3. Deney 3. BİR FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLLÜ ......dalga , tam dalga doğrultucu eklinde incelenecektir. Tek Fazlı Yarım Dalga Tristörlü Doğrultucu: ekil 3.1’de de görüldüğü

Elektrik- Elektronik Mühendisliği Güç Elektroniği Laboratuvarı 3. Deney

1

3. Deney

3. BİR FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLLÜ DOĞRULTUCULAR

Deneyin Amacı

Tek faz ve 3 faz tristörlü doğrultucuların çalışmasını ve davranışlarını incelemek.

Bu deneyde tek faz ve 3 faz olmak üzere tüm yarım ve tam dalga tristörlü doğrultucular, omik ve indüktif

yükler altında incelenecektir. Deney 2’de diyotlar kullanılarak incelenen doğrultucu devreler, bu deneyde

tristörlerle kontrollü bir hal almıştır. Yani yük gerilimi tristörlerin iletime geçme zamanlamaları kontrol

edilerek değiştirilebilir. Bu sebeple tristörlü doğrultuculara kontrollü doğrultucular da denir.

Tristörlü Doğrultucular

Deney 2’ de sabit çıkış gerilimi üretebilen diyotlu doğrultucuları inceledik. Eğer endüstriyel

uygulama sabit değil de ayarlanabilir bir gerilime ihtiyaç duyuyorsa bu durumda diyotlu doğrultucuları

kullanamayız. Bu tip uygulamalarda diyotların yerini faz kontrollü tristörler alır. Tristörün çıkış gerilimi,

tristörün gecikme ya da ateşleme açısı değiştirilerek kontrol edilebilir. Tristör, kapı terminaline uygulanan

bir akım darbesiyle iletime sokulur ve ancak üzerindeki gerilim negatifken, akım da belli bir değerin

altına düşerse kapanır. AC sistemlerde gerilim ve akım doğal olarak negatife inerler ancak DC

sistemlerde böyle bir durum söz konusu olmadığı için bu sistemlerde tristör kullanılamaz.

Faz kontrollü sistemler basit, verimli ve nispeten ucuz oldukları için endüstriyel uygulamalarda,

özellikle ayarlanabilir hızlı sürücü sistemlerinde birkaç kW’den MW seviyelerine kadar geniş bir aralıkta

yaygın olarak kullanılırlar. Tristörlü doğrultucular da diyotlu doğrultucular gibi, tek faz , üç faz ve yarım

dalga , tam dalga doğrultucu şeklinde incelenecektir.

Tek Fazlı Yarım Dalga Tristörlü Doğrultucu:

Şekil 3.1’de de görüldüğü gibi devrede yarım dalga diyotlu doğrultucudaki diyodun tristörle

değiştirilmesi dışında bir fark yoktur.

Şekil 3.1 Yarım dalga tristörlü doğrultucu

Faz kontrolü, giriş geriliminin pozitif evresinin istenildiği anında, tristörün iletime sokulmasıyla

sağlanır. Bu noktadan itibaren üzerindeki gerilim negatif olup, akım azalana kadar tristör iletimde kalır.

Eğer yük omik bir yük ise tristör akım ve gerilimlerinin dalga şekli aynı olur ve negatif gerilim sorunu

yaşanmaz. Ancak diyotlu yarım dalga doğrultucuda olduğu gibi, indüktif yükte, tristörlü doğrultucu da,


2

akım geriden geldiği için geç kapanarak bir süre negatif gerilimi geçirecek bu da yüke uygulanan

ortalama gerilimin azalmasına sebep olacaktır. Şekil 3.2. de farklı ateşleme açıları için yarım dalga

doğrultucunun çıkışında gözlenebilecek dalga şekilleri görünmektedir.

Şekil 3.2.Omik ve indüktif yükle 0,60,90O

ateşleme açılarında çıkış akım, gerilim dalga şekilleri

Yarım dalga doğrultucu devreleri, düşük frekans bileşenleri ve yüksek salınımları sebebiyle endüstride

tercih edilmezler.

Çıkış geriliminin ortalama ve etkin değerleri diyotlu doğrultuculardaki gibi hesaplanabilir.

)1(2

CosV

V MORT

5.0

2

21

2

SinVV M

RMS

( =Ateşleme açısı)

Tek Fazlı Tam Dalga (Köprü )Doğrultucu:

Şekil 3.3’te yarı kontrollü ve tam kontrollü köprü doğrultucu görünmektedir. Tam kontrollü

doğrultucu 4 tane tristörden oluşurken, yarı kontrollü doğrultucu 2 tristör 2 diyottan oluşmaktadır. Yarı

kontrollü doğrultucuda gerilim ve akım daima pozitiftir, yani sadece tek kadranda çalışan bir

Şekil 3.3 Tek faz, yarı-kontrollü ve tam kontrollü doğrultucu


3

doğrultucudur. Tam kontrollü doğrultucuda ise boşta çalışma diyodu kullanılmadığı takdirde gerilim

negatife düşebilir. Akım ise burada da daima pozitiftir. Bu sistem de pozitif akım ve pozitif-negatif

gerilimle yani 2 kadranda çalışmaktadır.

Şekil 3.4’te indüktif yüklü, yarı kontrollü doğrultucu için tipik bir çıkış gerilimi dalga şekli ile tristör ve

diyotların iletim aralıkları verilmiştir.

T1-D2 T1-D1 T2-D1 T2-D2 T1-D2 T1-D1 T2-D1

Şekil 3.4 Yarı kontrollü köprü doğrultucu

Şekilde de görüldüğü gibi gerilimin pozitif evresini T1-D2 negatif evresini de T2-D1 anahtarları

iletmektedir. Gerilim pozitif evrenin sonuna gelip negatife geçtiğinde T1-D2 çiftinin görevi biter ve

gerilim negatife geçtiği için D2 kapanarak üzerinde pozitif gerilim olan D1 açılır. Bu noktada T2 henüz

ateşlenmediği için ve de yük akımı sıfıra düşmediği için T1 tristörü T2 ateşlenene kadar iletimde kalır.

wt= + ’da T2 ateşlenir ve T2-D1 çifti iletimi alır.

Gerilimin ortalama ve etkin değerleri aşağıdaki gibidir.

)1(

CosV

V MORT

5.0

2

21

2

SinVV M

RMS

Tam kontrollü doğrultucuda diyotlar yerine de tristörler kullanıldığı için devre üzerindeki her

anahtar kontrollüdür ve bu sebeple tam kontrollü denmektedir. Şekil 3.3’te görülen tam kontrollü devreye

göre, T1-T4 tristörleri ve T2-T3 tristörleri kendi içlerinde birlikte çalışır. wt= anında T1 ve T4

ateşlenir ve wt=π anına kadar bu tristörler iletimde kalır. T2 ve T3 tristörleri wt=π+α’ya kadar

ateşlenmeyeceği için, eğer yük indüktif ise T1 ve T4 tristörleri kesim durumuna geçmeyip yük akımını

taşımaya devam edecekler ; T2 ve T3 diyotlarının açılma anına kadar da negatif gerilimi çıkışa

ileteceklerdir. wt=α anında T2 ve T3 tristörleri ateşlenerek iletime başlayacaklardır. Bu durum tristörlerin

iletim periyotlarıyla birlikte şekil 3.5’te gösterilmiştir.

