Transcript güç elektroniği genel kapsam

Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
Doç. Dr. Nurettin ABUT
Kocaeli Üniversitesi
Mühendislik Fakültesi
Elektrik Mühendisliği Bölümü
GÜÇ
ELEKTRONİĞİ
Doç. Dr. N. ABUT
1
GÜÇ ELEKTRONİĞİ-1
Bu Kitap
C2
T1
D1
R4
D2
C3
RY
+
VS

L1=10mH
+

R2=12,5
35W
DGA
girişi 45
30V
10V 4W
R5
20KHz
100
C1=0,33
100V
Tr1
2N6292
50
REFERANS
ALINARAK DERS
ANLATILMAKTADIR
GTO
L2
5mH
R3
15W0V
(b)
Doç.Dr.Nurettin ABUT
Kocaeli Üniersitesi
Genel Konularda
Referanslarda
Verilen Diğer
Kaynaklardadan da
Yararlanılabilir.
Mühendislik Fakültesi
2002
2
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
İÇİNDEKİLER
YARARLI EK
HATIRLATMALAR
Ek – A ÜÇ FAZLI SİSTEMLER Ek – D FOURIER ANALİZİ
VE DENKLEMLERİ
Ek
–
B
DEVRELER
MAGNETİK
(ELEKTRİK- ELEKTRONİK
PROBLEMLERİ İÇİN)
Ek – C DA GEÇİCİ DURUM
ANALİZİ
LAPLACE
Ek – E
YARDIMCI FORMÜLLER
(ve
REFERANS
KAYNAKLAR
DÖNÜŞÜMLERİ)
3
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Güç elektroniği yarıiletken devreler,
 Anahtarlama anında ve güç dönüşümünde
oluşan kayıpları azaltırlar.
 Çok kısa sürede anahtarlama yaparlar.
 Açma-kapama
anlarında
harmonik
bileşenler oluştururlar.
 Bu olumsuz etkileri yok etmek veya en
aza indirmek gerektiğinden, harmonik
önleme düzenekleriyle birlikte karmaşık
yapıda olmasına neden olur.
4
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Genel olarak güç yarıiletken elemanları;
Doğrultucu
diyotları,
Güç tranzistörleri
Güç MOSFET'leri (
Tristörler veya SCRs
Şeklinde sınıflandırılabilir.
5
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
DA
GENEL KAPSAM
1
AA
2
4
DA
3
AA
Şekil 1.1. Güç Elektroniğinde enerji dönüştürme
şekilleri
6
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
elektroniği gelişmesinden önce, güç
denetimi klasik yöntemler kullanılmasına
karşılık, yarıiletken
teknolojisinin
gelişmesiyle yerini, güç elektroniği
elemanlı
devrelere
bırakmıştır.
Başlangıçta
açma-kapama
olarak
tasarlanan güç kumandası, sonraları hem
açma-kapama ve hem de denetim amaçlı
olarak geliştirilen yöntemler genel olarak
sınıflandırılacak olursa;
Güç
7
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ






GENEL KAPSAM
Elle (Manual) kumanda
Gaz tüpleriyle (Lambalar) kumanda:
Dirençle kumanda:
Değişken reaktansla kumanda:
Oto transformotorları ile kumanda:
Döner makinalarla kumanda:
i1

i2
B
i
l
+
v1 N1
[weber/m2 ]

