Kesintisiz güç kaynağı güç elektroniği notları

Elektronik konusunda bir çok bilginin bulunduğu bir döküman çeşitli hesaplamlar bilgiler formüller malzeme bilgileri bulunuyor. Hazırlayan emeği geçen kişilere teşekkürler.

RMS (Etkin Değer) ve Ortalama Değer

Alternatif bir akımın RMS değeri sabit bir direnç yükünden geçen ve aynı miktarda ısı enerjisi üreten DC akımın değerine eşittir. RMS Karesel Ortalama değer (Root Mean Square) anlamına gelir ve Etkin değer, Efektif değer olarak da isimlendirilir. Bir işaretin RMS değeri ayrık (dijital) olarak hesaplanırken su adımlar izlenir:

– İşaretin bir periyot boyunca belirli örnekleme zamanıyla genlik değerleri alınır
– Alınan bu değerlerin kareleri toplanır
– Bu toplam alınan örnek sayısına bölünür
– Bu bölümün karekökü alınır

Aktif Güç, Reaktif Güç

Direnç tipi bir yük gerilim kaynağından gerilimin çarpanı seklinde bir akım çekmektedir, ancak reaktif yüklerin çektigi akım direnç yükündeki gibi değildir. Reaktif yüklerde de hem gerilim hem de akım dalga şekilleri sinüzoidal olabilir ancak aralarında bir faz farkı vardır.

Reaktif yüklerde bir periyot süresince akım ve gerilim işaretleri aynı veya farklı olabilir. Akım ve gerilim işaretinin farklı olduğu noktalarda güç negatiftir ve güç akısı kullanıcıdan Şebekeye dogrudur. Şebekeden çekilen bu enerji kullanılmadan Şebekeye geri verilir ve bu dolasım sırada iletim hatlarındaki dirençlerden dolayı kayıplar oluşur. Yani reaktif güç Şebekeyle yük arasında salınan ancak kullanılmayan enerjidir.

Senkronizasyon: İki sinyalin frekans ve fazlarının aynı olmasıdır. KGK’larda By-Pass’tan eviriciye geçerken kesintisiz bir geçisin olabilmesi için evirici çıkısının ve By-Pass hattının gerilim ve frekansı değerlerinin aynı olması gerekir. Ayrıca bazı paralel çalısma durumlarında da KGK’lar çıkıslarını senkron hale gelecek düzeneklere sahip olmalıdır.

Güç Faktörü: Güç faktörünün, bir KGK sistemini boyutlandırırken önemli manaları vardır. Güç, birim zamandaki enerjidir ve DC devrelerinde gerilim ve akımın matematiksel çarpımı olarak ifade edilir (Güç=Volt x Amper). Fakat alternatif akımda bir karısıklık mevcuttur. Bazı AC akımları enerji saglamadan yüke girip çıkabilir. Reaktif veya harmonik akım adı verilen bu akım gerçek güçten fazla olan görünürdeki gücü arttırır. Görünür güç ve gerçek güç arasındaki bu fark güç faktörünün artmasına sebep olur. Görünür gücün birimi VA’dır. Bundan dolayı herhangi bir sistemdeki gerçek güç, güç faktörüyle VA değerinin çarpımıyla bulunur.

Harmonik ve THD (Total Harmonic Distortion, Harmonik Bozunum)

Belirli bir frekanstaki tüm periyodik dalga şekilleri kendi frekansının katlarındaki sinüs dalgalarının toplamına eşittir. Toplanarak periyodik dalgayı oluşturan sinüs dalgalarının her birine harmonik denilmektedir. Birinci harmonik analizi yapılan periyodik işaretle aynı frekanstadır ve temel bilesen olarak adlandırılır. .kinci harmonik temel bilesenin frekansının iki katıdır. Genel olarak ifade edilecek olursa n. harmonigin frekansı temel bilesenin frekansının n katıdır.

EMI-RFI

Anahtarlamalı bir çeviricide akım ve gerilimde çok hızlı değişimler meydana geldigi için yüksek frekanslı salınımlar oluşmaktadır. Bu salınımlar diger elektronik devrelerde ve güç elektroniği çeviricisinin kendi iç çalısmasında bozucu elektromanyetik girisimlere neden olurlar. Bu girisim EMI (Electromagnetic Interference) olarak adlandırılır. EMI radyasyon ve iletim olmak üzere iki biçimde iletilir. Anahtarlamalı güç elektroniği devreleri, kendilerini besleyen elektrik sistemine güç kabloları üzerinden iletim biçiminde gürültü yayarlar. Bu gürültü uzaya radyasyon yoluyla yayılan gürültünün birkaç katı daha büyügüdür.

