorların çaplarınormal motorlara göre dahaküçük fakat arkada bulunanpozisyon sezici ve çıkıştabulunan dişli grubu nedeniyleboyları daha uzundur.• DC servo motorlar genel olarak,1) PM Servo Motorlar,2) PC Servo Motorlar,olarak iki gruba ayrılmaktadır.• PM Servo Motorlar, aslında sabitmıknatıs uyartımlı motorlardır.Dolayısıyla bu tip motorlardasadece rotor kontrolugerçekleştirilebilmektedir.• PC Servo Motorlar ise aslındayabancı uyartımlı motorlardır.Dolayısıyla bu tip motorlardahem rotor hem de stator kontrolugerçekleştirilebilmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU23

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• AC Servo Motorlar:• AC Servo Motorlar da temeldeklasik AC motorlarla (asenkronmotor) aynı yapıya sahiptirler. Bumotorlar, normal asenkronmotorlara göre daha küçükboyutta yapılmakta ve rotorlarıatalet momentini en az yapacakşekilde tasarlanmaktadır.• Ayrıca yan taraftaki şekildegörüldüğü gibi bu temel yapıya DCservo motorlarda olduğu gibi, birredüktör (dişli grubu) ve yine birpozisyon algılayıcı düzeneklereklenmiş, hatta küçük güçlerdesürücü devresi de motor kasasıiçine yerleştirilmiş durumdadır.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU24

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• Bu tür motorlarda da yine statorsargısı tarafından çok güçlü birmanyetik alan oluşturularak, anihareketlerde yüksek tork eldeedilebilmektedir. Bu nedenle bumotorlara “Tork Motorları” dadenilmektedir. Düşük devirsayılarından yüksek devirsayılarına kadar farklı hızlardayapılabilmektedirler.• AC servo motorların çaplarınormal motorlara göre dahaküçük fakat arkada bulunanpozisyon sezici ve çıkıştabulunan dişli grubu nedeniyleboyları daha uzundur.• AC servo motorlar genel olarak,1) Đki Fazlı Servo Motorlar,2) Üç Fazlı Servo Motorlar,olarak iki gruba ayrılmaktadır.• Đki fazlı Servo Motorlar, aslındayardımcı sargılı motorlar gibidir.Sincap kafesli rotora sahip olanbu motorlarda stator kontrolugerçekleştirilebilmektedir.• Üç fazlı Servo Motorlar iseaslında üç fazlı asenkron (veyasenkron) motorlar gibidir.Dolayısıyla bu tip motorlarda dayine stator kontrolu yapılabilir.• Ayrıca farklı yapıda motorlar dapiyasada bulunmaktadır.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU25

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• 3) DC SERVO MOTORLARINSÜRÜLMESĐ;• 0 ile 5kW arası düşük güçlü sabitmıknatıs uyartımlı doğru akımmotorları ve bu tür servo motorlarpek çok alanda çok yoğun olarakkullanılmaktadır.• Kontrolu diğerlerine göre dahakolay ve performansları oldukçayüksek olan bu motorların kontroluiçin daha çok A ve E sınıfı dckıyıcılı sürücüler kullanılmaktadır.• Bu motorlarda yön kontrolugerekmiyorsa A sınıfı, yön kontrolugerekiyorsa E sınıfı kıyıcı tercihedilmekte ve bir PWM üreteciüzerinden motorun hız kontrolugerçekleştirilmektedir.• Daha önceden çalışma prensipleriayrıntısıyla açıklanan dc kıyıcılar,motorun kullanıldığı yere göre geribeslemesiz veya geri beslemeliolarak kullanılabilmektedir.• Bu tür motorların kullanıldığıyerlerde hız kontrolunun yanındagenellikle yön kontrolu da gerektiğiiçin E sınıfı dc kıyıcı daha çokkullanılmaktadır.• E sınıfı dc kıyıcı yapısındakullanılan köprü (H-Bridge) tekveya blok elemanlarla yapılabildiğigibi entegre yapısı içine gömülüolarak da kullanılabilmektedir.• Aşağıda A ve E sınıfı kıyıcıdevreleri görülmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU26