T1-T4 T2-T3İletim

Yokİletim

YokT1-T4

İletim

Yok

0 π π + 2π

Şekil 3.5


4

Şekil 3.5’e göre yük akımının süreksiz olduğu görünmektedir. Bu sebeple devredeki hiçbir

anahtarın iletimde olmadığı zaman dilimleri vardır. Sürekli yük akımı olması durumunda akım, T1-T4

tristörleri tarafından diğer tristör çifti ateşlenene kadar taşınacaktır. Bu durumda da akımın sürekliliği

sağlanırken ortalama gerilim azalacaktır. α’dan π’ye kadar olan periyotta gerilim ve akım pozitiftir yani

güç şebekeden yüke doğru akmaktadır. Bu durumda devre “doğrultma” (rectification) durumundadır

denir. Gerilimin π’den sonraki negatif kısmında ise akım yine pozitiftir. Güç yükten kaynağa akar. Bu

konumda da devre “evirici” (inverter) modunda çalışıyor denir.

Akım sürekli olduğu takdirde, tam kontrollü köprü doğrultucu için, ortalama ve etkin gerilim

aşağıdaki formüllerle hesaplanabilir.

)(2

CosV

V MORT

2

MRMS

VV

Üç Fazlı Yarım Dalga Tristörlü Doğrultucu:

Üç faz yarım dalga doğrultucu, daha önce diyotlu doğrultucularda da bahsedildiği gibi yüke daha

yüksek bir ortalama gerilim sağlar ve gerilimin frekansı daha yüksek olduğu için filtrelenmesi daha

kolaydır. Bu sebeple endüstride yaygın olarak kullanılan bir doğrultucu türüdür. Üç faz doğrultucu,

kontrol prensibi fazlar arası gerilimin sıfır olduğu noktaya göredir. Fazlar kendi içlerinde π/6 noktasında

kesiştikleri için şekil 3.6’da görülen resme göre T1

wt = π/6 +α anında tetiklenir. Her bir tristör 120 derece iletimde kalır yani T2 π/6+α,

T3 de 3π/2+α anında ateşlenir.

Şekil 3.6

Aşağıdaki dalga şekilleri üç fazlı yarım dalga doğrultucu için verilen tipik bir çıkış gerilimi dalga

şeklidir.


5

Şekil 3.7 İndüktif yük ile üç faz yarım dalga doğrultucu için giriş ve çıkış dalga şekilleri

Şekil 3.7’deki dalga şekilleri α=60o için alınmıştır ve yük yeterince indüktif olduğu için akım

süreklidir. Eğer yük omik ise, α >π/6 için akım süreksiz olacaktır. Sürekli akım durumunda da, gerilimin

negatife inme durumu gerçekleşecektir.

Bu durumda, bu doğrultucu türünde de boşta çalışma diyodu (FWD) kullanılabilir. İndüktif

yüklü, boşta çalışma diyotlu bir üç faz yarım dalga tristörlü doğrultucunun yük akım ve gerilimi dalga

şekilleriyle birlikte, anahtarların iletim periyotları şekil 3.8’de gösterilmiştir.

T1 FWD T2 FWD FWDT3 T1

Şekil 3.8 Üç faz, kontrollü yarım dalga doğrultucu için tristör iletim periyotları

Maksimum ortalama gerilim α= 0 için yani her bir tristör, fazların wt=π/6 anında ateşlendiğine

gerçekleşir. Akımın sürekli olduğu durumlar için ortalama ve etkin gerilim değerleri aşağıdaki formüllerle

hesaplanabilir.

CosV

V MORT

2

33

5.0

28

3

6

13

CosVV MRMS

Üç Fazlı Tam Dalga (Köprü )Doğrultucu:

Üç faz köprü doğrultucular endüstride oldukça yaygın olarak kullanılırlar. Üç faz yarım dalga

doğrultuculara göre daha da yüksek ortalama gerilim ve daha yüksek frekans sağlarlar. Ateşlemeler yine

fazlar arası gerilimin sıfır olduğu noktalara göre her 60 derecede bir yapılır. Her tristör 120 derece

iletimde kalır. Doğrultucunu devre şeması şekil 3.9’da verilmiştir.


6

Şekil 3.9 Üç fazlı köprü doğrultucu

wt= π/6 +α anında T1 tristörü ateşlenir ve bu anda T6 tristörü zaten iletimdedir.

(π/6+α)<wt<(π/2+α) T1-T6 tristörleri iletime devam ederler. wt= π/2+α anında T2 ateşlenir ve

(π/2+α)<wt<(5π/6+α) aralığında iletime devam ederler.

Bu anda artık 2. fazın gerilimi 1. faza göre daha büyük bir değere ulaşmıştır ve 2. fazın tristörü T3

ateşlenir. Ateşleme ve iletim sırası şu şekildedir. T6-T1,T1-T2,T2-T3,T3-T4,T4-T5,T5-T6. Tipik bir üç

faz, kontrollü köprü doğrultucu çıkış geriliminin dalga şekli üzerinde bu durum gösterilmiştir.

T1 T3 T5 T1 T3

T6 T2 T4 T6 T2 T4

π/6+α 5π/6+α 3π/2+α

π/2+α 7π/6+α 11π/6+α

Şekil 3.10 Üç faz, kontrollü doğrultucu için tristör iletim periyotları

α> π/3:

Tristörlerin ateşleme açısı 60 dereceden büyük olursa, omik yükler için akım süreksiz olacaktır.

Bu durumda bir sonraki fazın tristörü ateşlenene kadar yükten akım geçmeyecektir. Eğer kullanılan yük

indüktif ise bu durumda durum R-L zaman sabiti ve de ateşleme açısının büyüklüğüne göre değişecektir.

Eğer ateşleme açısı çok büyük değilse akım sıfıra düşmeyecektir. Ancak ateşleme açısı büyük ama

indüktans yeterince büyük değilse bu durumda akım yine de sıfıra düşerek süreksiz bir hal alacaktır.

Şekil 3.11’de α=115o için bu durum gösterilmiştir.


7

Şekil 3.11 İndüktif yük ile süreksiz akım gösterimi

Şekilden de görüldüğü gibi akım sıfıra inene kadar gerilim de negatifte kalmış, ve akım sıfır

olunca tristörler kapanmıştır. Buradan şunu da görüyoruz ki, üç faz, yarım dalga doğrultucuda

bahsettiğimiz evirici (inverter) olarak çalışma modu bu devrede de mevcuttur. Akım pozitifken, gerilim

negatiftir ve bu bölgede güç akışı dc yükten, ac kaynağa doğrudur. Bu da sistemin bu bölgelerde bir

evirici olarak çalıştığını gösterir.

Üç faz, kontrollü köprü doğrultucunun ortalama ve etkin gerilim formülleri aşağıda verilmiştir.

Tekrar hatırlatmak gerekir ki bu formüller akım sürekli olduğu zaman kullanılabilir

CosV

V LLORT

3

5.0

24

33

2

1

CosVV LLRMS

3. 1 Tek Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu Deneyi

3.1.1 Tek Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu (Omik Yükle)

Şekil 3.12’de görülen devreyi kurunuz.

( Devre, girişteki diyot yerine tristör kullanılması dışında deney 2.1.1’deki ile aynıdır )

Not: Ampermetre tristör girişinde AC, çıkışında DC bağlanacaktır. Yer açısından sıra ile bağlanabilir.