Güç elektroniği devrelerinin metal gövde içine alınmaları, radyasyon yoluyla yayılan elektromanyetik kirliligi büyük ölçüde azaltır.

PFC (Power Factor Correction, Güç Faktörü Düzeltmesi)

Diyot ve tristörlerle elde edilen doğrultucular, yük tarafından çekilen akımın her anında Şebekeden akım çekmezler. Şebeke geriliminin tepe noktaları etrafında giristen akım çeker. Sinüzoidal Şebeke geriliminin tepe noktaları etrafında DC filtre kondansatörünün sarj akımı ve yük akımının toplamı Şebekeden çekilirken, sinüzoidal Şebeke geriliminin diger bölgelerinde yük akımı kondansatörde depolanan DC gerilimden saglanır.

Sinüzoidal giris geriliminin her bölgesinde gerilimle orantılı bir akım çekilmediğinden gerilimdeki çökmeler de sadece akımın çekildigi tepe bölgelerinde olur. Böylece AC giriş gerilimi tam sinüzoidal olmaktan çıkar, bozuk bir sinüzoidal gerilim olur. Tam sinüzoidal olmayan bir AC gerilim, AC ile çalısan tüm yüklerde verimsizliklere ve asırı ısınmalara neden olur. Ayrıca sinüzoidal olmayan akım çeken devrelerin güç faktörü 1’den düsük olduğundan aynı gücü elde etmek için daha fazla akım çekilmesi gerekir.

Bu da iletken keşitlerinin daha yüksek akımlar için artırılmasını gerektirir. Bu nedenlerle Şebeke geriliminden sinüzoidal akım çeken ve güç faktörü 1’e yakın olan, yani Şebeke gerilimini bozmayan ve gereksiz yüksek akımla yüklemeyen dogrultucular önem kazanmakta ve tercih edilmektedir. Aktif güç faktörü düzelten dogrultucular KGK’nın yapısına göre 1 fazlı veya 3 fazlı olabilir. Giris akımının sinüzoidal olabilmesi için giris akımının giris gerilimine benzetilmesi saglanır. Bu amaç için darbe genislik modülasyonu kullanılarak bir transistör anahtarlanır.

Transistörün iletimde ve kesimde kaldıgı süreler darbe genislik modülasyonu ile değiştirilerek akımın sinüzoidal olması saglanır. PFC’li KGK’larda güç faktörü 0,99 ve giris akım harmonikleri %5’in altında olmalıdır.

Avantajları:

• Giris akımı sinüzoidal olduğu için Şebeke geriliminde bozulmalara ve gereksiz yüksek akımlara neden olmaz.

• Giris akımı, DC çıkıs gerilimi ve yük akımı değerleri bir kontrol devresi ile istenilen değerlerde tutulabilir.

• Çıkıs gerilimi ve akımı istenilen değerlerde sınırlandırılabilecegi için hem eviricide, hem de akü grubunun sarj edilmesinde kullanılabilir.

Dezavantajları:

• Diğer dogrultucu türlerine göre daha fazla elemanla elde edildigi için boyutları ve maliyeti yüksektir.

• Diğer doğrultucu türlerine göre kayıpları daha fazladır ve verimi daha düsüktür.

• Devrenin tasarımı ve optimizasyonu zordur. Yüksek derecede güç elektroniği bilgisi gerektirir.

• Yüksek gerilimde anahtarlama yapıldıgından elektromanyetik gürültü kaynağıdır, elektromanyetik gürültünün mutlaka filtre edilmesi gerekir.

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor = Kapıdan yalıtımlı bipolar transistor)
PWM (Pulse Width Darbe Genislik Modülasyonu)
SPWM ((Sinüs Dalgalı Darbe Genislik Modülasyonu)
Watt Veya Volt-Amper
Sinüs Benzesimli (Kısmi Kare Dalga Eviriciler)
Rezistif (Direnç Tipi) Yük, Endüktif Yük, Kapasitif Yük
Lineer (Doğrusal) Yük, Non-Lineer (Doğrusal Olmayan) Yük
Krest (Tepe) Faktörü
Direnç Bobin Kondansatör Devresi, Bobinler
Cold Start, Soft Start (Yumuşak Kalkıs)

yukarıda özetler verildi;