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLERAşağıdaki şekilde dc motorların sadece hız kontrolu için SG3525 entegresikullanılarak yapılmış olan A sınıfı sürücü devresi görülmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU27

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLERAşağıdaki şekilde ise küçük güçlü sabit mıknatıslı motorların yön ve hızkontrolunun yapılabildiği tek elemanlar kullanılarak yapılmış olan bir H köprüsü(E sınıfı) ve sürücüsü görülmektedir.Burada, A girişi “1” B girişi “0” yapıldığında, Q1 ve Q4 iletime geçmekte, motorileri yönde dönmekte, tersi uyarmada ise Q2 ve Q3 iletime geçmekte ve motorgeri yönde dönmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU28

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• Özellikle düşük güçlü DCmotorların yön kontrolu için yantarafta bilgi yaprağı görülen L298entegresi oldukça yaygınkullanılmaktadır. Görüldüğü gibibu entegre devre içinde 2A-46V’luk iki adet H köprüsübulunmaktadır. Aşağıda STATOR buentegre kullanılarak 4A’e kadarakım çeken dc motorların hız veyönlerinin kontrol ROTOR edilebildiği birdevre bağlantısı görülmektedir.• Ayrıca aşağıda verilen uygulamabağlantısında köprü çıkışındanalınan akım geribeslemesi ilekısadevre ve aşırı akım korumasıda gerçekleştirilmiş durumdadır.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU29

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLERL298 EntegresiĐç ve DışBağlantılarıSTATORROTORM.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU30

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLERAşağıdaki şekilde ise yine düşük güçlerde olan dc motorlar için L298entegresi kullanılarak yapılmış olan bir sürücü devresi görülmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU31

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLERAşağıdaki şekilde ise yine düşük güçlerde olan servo motorlar için PICkullanılarak yapılmış olan geribeslemeli sürücü devresi görülmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU32

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLER• 4) AC SERVO MOTORLARINSÜRÜLMESĐ;• 0 ile 5kW arası düşük güçlüsincap kafesli asenkron ve sabitmıknatıslı senkron motorlar veservo motorlar pek çok alanda çokyoğun olarak kullanılmaktadır.• Kontrolu diğerlerine göre dahakolay ve performansları oldukçayüksek olan bu motorların kontroluiçin daha çok PWM invertörlüsürücüler kullanılmaktadır.• Bu tür sürücüler kullanılarakasenkron ve senkron motor veservo motorların hem hız hem deyön kontrolu yapılabilmektedir.PWM üreteci üzerinden motorunkontrolu gerçekleştirilmektedir.• Daha önceden çalışma prensipleriayrıntısıyla açıklanan PWMinvertörler, motorun kullanıldığıyere göre geri beslemesiz veyageri beslemeli olarakkullanılabilmektedir.• Bu tür motorların kullanıldığıyerlerde hız kontrolunun yanındagenellikle yön kontrolu da gerektiğiiçin gerilim kontrollu PWM invertör(VSI) daha çok kullanılmaktadır.• Đnvertör yapısında kullanılan köprü(H-Bridge) tek veya blokelemanlarla yapılabildiği gibientegre yapısı içine gömülü olarakda kullanılabilmektedir. Aşağıdasürücü devreleri görülmektedir.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU33

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLERDSP (Dijital Sinyal Đşlemeli) 3 fazlı AC servo motor sürücü devresi.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU34

XII – SERVO MOTOR ve SÜRÜCÜLERMikroişlemci kontrollu 3 fazlı AC servo motor sürücü devresi.M.Necdet YILDIZ MOTOR SURUCU SĐST. DERS NOTU35

EGE Ü NĐVERSĐTESĐEGE MESLEK YÜKSEKOKULUGÜÇ ELEKTRONĐĞĐ LABORATUARIMOTOR SÜRÜCÜUYGULAMALARIHazırlayan:Yrd.Doç.Dr. M.Necdet YILDIZŞubat-2009M.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 1