Deney şemasında karışıklığı önlemek için DC bağlantı kullanılmıştır.

Şekil 3.12


8

Şekil 3.13

DENEYİN YAPILIŞI:

Tristörün iletime geçmesi için kapı terminaline bir akım uygulanması gerektiğini deney 1’de

görmüştük. Şimdi bu akımın gecikme açısını 0 dereceye ayarlayın. (α=0o). Böylece tristör, diyot gibi

davranacak ve diyotlu yarım dalga doğrultucuda olduğu gibi, giriş geriliminin pozitif evresini tamamen

doğrultacaktır. Ateşleme açısının (α) 0o

olduğu bu durumdaki yük gerilimi ve akımıyla, giriş akımı ve

tristör geriliminin dalga şeklini çiziniz. Yük gerilim ve akımının, ortalama ve etkin değerlerini ölçünüz.

Tristörün ateşleme açısını 30,60,90,120,150 ve 180 dereceye ayarlayarak dalga şekillerini

gözlemleyiniz. Yukarıdaki basamaklarda alınan çizimleri ve ölçümleri bu basamaklar için de

tekrarlayınız.

NOT: Tristör sürücü devresindeki 220V referans gerilimi 3 fazlı trafo çıkışındaki 220V gerilimden

alınması sonuçların doğruluğu açısından tavsiye edilir.


9

100 ohm yük gerilimi 0 derece 100 ohm yük gerilimi 0 derece




10





11


G-K 0 DERECE G-K 120 DERECE

Şekil 3.14 Çeşitli açılarda Tristör tetikleme şekilleri.


12

(α=60o) Maximum Ortalama Etkin Etkin(A.C)

Io 0.350A 0.523A 0.39A

Vo 76.8V 17.8V 35.6V 30.7V

Iin 0.260A 0.490A 0.415A

Po

Pin


Io 0.251A 0.400A 0.310A

Vo 76V 12.9V 29.6V 26.6V

Iin 0.176 0.369 0.324A

Po

Pin


Io 0.130A 0.223A 0.181A

Vo 76.8V 7V 19V 18V

Iin 0.078A 0.199A 0.767A 0.180A

Po

Pin

Tablo 3.1 Tek faz, Kontrollü Yarım Dalga Doğrultucu İçin Deney Sonuçları


13

3.1.1.1 Tek Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu (Omik Yükle) with DLAB

Şekil 3.15

0 derece


14

30 derece

60 derece

90 derece


15

120 derece

Şekil 3.16

3.1.2 Tek Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu (İndüktif Yükle)

Çıkışa 50 mH’lik bir indüktör ekleyerek deney 3.1.1’deki prosedürü indüktif yük ile tekrarlayınız.

Şekil 3.17


16

Şekil 3.18

Osiloskop ekranından faydalanarak, gerilimin negatif değerde kaldığı açı değerini yaklaşık olarak ölçerek

not ediniz (Bu açıya Beta (β) diyelim).


17

30

0 50 mH-50 ohm tristor gerilimi 30

0 50 mH-50 ohm tristor gerilimi

30

0 50 mH-50 ohm yük akım ve gerilimi 30

0 50 mH-50 ohm yük akım ve gerilimi

30

0 50 mh 50 ohm yük akım ve gerilimi 30

0 50 mh 50 ohm yük akım ve gerilimi

Şekil 3.19


18


Io 0.261A 0.677A 0.507A

Vo 76.8V 25.5V 39V 32V

Iin 1.32A 0.320A

Po

Pin


Io 0.190A 0.559A 0.452A

Vo 76.8V 18.5V 35.1V 31.03V

Iin 0.311A

Po

Pin


Io 0.056A 0.157A

Vo 76.8V 5.4V 35.1V 31.03V

Iin 0.311A

Po

Pin

Tablo 3.2 Endüktif Yük İle Tek faz, Kontrollü Yarım Dalga Doğrultucu İçin Deney Sonuçları


19

3.1.2.1 Tek Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu (İndüktif Yükle) (DLAB)

Şekil 3.20


20

30 derece yük gerilimi ve akımı

30 derece tristor gerilimi

Şekil 3.21

3.1.3 Tek Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu Boşta Çalışma Diyotu İle (FWD)

Deney 3.1.2’deki devreyi, şekilde gösterildiği gibi boşta çalışma diyotu(FWD) ekleyerek tekrar

çalıştırınız. Önceki aşamalarda yapılan ölçümleri tekrarlayınız. Ek olarak giriş ve boşta çalışma diyodu

akımlarının (FWD) dalga şekillerini çiziniz.

Şekil 3.22


21

Şekil 3.23


22

60

0 100 mH-50 ohm yük akım ve gerilimi FWD

60

0 90

0 100 mH-50 ohm yük

90

0 100 mH-50 ohm yük akım ve gerilimi


23

120

0 100 mH-50 ohm yük akım ve gerilimi FWD

Şekil 3.24 Çeşitli tetikleme derecelerinde FWD diyotlu devre çıkışları


24

900

Maximum Ortalama Etkin Etkin(A.C)

Io 0.251A

Vo 76.8V 12.9V 38.3V 29.9V

Iin 0.324A

Po

Pin

1200


Io 0.130A

Vo 76.8V 6.8V 34.4V 29.3V

Iin 0.180A

Po

Pin

1200


Io 0.130A

Vo 76.8V 6.8V 34.4V 29.3V

Iin 0.180A

Po

Pin

Tablo 3.3 Endüktif Yük ve Boşta Çalışma Diyodu İle Tek faz, Kontrollü Yarım Dalga

Doğrultucu İçin Devre Sonuçları

3.2.3 Tek Fazlı Tam Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükle)

Şekil 3.37


25

Şekil 3.38

Şekil 3.37’de verilen tek fazlı tam kontrollü doğrultucu devresini, çıkışına 50 ohm’luk yük direnci

bağlayarak kurunuz. Tristörün ateşleme açısını 0 dereceye ayarlayın. Bu durumda sistem, diyotlu köprü

doğrultucu gibi çalışacaktır. Bağlantıları kontrol ettikten sonra sistemi çalıştırınız. Yük ve üstteki 2

tristörün geriliminin dalga şeklini çiziniz. Çıkış akım ve geriliminin ortalama ve etkin değerlerini not

ediniz . Ateşleme açısını 30, 60, 90,120 ve 150 dereceye ayarlayarak gerilim ve akım dalga şekillerini

gözlemleyiniz. Her bir açı için tipik bir gerilim ve akım dalga şekli çizimi alarak, ortalama ve etkin

değerleri ölçünüz.