Bdoy
r
-
N
+
N2
v2
-
Br
H artıyor
-Hc
A
H azalıyor
Başlangıç (B=0)
1 =+S1
H [A-tur]
(a)
-Bdoy
(b)
Şekil B1.(a)Magnetik halka çekirdek, (b)teorik B-H mıknatıslama özeğrisi
8
Şekil B5 Tek fazlı bir ototransformotoru
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
 Elle
(Manual) kumanda
 Gaz tüpleriyle (Lambalar) kumanda:
 Dirençle kumanda:
 Değişken reaktansla kumanda:
 Oto transformotorları ile kumanda:
 Döner makinalarla kumanda:
9
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Yarıiletken elemanlarla
kumanda:
Bu elemanlar;
 Diyotlar,
 Tristörler,
 Güç tranzistörleri ve
 Güç MOSFET'leri
olarak güç elektroniğinin
temel yarıiletken devre
elemanlarını
oluştururlar.
Yarıiletken (Diyot, SCR, Triyak, IGBT, MOSFET, GTO, LASCR,
MCT) görünüşü
10
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Yarıiletken
elemanlarla
kumanda
11
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
1.2. ELEKTRONİK ANAHTARLAMA İLE
GÜÇ DENETİMİ
+Vcc
Güç denetiminde, bu yöntemlerin
kullanımı artık hemen hemen tarihe
Tr
karışmak üzeredir.
Günümüz
+Vbe
teknolojisinde güç denetiminin;
 Elemanlarının küçük boyutta olması,
 Ömürlerinin uzun olması,
F
 Otomasyonda bilgisayar denetimine
imkan
tanıması
gibi
birçok
avantajlarından dolayı elektronik
devrelerle
yapılması
tercih
edilmektedir.
+VA
SCR
VG
12
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Faz denetimi:
 Faz denetim devreleri, genelde bir tristör ve bir
doğrultucu ünitesinden oluşmakta ve tek fazlı
bir yükü hem DA ve hem de AA olarak
besleyebilir.
RYAA
+

A AYükün denetimi
vYAA
vS
SCR
G vSCR
iSCR
iG
K
13
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Faz denetimi: DA Yükün denetimi
+

vS
iSCR
RYDA vYDA
A
SCR
G vSCR
iG
K
14
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Tetikleme
kumanda darbeleri
(pulses) olmadan tristör iletime
geçmez. Tristörün tam peryotta
iletime geçmesi için her pozitif
yarı peryot başında tetiklenmesi
gerekir.
15
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
vs
Vm
0
GENEL KAPSAM
vs
Vm
/3 
2
3
t
-Vm
vDA
Vm
0

/3 
2
3
t
-Vm
vDA
Vm
Şekil 1.2.(a) da bir
RY yükünün AA ile
besleme, (b) de DA
ile ve tek tristör
kullanılarak, beslenmesi
0
/3 
2
3
t
VG
0
-Vm
3
t
2
3
t
0
/3

2
3
t
0
/3

vSCR
Vm
/3

2
3
t
vYAA
Vm
0
2
iSCR =iY
Im
vSCR
Vm
0
/3 
VG
iSCR iY
Im
0
0
0
/3

/3

2
3
t
3
t
sırasında tristörün
60° de tetiklenmesi
sonucu tristör ve
yük akım-gerilimlerinin
değişimleri
görülmektedir.
vYDA
Vm
/3

2
(a)
3
t
0
2
(b)
16
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM

Elle (Manual) kumanda
Gaz tüpleriyle (Lambalar) kumanda:
Dirençle kumanda:
Değişken reaktansla kumanda:
Oto transformotorları ile kumanda:
Döner makinalarla kumanda:

Sıfır gerilim anahtarı ile denetim:





17
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
vY
Vm
12
(a)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
vY
Vm
12
12
1
t
12
1
t
12
1
t
(b)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
vY
Vm
12
11
11
(c)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Şekil 1.3.Sıfır gerilim anahtarı (a) Tam yük, (b) Yarım yük, (c) Yükü düşük oranda
besleme durumunda gerilim değişimleri.
18
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
vY
Vm
12
(a)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
vY
Vm
12
12
1
t
12
1
t
12
1
t
(b)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
vY
Vm
12
11
11
(c)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Şekil 1.3.Sıfır gerilim anahtarı (a) Tam yük, (b) Yarım yük, (c) Yükü düşük oranda
19
besleme durumunda gerilim değişimleri.
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
Tr1
T1
+

vS
T2
-
+
Filtre
Devresi
1:1
RY
1:16
Tr2
Şekil 1.4.Tek fazlı evirici için prensip devre
20
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
v (t)
Vm
0
/3

2
3
4
t
/3

2
3
4
t
v (t)
Vm
0
v (t)
Vm
0

2
3
4
t
-Vm
Şekil 1.5.Elektronik güç denetimi devreleri çıkış eğrileri değişimi
(a)Faz denetimi, (b)Sıfır gerilim anahtarı, (c)Evirici.
21
Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ
GÜÇ ELEKTRONİĞİ
GENEL KAPSAM
22
Güç Elektroniği
Drç Nurettin ABUT
Teşekkürler!!
Tekrar görüsmek üzere
Thank you for interest and attention
23