Motor SürücüUYGULAMA - ITemelGüç ElektroniğiDevreleriGüç Elektroniği dersinin dördüncü uygulaması olan “Uygulama-4”de, Güç Elektroniğidüzeneklerinde yaygın olarak kullanılmakta olan temel güç devrelerinin test vekontrolları ayrıntılı olarak incelenecektir. Uygulaması yapılacak olan temel güçdevreleri;1- Üç Fazlı Yarım Dalga Kontrolsuz Doğrultucu,2- Üç Fazlı Tam Dalga Kontrolsuz Köprü Doğrultucu,3- Bir fazlı Yarım Kontrollu Köprü Doğrultucu,4- Bir Fazlı Faz Açısı Kontrollu AC Kıyıcı,5- A Sınıfı DC Kıyıcı Devresi,6- Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı PWM Đnvertör,Uygulama sırasında öncelikle her bir elemanın kabaca sağlamlık kontrolu yapılacak,daha sonra da temel güç devreleri kurularak çalıştırılacaktır. Uygulama kartındanelde edilen uyarma sinyalleri kullanılarak güç devrelerinin kontrol edilmesisağlanacaktır.Bu işlemler sonucunda hem devrelerin çalışması görülecek, hem de uyarma sinyallerikullanılarak bu güç devrelerinin kontrol edilmesi incelenebilecektir.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARI Sayfa 2

UYGULAMA-4.1Üç Fazlı Yarım DalgaKontrolsuz DoğrultucuAMAÇ:Üç fazlı AC şebekeyi kullanarak DC gerilim elde etmekte kullanılan devrelerden birisiolan Üç Fazlı Yarım Dalga Kontrolsuz Doğrultucu devresini ayrıntılı olarak incelemek.MALZEME:1) 1N4007 diyot – 3 adet,ĐŞLEM BASAMAKLARI:1) Üç fazlı yarım dalga kontrolsuz doğrultucunun çalışmasını inceleyebilmek içinaşağıda Şekil-4.1.1’de 1’de gösterilen devre bağlantısını güç elektroniği eğitim setiüzerinde kurunuz.Şekil 4.1.11 – Üç Fazlı Yarım Dalga Kontrolsuz Doğrultucu.M.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 3

2) Güç elektroniği eğitim setine enerji veriniz. Osilaskobun 1. Kanalındagörülecek olan 1. faz gerilimi ile osilaskobun 2. kanalında görülecek olan DCçıkış gerilimini değerleriyle birlikte aşağıya çiziniz.Ch1 - 01Ch2 - 02Şekil 4.1.2 – Üç Fazlı Yarım Dalga Kontrolsuz Doğrultucu Dalga Şekilleri.3) Yukarıdaki dalga şekillerinden 3 fazlı yarım dalga doğrultucu çıkış gerilimininoldukça düzgün bir DC olduğu gözlenmelidir.4) Voltmetre yardımıyla hem AC faz gerilimini hem de DC çıkış gerilimini ölçerekaşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.1.1 – Üç Fazlı Yarım Dalga Kontrolsuz Doğrultucu Gerilimleri.1. faz gerilimi (AC) DC çıkış (yük) gerilimi5) Elde ettiğiniz tüm sonuçları değerlendirip yorumlayınız ve raporlayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARI Sayfa 4

UYGULAMA-4.2Üç Fazlı Tam DalgaKontrolsuz DoğrultucuAMAÇ:Üç fazlı AC şebekeyi kullanarak DC gerilim elde etmekte kullanılan devrelerden diğeriolan Üç Fazlı Tam Dalga Kontrolsuz Doğrultucu devresini ayrıntılı olarak incelemek.MALZEME:1) 1N4007 diyot – 6 adet,ĐŞLEM BASAMAKLARI:1) Üç fazlı tam dalga kontrolsuz köprü doğrultucunun çalışmasını inceleyebilmekiçin aşağıda Şekil-4. 4.2.1’de gösterilen devre bağlantısını güç elektroniği eğitimseti üzerinde kurunuz.Şekil 4.2.1 – Üç Fazlı Tam Dalga Kontrolsuz Köprü Doğrultucu.M.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 5