26

0

0 100 ohm yük gerilimi

30


60



27

90


120


150

0 yük gerilimi 150

0 100 ohm tristör gerilimi

Şekil 3.39


28

α=0o Maximum Ortalama Etkin Etkin(A.C)

Io 0.515A 0.579A 0.263A

Vo 76V 50.5V 56.6V 25.6V

Iin 0.0A 0.578A 0.578A

Po

Pin


Io 0.474A 0.576A 0.311A

Vo 76V 46.5V 55.6V 30.5V

Iin 0.0A 0.568A 0.568A

Po

Pin


Io 0.381A 0.514A 0.344A

Vo 76V 37.2V 50.3V 33.7V

Iin 0.0A 0.514A 0.514A

Po

Pin


Io 0.27A 0.425A 0.324A

Vo 76V 26.4V 41.3V 31.7V

Iin 0.0A 0.42A 0.42A

Po

Pin


Io 0.139A 0.271A 0.233A

Vo 76V 13.5V 26.5V 22V

Iin 0.0A 0.270A 0.270A

Po

Pin


Io 0.024A 0.074A 0.07A

Vo 76V 2.3V 7.2V 6.75V

Iin 0.0A 0.074A 0.074A

Po

Pin

Tablo 3.6 Tek faz, Köprü Doğrultucu İçin Simülasyon Sonuçları


29

3.2.3.1 Tek Fazlı Tam Kontrollü Doğrultucu (Omik Yükle) (DLAB)

Şekil 3.40

0 derece yük gerilimi


30





31



Şekil 3.41

3.2.4 Tek Fazlı Tam Kontrollü Doğrultucu( İndüktif Yükle)

Şekil 3.42


32

Şekil 3.43

Şekil 3.42’de görülen devrenin çıkışına 50 ohm direnç ve 100 mH’lik indüktans bağlayınız.

Tristörün ateşleme açısını 0 dereceye ayarlayarak yük gerilim ve akımının dalga şeklini çizin.

Tristörün ateşleme açısını 30, 60, 90, 120 ve 150 dereceye ayarlayarak gerilimleri gözlemleyiniz

ve çiziniz. Her açı için gerilim ve akım ölçümlerini alınız.


33

0

0 50 ohm-100 mH yük akım ve gerilimi

30


60



34


120


150


Şekil 3.44


35


Io 0.940A 0.980A 0.264A

Vo 76V 49V 55V 25.3V

Iin 0.0A 0.980A 0.980A

Po

Pin


Io 0.844A 0.907A 0.329A

Vo 76V 43.6V 55.5V 34.2V

Iin 0.0A 0.907A 0.907A

Po

Pin


Io 0.637A 0.748A 0.392A

Vo 76V 32.8V 53.1V 41.7V

Iin 0.0A 0.7484A 0.748A

Po

Pin


Io 0.40A 0.532A 0.346A

Vo 76V 20.7V 43V 37.7V

Iin 0.0A 0.533A 0.533A

Po

Pin


Io 0.176A 0.273A 0.207A

Vo 76V 9V 28.1V 26.5V

Iin 0.0A 0.272A 0.272A

Po

Pin


Io 0.038A 0.079A 0.07A

Vo 76V 1.9V 12.6V 12.4V

Iin 0.0A 0.079A 0.079A

Po

Pin

Tablo 3.7 Endüktif Yük İle, Tek faz, Köprü Doğrultucu İçin Simülasyon Sonuçları


36

3.2.4.1 Tek Fazlı Tam Kontrollü Doğrultucu( İndüktif Yükle) (DLAB)

Şekil 3.45



37






Şekil 3.46


38

3. 3 Üç Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu

3.3.1 Üç Faz Yarım Dalga Doğrultucu ( Omik Yükle)

Şekil 3.47

Şekil 3.48


39

Üç faz, kontrollü yarım dalga doğrultucu şekil 3.47’deki gibi, deney 2’de benzer devredeki diyotların

tristörlerle değiştirilmiş halidir. Daha önceki tristör uygulamalarında da olduğu gibi tristörün ateşleme açısı

değiştirilerek çıkış voltajı ayarlanabilir. Şekilde verilen devreyi 50 ohmluk yükle çalıştırarak gerekli çizimleri ve

ölçümleri alınız. Ateşleme açısı için önceki deneylerdeki gibi, farklı değerler kullanınız.

Not: Ateşleme açısı 0-180 derece arasında alınabilir, ancak üç fazlı devrelerde ateşleme açısı için referans, genel

olarak tek bir fazın değil de, fazlar arası gerilimlerin 0 volt olduğu noktaya göre alınır. Yani ilk fazın tristörü

α+30, ikinci fazın tristörü α+30+120, üçüncü fazın tristörü α+30+240 sırasıyla ateşlenir. (Fazların kendi

aralarındaki açılarının da bu şekilde sıralandığı varsayılmıştır. Eğer faz sırası farklı ise, ateşleme sırası da ona

göre değiştirilmelidir.)

R=200

00 Çıkış dalga şekilleri

300 çıkış dalga şekilleri


40

60


900 Çıkış dalga şekili

Şekil 3.49 Çeşitli tetikleme açılarında çıkış şekilleri


41

R=200

α=0o Maximum Ortalama Etkin(A.C) Etkin

Io 0.321A 0.62 A 0.264A

Vo 76V 64.7V 12.36V 66V

Iin A 0.103A 0.152A 0.183A

Po

Pin


Io 0.277A 0.120A 0.302A

Vo 76V 56V 23.9V 61V

Iin A 0.090A 0.144A 0.170A

Po

Pin


Io 0.637A 0.748A 0.392A

Vo 76V 41V 30.4V 50.9V

Iin A 0.065A 0.124A 0.144A

Po

Pin


Io 0.101A 0.127A 0.165A

Vo 76V 20.2V 25.6V 32.5V

Iin A 0.032A 0.083A 0.089A

Po

Pin

Tablo 3.8 Çeşitli tetikleme açılarında çıkış değerleri


42

3.3.1.1 Üç Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu ( Omik Yükle) (DLAB)

Şekil 3.50




43



Şekil 3.51

3.3.2 Üç Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu ( İndüktif Yükle)

Şekil 3.52


44

Şekil 3.53

Yukarıdaki deneyde verilen devreyi, 100 mH-200 ohm’luk endüktif yükle kurarak çalıştırınız. Gerekli

çizim ve ölçümleri alınız.


45

0


30


30



46

60


60


90


Şekil 3.54 Çeşitli tetikleme açılarında çıkış şekilleri


47

R=200


Io 0.318A 0.52 A 0.322A

Vo 76V 64.8V 12.4V 66V

Iin A 0.101A 0.147A 0.180A

Po

Pin


Io 0.194A 0.118A 0.230A

Vo 76V 56V 24V 51.5V

Iin A 0.090A 0.135A 0.162A

Po

Pin


Io 0.637A 0.748A 0.392A

Vo 76V 40V 32.4V 50.9V

Iin A 0.062A 0.112A 0.128A

Po

Pin


Io 0.097A 0.095A 0.136A

Vo 76V 19.8V 26.3V 32.9V

Iin A 0.031A 0.069A 0.075A

Po

Pin

Tablo 3.9 Çeşitli tetikleme açılarında çıkış değerleri


48

3.3.2.1 Üç Fazlı Yarım Dalga Doğrultucu ( İndüktif Yükle) (DLAB)

Şekil 3.55



49

30 derece derece yük gerilimi ve akımı



Şekil 3.56

SONUÇLAR

Deney 3.1.1’deki tek fazlı yarım dalga doğrultucu için ölçtüğünüz gerilimleri teorik olarak

hesaplayarak ölçülen değerlerle karşılaştırınız. Sonuçlar uyumlu mu? Değilse neden değil

belirtiniz. Yük geriliminin, giriş ve yük akımının dalga şeklini ölçekli kağıda çiziniz.

(Tek fazlı, kontrollü yarım dalga doğrultucu için :

)1(2

CosF

F MOrt

2

1

2

21

2

SinFF M

RMS

MF :Akım ya da gerilimin tepe değeri.)