2) Güç elektroniği eğitim setine enerji veriniz. Osilaskobun 1. Kanalındagörülecek olan 1. diyot gerilimi ile osilaskobun 2. kanalında görülecek olan DCçıkış gerilimini değerleriyle birlikte aşağıya çiziniz.Ch1 - 01Ch2 - 02Şekil 4.2.2 – Üç Fazlı Tam Dalga Kontrolsuz Köprü Doğrultucu Dalga Şekilleri.3) Yukarıdaki dalga şekillerinden 3 fazlı tam dalga köprü doğrultucu çıkışgeriliminin çok az dalgalı bir DC olduğu gözlenmelidir.4) Voltmetre yardımıyla hem AC hat gerilimini hem de DC çıkış gerilimini ölçerekaşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.2.1 – Üç Fazlı Tam Dalga Kontrolsuz Köprü Doğrultucu Gerilimleri.Hat gerilimi (AC)DC çıkış (yük) gerilimi5) Elde ettiğiniz tüm sonuçları değerlendirip yorumlayınız ve raporlayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARI Sayfa 6

UYGULAMA-4.3Bir Fazlı Yarım KontrolluKöprü DoğrultucuAMAÇ:Bir fazlı AC şebekeyi kullanarak ayarlı DC gerilim elde etmekte kullanılan devrelerdenbirisi olan Bir Fazlı Yarım Kontrollu Köprü Doğrultucu devresini ayrıntılı incelemek.MALZEME:1) BT151 (Tristör) – 2 adet,2) 1N4007 (diyot) – 2 adet.ĐŞLEM BASAMAKLARI:1) Bir fazlı yarım kontrollu köprü doğrultucunun çalışmasını inceleyebilmek içinaşağıda Şekil-4.3.1’de .1’de gösterilen devre bağlantısını güç elektroniği eğitim setiüzerinde kurunuz.Şekil 4.3.11 – Bir Fazlı Yarım Kontrollu Köprü Doğrultucu.M.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 7

2) Güç elektroniği eğitim setine enerji veriniz. Pals ayar potansiyometresini ortakonuma getiriniz. Osilaskobun 1. kanalında görülecek olan 1. tristör gerilimi ileosilaskobun 2. kanalında görülecek olan DC çıkış gerilimini değerleriyle birlikteaşağıya çiziniz (görüntüyü düzeltmek için, Ch2 inv. tuşna basınız).Ch1 - 01Ch2 - 02Şekil 4.3.2 – Bir Fazlı Yarım Kontrollu Köprü Doğrultucu Dalga Şekilleri.3) Yukarıdaki dalga şekillerinden 1 fazlı yarım kontrollu köprü doğrultucu çıkışgeriliminin kesik kesik oluştuğu gözlenmelidir.4) Pals ayar potansiyometresi orta konumda iken voltmetre yardımıyla hem ACgiriş gerilimini hem de DC çıkış gerilimini ölçerek aşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.3.1 – Bir Fazlı Yarım Yarım Kotrollu Köprü Doğrultucu Gerilimleri-1.Giriş gerilimi (AC)DC çıkış (yük) gerilimi5) Pals ayar potansiyometresi en baştan en sona kadar ayarlayarak DC çıkışgeriliminin en yüksek ve en düşük değerlerini voltmetre ile tesbit ediniz veaşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.3.2 – Bir Fazlı Yarım Yarım Kotrollu Köprü Doğrultucu Gerilimleri-2.En düşük DC çıkış gerilimiEn yüksek DC çıkış gerilimi6) Elde ettiğiniz tüm sonuçları değerlendirip yorumlayınız ve raporlayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARI Sayfa 8

UYGULAMA-4.4Bir Fazlı, Faz AçısıKontrollu AC KıyıcıAMAÇ:Bir fazlı AC şebekeyi kullanarak ayarlı AC gerilim elde etmekte kullanılan devrelerdenbirisi olan Bir Fazlı Faz Açısı Kontrollu AC Kıyıcı devresini ayrıntılı incelemek.MALZEME:1) BT137 (Triyak) – 1 adet,ĐŞLEM BASAMAKLARI:1) Bir fazlı faz açısı kontrollu AC kıyıcının çalışmasını inceleyebilmek için aşağıdaŞekil-4.4.1’de .1’de gösterilen devre bağlantısını güç elektroniği eğitim seti üzerindekurunuz.Şekil 4. .4.1 – Bir Fazlı Faz Açısı Kontrollu AC Kıyıcı.M.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 9

2) Güç elektroniği eğitim setine enerji veriniz. Pals ayar potansiyometresini ortakonuma getiriniz. Osilaskobun 1. kanalında görülecek olan triyak gerilimi ileosilaskobun 2. kanalında görülecek olan AC çıkış gerilimini değerleriyle birlikteaşağıya çiziniz (görüntüyü düzeltmek için, Ch2 inv. tuşuna basınız).Ch1 - 01Ch2 - 02Şekil 4.4.2 – Bir Fazlı Faz Açsı Kontrollu AC Kıyıcı Dalga Şekilleri.3) Yukarıdaki dalga şekillerinden 1 fazlı faz açısı kontrollu AC kıyıcı çıkışgeriliminin kesik kesik oluştuğu gözlenmelidir.4) Pals ayar potansiyometresi orta konumda iken voltmetre yardımıyla hem ACgiriş gerilimini hem de AC çıkış gerilimini ölçerek aşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.4.1 – Bir Fazlı FazAçısı Kontrollu AC Kıyıcı Gerilimleri-1.Giriş gerilimi (AC)AC çıkış (yük) gerilimi5) Pals ayar potansiyometresi en baştan en sona kadar ayarlayarak AC çıkışgeriliminin en yüksek ve en düşük değerlerini voltmetre ile tesbit ediniz veaşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.4.2 – Bir Fazlı FazAçısı Kontrollu AC Kıyıcı Gerilimleri-2.En düşük AC çıkış gerilimiEn yüksek AC çıkış gerilimi6) Elde ettiğiniz tüm sonuçları değerlendirip yorumlayınız ve raporlayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARI Sayfa 10

UYGULAMA-4.5A SınıfıDC KıyıcıAMAÇ:Sabit DC şebekeyi kullanarak ayarlı DC gerilim elde etmekte kullanılan devrelerdenbirisi olan A Sınıfı DC Kıyıcı devresini ayrıntılı incelemek.MALZEME:1) IRFZ44 (Mosfet) – 1 adet,ĐŞLEM BASAMAKLARI:1) A sınıfı DC kıyıcının çalışmasını inceleyebilmek için aşağıda ş Şekil-4.5.1’degösterilen devre bağlantısını güç elektroniği eğitim seti üzerinde kurunuz.Şekil 4.5.1 – A Sınıfı DC Kıyıcı.M.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 11

2) Güç elektroniği eğitim setine enerji veriniz. PWM ayar ve Frekans ayarpotansiyometrelerini orta konuma getiriniz. Osilaskobun 1. kanalında görülecekolan mosfet gerilimi ile osilaskobun 2. kanalında görülecek olan DC çıkış geriliminideğerleriyle birlikte aşağıya çiziniz (görüntüyü düzeltmek için, Ch2 inv. tuşunabasınız).Ch1 - 01Ch2 - 02Şekil 4.5.2 – A Sınıfı DC Kıyıcı Dalga Şekilleri.3) Yukarıdaki dalga şekillerinden A sınıfı DC kıyıcı çıkış geriliminin kesik kesik(kare dalga) oluştuğu gözlenmelidir.4) PWM ayar potansiyometresi orta konumda iken voltmetre yardımıyla hem DCgiriş gerilimini hem de DC çıkış gerilimini ölçerek aşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.5.1 – A Sınıfı DC Kıyıcı Gerilimleri-1.Giriş gerilimi (DC)DC çıkış (yük) gerilimi5) PWM ayar potansiyometresi en baştan en sona kadar ayarlayarak DC çıkışgeriliminin en yüksek ve en düşük değerlerini voltmetre ile tesbit ediniz veaşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.5.2 – A Sınıfı DC Kıyıcı Gerilimleri-1.En düşük DC çıkış gerilimiEn yüksek DC çıkış gerilimi6) Elde ettiğiniz tüm sonuçları değerlendirip yorumlayınız ve raporlayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARI Sayfa 12