Deney 3.1.2’de elde ettiğiniz dalga şekillerine göre yük geriliminin teorik değerlerini

hesaplayınız (İpucu: β açısını hesaba katarak integral alınız), ölçümlerde elde ettiğiniz değerleri

yazarak değerleri ilk deneyle karşılaştırınız. Yük geriliminin, giriş ve yük akımının dalga şeklini

ölçekli kâğıda çiziniz.


50

Deney 3.1.3’te elde ettiğiniz dalga şekillerini ölçekli kâğıda çizerek deney 3.1.2 ile karşılaştırınız.

Serbest dolaşım diyotu (FWD) devrede neyi değiştirmiştir? Her üç deneyde aynı yük için

ölçtüğünüz ortalama değerleri karşılaştırınız. Sonuçları yorumlayınız.

Deney 3.2.1’de aldığınız çizimleri ölçekli kağıda çiziniz. Çıkış geriliminin teorik değerlerini

hesaplayarak ölçülen değerlerle karşılaştırınız.

Deney 3.2.2’deki çizimlerinizi ölçekli kağıda çizerek 3.2.1 ile karşılaştırın. Bu tip devrede serbest

dolaşım diyodu (FWD) kullanmaya gerek var mıdır? Açıklayınız.

Deney 3.2.3’te elde ettiğiniz gerilim ve akım dalga şekillerini çiziniz. Ölçülen gerilim ve akım

değerlerinin ortalama ve etkin değerlerini teorik olarak hesaplayarak elinizdeki değerlerle

karşılaştırınız.

(Tek fazlı köprü doğrultucu için:

CosF

F MOrt 1

2

1

2

21

2

SinFF M

RMS

Deney 3.2.4’te elde ettiğiniz gerilim ve akım dalga şekillerini çizerek gerekli teorik hesapları

yapınız. Ölçülen değerlerle karşılaştırma yaparak sonuçları yorumlayınız.

Deney 3.3.1 ve 3.3.2’de elde ettiğiniz dalga şekillerini çiziniz. Yük akım ve geriliminin teorik

hesaplarını yaparak ölçtüğünüz değerlerle karşılaştırınız. Sonuçlar uyumlu mu değilse neden

değil? Açıklayınız. Bu doğrultucunun çıkış akım ve geriliminin tek fazlı köprü doğrultucunun

dalga şekillerinde farkı nedir?

(Üç fazlı yarım dalga doğrultucu için:

)30(

2

3ˆ2

3

CosFF LLOrt

Deney 2.4’te elde ettiğiniz yük geriliminin ve akımının dalga şeklini çiziniz. Gerekli teorik

hesapları yaparak ölçülenlerle karşılaştırınız.

(Üç fazlı köprü doğrultucu için:

LLOrt

FF

3)

Her bir devre için, yük geriliminin ölçülen değerinin grafiğini, tristörün tetikleme açısına( )

göre çiziniz.

Her bir deneyde aldığınız ölçümleri kullanarak form faktörünü hesaplayınız.

ortalama

etkin

I

IFormFaktör

Elde ettiğiniz sonuçlara göre form faktör neyin göstergesidir açıklayınız.

Her bir ölçüm ve teorik hesaplarınız için aşağıdaki tabloyu kullanınız.

Tablo 1.

Alpha

Ölçülen Değerler Teorik Değerler

Etkin(RMS) Ortalama Etkin(RMS) Ortalama

0

30

60

90

120

150


1

4. Deney

DOĞRU AKIM-DOĞRU AKIM KIYICILAR

Deneyin Amacı

DC-DC gerilim azaltan dönüştürücü (buck converter) ve DC-DC gerilim artıran dönüştürücü (boost

converter) devrelerinin davranışlarını incelemek. Bu deneyde gerilim azaltan ve gerilim artıran

dönüştürücü devrelerinin kalıcı durum davranışları gözlenecektir. Darbe genişliğinin çıkış gerilimine

etkisi ile birlikte yük değişiminin devre üzerindeki sonuçları ve anahtarlama frekansının dönüştürücünün

verimine etkisi incelenecektir. Anahtarlama elemanı olarak kullanılan mosfet ve diyotun anahtarlama

karakteristikleri de gerektiği takdirde tekrar bu devreler üzerinde incelenebilir.

Doğru Akım-Doğru Akım Kıyıcılar

DC-DC dönüştürücüler endüstride oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Zaman zaman

doğrudan, ayarlanabilir gerilimli bir güç kaynağı uygulaması, herhangi bir uygulamada gerekli olan

herhangi bir DC gerilim seviyesinin elde edilmesi , ya da empedansları uyumsuz olan ardışık 2 katın

birbirine uydurulması vb. sebepler için kullanılırlar.

Piyasada 1W seviyesinden birkaç yüz watt seviyesine kadar olan kHz seviyesinde frekanslarda

anahtarlama yapan DC-DC dönüştürücüler bulunmaktadır.

Gerilim Azaltan Dönüştürücünün Kalıcı Durum Devre Analizi

Şekil 5.1’de tipik tek transistorlü bir gerilim azaltan dönüştürücü devre şeması görünmektedir.

Görüldüğü üzere devrede biri kontrollü(MOSFET) diğeri ise kontrolsüz (diyot) olan iki adet

anahtar bulunmaktadır. MOSFET’in kapı-kaynak terminaline sabit frekansta , ayarlanabilir darbe

genişliğine sahip, yine şekil 1’de görülen PWM sinyali uygulanmaktadır. Bu sinyalin DTS süresince (yani

darbenin uygulandığı sürede) transistör, geriye kalan (1-D)TS ile gösterilen süresinde de diyot iletimde

olacaktır. Bu durum devrenin 2 ayrı modda çalışarak lineer olmayan bir yapı göstermesine sebep olur.

Şimdi devrenin bu 2 ayrı modunu inceleyerek gerilim azaltan dönüştürücünün giriş ile çıkış gerilimi

arasındaki ilişkiyi bulabiliriz.


2

15Vdc D

100uH

690uF LOAD

Şekil 5.1

“

VPWM

12

t

TS

DTS

TS

1+DTS

2TS

Şekil 5.2

Şekil 5.3.a’ da dönüştürücünün, transistörün iletimde diyotun kesimde olduğu mod 1’deki

durumu gösterilmiştir. Transistör iletimde olduğu için kısa devre olarak, diyot ise kesim durumunda

olduğu için açık devre olarak gösterilmiştir.

15Vdc

100uH

690uF LOAD

MOD 1

15Vdc

100uH

690uF LOAD

MOD 2

Şekil 5.3a Şekil 5.3b

Şekilde de görüldüğü gibi mod 1’de indüktör , doğrudan çıkış ile giriş arasına bağlanmıştır. Bu

durumda bu modda indüktörün uçları arasındaki gerilim giriş gerilim ile çıkış gerilimi arasındaki fark

kadardır.

VVV gL


3

Şekil 5.3b’deki mod 2 durumunda bakarsak bu kez transistorün kesimde diyotun iletimde

olduğunu görürüz. Bu durumda indüktör üzerinde, çıkış gerilimine eşit ve ters polariteli bir gerilim

gözlemleriz.

VVL

Bu durumda indüktör geriliminin dalga şekli şekil 3’te gösterildiği gibi olacaktır.

tDT

ST

S1+DT

S2T

S

Vg-V

-V

VL(t)

I

II

Şekil 5.4

Artık bobinin her iki modda da hangi gerilim değerlerini aldığını biliyoruz. Bu durumda giriş ve

çıkış arasında bir bağıntı bulabiliriz. Kalıcı duruma ulaşmış, dengedeki bir sistemde , bir anahtarlama

periyodu süresinde indüktörün akımındaki net değişim sıfırdır. Bu indüktör volt-saniye dengesi olarak

bilinir. Buna göre aşağıdaki ifadeyi yazabiliriz.

dt

tdiLtV L

L

)()( dttV

Lti

Ts

L

Ts

L 0

0 )(1

)]([ dttVL

iTi

Ts

LLSL 0

)(1

)0()(

Burada TS ifadesi bir anahtarlama periyodunu ifade etmektedir ve yukarıda da söylediğimiz gibi

bir anahtarlama periyodunda akım değişimi sıfırdır. En sondaki eşitliğin sol tarafı bir anahtarlama

periyodunun başı ve sonundaki akım değerlerinin birbirinden çıkarılmasını yani bir anahtarlama periyodu

boyunca akımdaki değişimini ifade etmektedir. Dolayısıyla sıfıra eşittir ve bu şekilde eşitliğin sol

tarafının da sıfıra eşit olmasını gerektiren aşağıdaki denklemi elde ederiz.

0)(1

0

dttVL

Ts

L 0)(0

dttV

Ts

L

Bu denklem açıkça şekil 3’te gösterilen indüktör gerilimi dalga şeklinin altında kalan I ve II ile

gösterilmiş alanlar toplamının sıfır olduğunu ifade etmektedir. Buna göre;

0)1)(())(()(0

SSg

Ts

L TDVDTVVdttV

0 SSSSg VDTVTVDTDTV 0 SSg VTDTV

0)( VDVT gS 0VDVg

VDVg

Görüldüğü gibi giriş gerilim ile çıkış gerilim arasındaki ilişkiyi indüktör volt-saniye dengesi

prensibini kullanarak bulduk. Burada D darbe genişliği(duty cycle) değeri olup 0 ile 1 arasında

değişmektedir.

Yalnız bu ifadenin, bir takım yaklaşımlar ve varsayımlar yapılarak elde ettiğimiz bir sonuç

olduğunun farkında olunmalıdır. Bu varsayımlar devrenin ideal olduğuna dair olan varsayımlardır.

Örneğin her iki moddada, indüktör gerilimi denklemini yazarken transistör ve diyot üzerindeki gerilim

düşümünü hesaba katmayarak bunların sıfır olduğunu varsaydık. Ayrıca mod 2’de transistör kesimde


4

olduğu için girişteki kaynak devreyi beslememekte yani çıkış devresi akımını dolayısıyla enerjisini kendi

içinde çevirmektedir. Yük, bu modda kaynaktan enerji almadığı için enerjisini kapasitör ve indüktörde

depolanan enerjiden almaktadır. Bu sebeple enerjisi azalan bu elemanların akım ve gerilimlerinde

azalmalar olacaktır.

Daha sonra devre tekrar mod 1’e dönünce kaynak devreye bağlanacak ve transistör üzerinden

yüke enerji aktarmaya başlayacaktır. Dolayısıyla kapasitör ve indüktörün de enerjisi artacak ve sırasıyla

gerilim ve akımları da artacaktır. Yani biz her iki modun denklemini de yazarken çıkış gerilimini V gibi

sabit bir değer olarak aldık. Oysa çıkış gerilimi, kapasitörün az önce bahsettiğimiz enerji alış verişleri

sebebiyle V+v(t) şeklinde V+ΔV ile V- ΔV arasında salınan bir değerdir . Dolayısıyla biz V değerini

alarak bu ΔV salınımının V ortalama değerine göre çok küçük ve ihmal edilebilir olduğunu varsaydık.

Son olarak, önemli olan bir başka parametremiz de indüktör akımıdır. Çünkü devreden de

görüldüğü gibi yük akımının sürekliliği indüktör sayesinde sağlanmaktadır. Kapasitör ve yükün çektiği

akımların toplamı bize bobinin akımını verecektir.

Bobin de devrede sürekli olarak enerji alışverişinde bulunan bir eleman olduğu için akımında

değişimler olacaktır. Bu salınımların seviyeleri bobinin her modda maruz kaldığı gerilimler bilindiği

takdirde hesaplanabilir.

dt

tdiLtV L

L

)()(

dt

tdi

L

tV LL )()(

Burada dt

tdiL )(bize bobin akımının eğiminin ifadesini vermektedir. Yani bobin akımı mod 1’de

L

VVg eğimiyle DTS süresince artarken mod 2’de

L

Veğimiyle azalmaktadır. Bu değişim şekil 4’te

gösterilmiştir.

tDT

ST

S2T

S

iL(t) I

AVG

2ΔIIAVG

+ ΔI

IAVG

- ΔI

1+DTS

Şekil 5.5


5

Gerilim Artıran Dönüştürücünün Kalıcı Durum Devre Analizi

Şekil 5.6’ da tek transistörlü tipik bir gerilim artıran dönüştürücünün (boost converter) devre

şeması görülmektedir. Bu devre de gerilim azaltan dönüştürücü devresi gibi anahtar olarak bir mosfet bir

de diyot bulundurmaktadır. Mosfet yine aynı şekilde, sabit frekanslı bir PWM sinyali ile sürülmektedir.

15Vdc

D

100uH

690uF LOAD

Şekil 5.6

Bu devre de diyotun ve transistorün iletimine göre 2 moddan oluşmaktadır.

Şekil 5.7’de bu modlar gösterilmektedir.

15Vdc

100uH

690uF LOAD 15Vdc

100uH

690uF LOAD

MOD1 MOD2

Şekil 5.7a Şekil 5.7b

Devreyi, gerilim azaltan dönüştürücüde yaptığımız gibi bobin gerilimi üzerinden modelleyerek,

giriş gerilimi ile çıkış gerilimi arasında ilişkiyi elde edebiliriz. Transistorün iletimde diyotun kesimde

olduğu mod 1’de bobin, transistör üzerinden doğrudan toprağa bağlanmış durumdadır. Dolayısıyla

üzerinde giriş gerilimi olduğu gibi görünecektir.

gL VV

Mod 2’de transistör kesimdedir ve devre diyot üzerinden çıkışa enerji aktarmaktadır. Bu durumda bobin

gerilimi giriş gerilimi ile çıkış gerilimi arasındaki farka eşit olacaktır.

VVV gL


6

Buna göre bobinin terminalleri arasındaki gerilim şekil 5.8’ de gösterildiği gibi olacaktır.

tDTS

TS

1+DTS

2TS

Vg

Vg-V

VL(t)

I

II

Şekil 5.8

Gerilim artıran dönüştürücüye de indüktör volt-saniye dengesi prensibini uygulayarak giriş-çıkış

gerilimi ifadesini bulabiliriz. Bir önceki kısımda açıkladığımız şekliyle volt-saniye dengesi için

0)(0

dttV

Ts

L durumu sağlanmalıdır. Bu da aynı şekilde indüktör gerilim dalga şeklinin altında

kalan alanlar toplamıdır.