UYGULAMA-4.6Bir Fazlı Gerilim KaynaklıĐnvertör (VSI)AMAÇ:Sabit DC şebekeyi kullanarak frekans ve genliği ayarlı AC gerilim elde etmektekullanılan devrelerden birisi olan Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı Đnvertör devresini ayrıntılıolarak incelemek.MALZEME:1) IRFZ44 (Mosfet) – 4 adet,ĐŞLEM BASAMAKLARI:1) Bir fazlı gerilim kaynaklı invertör devresinin çalışmasını inceleyebilmek içinaşağıda Şekil-4.6.1 ve 2’de gösterilen devre bağlantılarını güç elektroniği eğitimseti üzerinde kurunuz.Şekil 4.6.1 – Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı Đnvertör Güç Devesi.M.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 13

Şekil 4.6.2 – Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı Đnvertör Sürücü Devesi.2) Güç elektroniği eğitim setine enerji veriniz. PWM ayar ve Frekans ayarpotansiyometrelerini orta konuma getiriniz. Osilaskobun 1. kanalında görülecekolan Mosfet-1 gerilimi ile osilaskobun 2. kanalında görülecek olan AC çıkışgerilimini değerleriyle eriyle birlikte aşağıya çiziniz (görüntüyü düzeltmek için, Ch2 inv.tuşuna basınız).Ch1 - 01Ch2 - 02Şekil 4.6.3 – Bir Fazlı Gerilim Kaynakl Đnvertör Dalga Şekilleri.3) Yukarıdaki dalga şekillerinden bir fazlı gerilim kaynaklı PWM invertör çıkışgeriliminin AC kare dalga şeklinde oluştuğu gözlenmelidir.4) PWM ayar potansiyometresi orta konumda iken voltmetre yardımıyla hem DCgiriş gerilimini hem de AC çıkış gerilimini ölçerek aşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.6.1 – Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı Đnvertör Gerilimleri-1.Giriş gerilimi (DC)AC çıkış (yük) gerilimiM.Necdet YILDIZGÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARISayfa 14

5) PWM ayar potansiyometresi en baştan en sona kadar ayarlayarak AC çıkışgeriliminin en yüksek ve en düşük değerlerini voltmetre ile tesbit ediniz veaşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.6.2 – Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı Đnvertör Gerilimleri-2.En düşük DC çıkış gerilimiEn yüksek DC çıkış gerilimi6) Frekans ayar potansiyometresi orta konumda iken osilaskop yardımıyla hemPWM-1 uyarma sinyalinin frekansını hem de AC çıkış geriliminin freansını ölçerekaşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.6.3 – Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı Đnvertör Frekansları-1.PWM-1 uyarma sinyali frekansıAC çıkış (yük) gerilimi frekansı7) Frekans ayar potansiyometresi en baştan en sona kadar ayarlayarak AC çıkışgerilimi frekansının en yüksek ve en düşük değerlerini osilaskop ile tesbit edinizve aşağıdaki çizelgeye kaydediniz.Çizelge 4.6.4 – Bir Fazlı Gerilim Kaynaklı Đnvertör Frekansları-2.En düşük uyarma sinyali frekansıEn yüksek AC çıkış gerilimi frekansı8) Elde ettiğiniz tüm sonuçları değerlendirip yorumlayınız ve raporlayınız.M.Necdet YILDIZ GÜÇ ELEKTRONİĞİ UYGULAMALARI Sayfa 15