0)1)(())(()(0

SgSg

Ts

L TDVVDTVdttV

0 SSgSSgSg VDTDTVVTTVDTV

0 SSSg VDTVTTV 0)( VDVVT gS

0 VDVVg VDVVg )1( DVVg

D

VV

g

1

Bobin akımının eğimini yine benzer şekilde gerilimlerden hesaplayabiliriz. Buna göre mod 1’de

bobin akımı L

Vg eğimiyle artacak ve mod 2’de

L

VVg eğimiyle azalacaktır. Bu durum şekil 8’de

gösterilmiştir.

tDT

ST

S2T

S

iL(t) I

AVG

2ΔIIAVG

+ ΔI

IAVG

- ΔI

1+DTS

L

Vg

L

VVg

Şekil 5.9


7

5. 1 DC-DC Gerilim Azaltan Dönüştürücü

5.1.1. Darbe Genişliği Etkisi

15Vdc D

100uH

690uF LOAD

Şekil 5.10

Şekil 5.11

Şekil 5.10’da görülen devreyi kurunuz. Yük olarak bağlayacağınız reostayı 10 ohm’a ayarlayınız.

Bağlantıları kontrol ettikten sonra devreye enerji veriniz. Osiloskoptan bakıp “duty cycle” potunu

kullanarak darbe genişliğini 0.5’e ayarlayınız. Yine aynı şekilde “switching frequency” potunu kullanarak

anahtarlama frekansını 20kHz’e ayarlayınız.


8

Yükü bağladıktan sonra dönüştürücünün girişine bağladığınız güç kaynağını açarak giriş gerilimini 15V’a

ayarlayınız. Darbe genişliğini 0.1’den 0.9’a kadar 0.1 lik adımlarla değiştirerek her adımda çıkış

geriliminin ortalama değerinin ölçünüz. D=0.1 D=0.5 ve D=0.9 değerleri için indüktör akımını ve çıkış

geriliminin üzerindeki dalgalanmayı osiloskopta gözlemleyerek dalga şekillerinin çiziniz.

(Not : İndüktör akımı ölçüm kartının akım kısmından, çıkış geriliminin üzerindeki dalgalanmalar

ise, osiloskobun AC modundan görülebilir.)

5.1.2. Anahtarlama Frekansı Etkisi

Devreyi değiştirmeksizin darbe genişliğini 0.5’e ayarlayın. Yük gerilimi dalgalanmasının tepe-

tepe değerini ölçünüz. Bobin akımının dalga şeklini çiziniz. Aynı işlemleri, 40kHz,60kHz, 80kHz ve 100

kHz için tekrarlayınız.

5.1.3. Yük Etkisi

Anahtarlama frekansını 100kHz’e , darbe genişliğini de 0.5’e ayarlayın. Yük olarak bağladığınız

reostanın direncini devre süreksiz akım moduna geçene kadar yavaş yavaş artırın. Çıkış geriliminin

değerini ölçerek, mosfet (akaç-kaynak gerilimi) ve diyot gerilimleriyle birlikte dalga şekillerini çiziniz.

(Not: Mosfet’in akaç(drain) terminali de kaynak(source) terminalide toprakta olmadığı için bu elemanın

gerilimini osiloskopta gözlerken daha dikkatli olunuz. Yanlış toprak kullanımı sigortaları attırabilir)

5.1.4. Verim

Anahtarlama frekansını 40kHz’e darbe genişliğini 0.5’e ayarlayınız. Yük direncini tekrar 10

ohm’a getiriniz. Giriş akımı ile, çıkış akım ve geriliminin ortalama değerlerinin ölçerek ortalama giriş ve

çıkış güçlerinin hesaplayınız. Bu değerleri kullanarak dönüştürücünün bu frekanstaki verimini

hesaplayınız. Aynı işlemleri 60kHz, 80kHz, 100kHz için tekrarlayınız.

Gerilim azaltan dönüştürücü için alınan bazı ölçümler aşağıda gösterilmiştir.

25kHz frekansta D=0.5 değerinde darbe genişliği dalga şekilleri.

Şekil 5.12

Aynı frekansta bobin uçları arasındaki gerilim


9

Şekil 5.13

D=0.5 için çıkış gerilimi ve üzerindeki dalgalanma

Şekil 5.14

D=0.75 için bobin üzerindeki gerilim ve darbe genişliği-yük gerilimi dalga şekilleri

Şekil 5.15


10

5. 2 Doğru Akım-Doğru Akım Gerilim Artıran Dönüştürücü

5.2.1. Darbe Genişliği Etkisi

15Vdc

D

100uH

690uF LOAD

Şekil 5.16

Şekil 5.17

Şekil 5.16’da görülen devreyi kurunuz. Yük olarak bağlayacağınız reostanın direncini 50 ohm’a

ayarlayınız. Giriş gerilimini 10 V’a ayarlayınız. Bağlantıları kontrol ederek devreye enerji veriniz.

Anahtarlama frekansını 50kHz’e ayarlayınız. Darbe genişliğini minimumdan 0.7’e kadar 0.1likadımlarla

artırınız. Her adımda yük geriliminin ortalama değerini kayıt ediniz. İndüktör akımını ve çıkış gerilim

üzerindeki dalgalanmayı osiloskopta gözlemleyerek dalga şekillerini çiziniz.


11

5.2.2. Anahtarlama Frekansı Etkisi

Darbe genişliğini 0.5’e, anahtarlama frekansını 100kHz’e ayarlayınız. Yükün 50 ohmda olduğuna

emin olunuz. Çıkış bobin akımının dalga şeklini çiziniz. Aynı işlemi 40kHz, 60kHz ve 80kHz için

tekrarlayınız.

5.2.3. Yük Etkisi

Darbe genişliğini 0.4’e, anahtarlama frekansını 100kHz’e ayarlayınız.Devre süreksiz akım moduna

geçene kadar yükü artırınız. Mosfet ve diyotun terminalleri arasındaki gerilimi çiziniz. Yük geriliminin

ortalama değerini ölçünüz. (Not: Gerilim artıran dönüştürücüde diyot terminallerinden hiçbiri toprakta

olmadığı için diyot gerilimi ölçümünde dikkatli olunuz. Differential probe ya da osiloskobun 2 kanalını

birden kullanınız)

5.2.4. Verim

Anahtarlama frekansını 100kHz’e, darbe genişliğini 0.5’e ayarlayınız. Yük direncini , yük akımı

0.4 A olacak şekilde ayarlayınız. Giriş akımını ve çıkış gerilimini ölçerek , dönüştürücünün bu frekanstaki

verimini hesaplayınız. Aynı basamakları 40 kHz, 60 kHz ve 80 kHz için tekrarlayınız.

DC-DC gerilim artıran dönüştürücü için alınan bazı sonuçlar aşağıda verilmiştir:

D=0.6 için darbe genişliği ve yük gerilimi Şekil 5.2.3

D=0.6 için bobin gerilimi dalga şekli Şekil 5.2.4


12

Şekil 5.18

Şekil 5.19

Sonuçlar

Deney 5.1.1’de her bir darbe genişliği için ölçtüğünüz gerilim değerlerini darbe genişliği- yük

gerilimi şeklinde grafiğe dökünüz. Her bir darbe genişliği değeri için yük gerilimini teorik olarak

hesaplayınız. Teorik değerler ölçünlenlerle uyuşuyor mu. Uyuşmuyorsa neden? Açıklayınız.

Deney 5.1.2’de her bir frekans değeri için gözlemlediğiniz dalga şekillerini ölçekli kağıda çizerek

raporunuza ekleyiniz. Anahtarlama frekansının bobin akımı üzerindeki etkisini kısaca açıklayınız.

Deney 5.1.3’teki dalga şekillerini ölçekli kağıda çizerek raporunuza ekleyiniz.

Deney 5.1.4’te her bir frekans için elde ettiğiniz verim değerlerinin grafiğini çiziniz. Anahtarlama

frekansının, devrenin verimine yaptığı etkiyi nedenleriyle açıklayınız.

Deney 5.2.1’de gerilim artıran dönüştürücü için yaptığınız ölçümleri grafik haline getirerek deney

raporuna ekleyiniz. Her bir darbe genişliği için yük geriliminin değerini teorik olarak

hesaplayınız. Teorik ve pratik değerler uyuşuyor mu? Uyuşmuyorsa neden? Açıklayınız… Bobin

akımının dalga şeklini ölçekli kağıda çizerek raporunuza ekleyiniz.

Deney 5.2.3’de her bir frekans için elde ettiğiniz dalga şekillerini ölçekli kağıda çizerek

raporunuza ekleyiniz.

Deney 5.2.3’te elde ettiğiniz diyot ve mosfet gerilim dalga şekillerini ölçekli kağıda çiziniz. 0.4

darbe genişliğine göre elde etmeniz gereken yük gerilimini teorik olarak hesaplayınız. Deneyde

ölçtüğünüz değerle uyuşuyor mu? Açıklayınız…

Deney 5.2.4’te elde ettiğiniz verim sonuçlarını tablo haline getirerek grafiğini çiziniz. Sonuçları

yorumlayınız.


1

5.Deney

6. ÜÇ FAZLI EVİRİCİLER

Deneyin Amacı:

3 Faz eviricilerin çalışma sistemlerini incelemek, 3 faz motor sürücü sisteminin çeşitli deneylerini

yapmak.

EVİRİCİ

Alternatif akımdan (AC), Doğru akıma (DC), Doğru akımdan (DC), alternatif akım (AC) 3 faz

biçimine dönüştürülebilen, frekansı ve gerilimi ayarlanabilen düzeneklere Evirici Sistemler adı verilir.

Kalkış akımları olmadığından şebekeye zarar vermez.

TEK FAZLI YARIM KÖPRÜ EVİRİCİ:

Şekil 6.1'deki devre 2 adet kıyıcıdan meydana gelmiştir T/2 zaman aralığı için sadece Q1

transistörü iletime sokulursa yük uçlarındaki gerilimin ani değeri Vs/2'dir. Diğer T/2 zaman aralığında,

sadece Q2 transistörü iletime sokulursa yük uçlarında –Vs/2 görünür. Tetikleme devresi ne olursa olsun

Q1 ve Q2'yi aynı anda tetiklemeyecek şekilde tasarlanmalıdır.

Şekil 6.1

Şekil 6.2


2

Şekil 6.2 ohmik yük için transistör akımları, yük gerilimi (Vy) ve dalga şekillerini

göstermektedir. Böyle bir evirici devresini beslemek için şekilden de anlaşılacağı gibi simetrik beslemeye

ihtiyaç vardır. Yalıtımda olan transistör uçlarında (Vs) kadar gerilim görülür bu tip invertöre yarım

köprü evirici denir.

TEK FAZLI KÖPRÜ EVİRİCİ:

Tek fazlı bir köprü evirici Şekil 6.3 de görüldüğü gibidir. Bu devre 4 adet kıyıcıdan meydana

gelmektedir. Q1 ve Q2 transistörleri aynı anda iletime sokulduğunda Vs giriş gerilimi, yük uçlarında

görünür. Eğer Q3 ve Q4 transistörleri aynı anda iletime sokulursa yük uçlarında ters yönlü -Vs oluşur

çıkış dalga şekli Şekil 6.4'deki gibidir.

Şekil 6.3

Şekil 6.4


3

GERİLİM BESLEMELİ EVİRİCİLER

Aşağıda gördüğünüz SCR kontrollü evirici devresi gerilim beslemeli eviricidir ve en yaygın

tercih edilen evirici çeşididir. Gerilim beslemeli eviricilerde çıkış gerilimi doğrudan DC besleme

kaynağına bağlıdır çıkış akımı yük empedansının bir fonsiyonudur.

Şekil 6.5

AKIM BESLEMELİ EVİRİCİ

Akım beslemeli eviricilerde DC kaynaktan elde edilen giriş akımı sabittir bunun için DC kaynağa

seri olarak büyük bir indüktans bağlanır. Evirici çıkış akımı sabittir ve yükün cinsine bağlı değildir. Çıkış

akımının sabit olabilmesi için çıkış gerilimi değişmeye zorlanır.

Şekildeki transistörlü evirici devresinde her zaman iki transistör iletimdedir iletim sırası (1,2)-

(2,3)-(3,4)-(4,1) şeklindedir ve loop yapar. Her bir transistöre bağlanan diyot ters gerilimlerden

transistörleri korumak içindir.

Şekil 6.6


4

Tristörlü bir evirici devresi de Şekil 6.7’deki gibidir komütasyon kondansatör ile sağlandığından

devre basittir. SCR1 ve SCR2’nin iletime geçtiğini düşünürsek C1 ve C2 kondansatörleri şekildeki

polarite ile şarj olur SCR3 ve SCR 4 tetiklenirse SCR 1 ve SCR2 ters biaslanır ve yalıtıma gider.

Şekil 6.7

Akım SCR3, C1, D1,yük ve D2, C2, SCR 4 üzerinden akar C1 ve C2 kondansatörleri önce Şarj

olur sonra yük akımı tarafından tespit edilen sabit bir oranda tekrar şarj olur C1 ve C2 yük gerilmine

şarj olduğunda akımları sıfır olur. Yük akımı D1 den D3'e ve D2 den D4'e transfer olur. D1 ve D2

yalıtıma gider eğer bir sonraki çevrimde SCR1 ve SCR 2 tetiklenirse SCR3 veSCR4'ü yalıtıma sokmak

için C1 ve C2 hazırdır. Komütasyon zamanı yük akımı ve yük geriliminin büyüklüğüne bağlıdır

yukarıdaki şekilde C1 ve C2 kondansatörleri diyotlar tarafından yük geriliminden yalıtılır.

DEĞİŞEBİLEN DC İLE BESLENEN EVİRİCİLER

Bir eviricinin çıkış gerilimi pals genişliğinin değiştirilmesi ve DC giriş geriliminin sabit

tutulmasıyla kontrol edilebilir. Fakat bu tip gerilim kontrolünde çıkış geriliminde harmonikler oluşur

harmonikleri azaltmak veya yok etmek için pals genişlikleri sabit tutulabilir ve çıkış gerilimi

değiştirilerek kontrol edilebilir böyle bir evirici Şekil 6.8’ deki gibidir. Bu tip bir evirici ilave olarak

konvertör katına ihtiyaç duyar.

Şekil 6.8


5

Evirici devreleri genellikle PWM tekniği kullanarak çalıştırılır. PWM sinyallerini elde etmek için

bir MPU yada PIC gibi bir dijital kontrolcü kullanmak gerekir.

Bizim devremizde ATMEL-ATMEGA8 işlemcisi kullanılmıştır.

PWM: Pulse Width Modulation kelimelerinin baş harflerinden türemiş bir kısaltmadır.

SIKÇA KULLANILAN PWM TEKNİKLERİ

1- Tek pals genlik modülasyonu

2- Çoklu pals genlik modülasyonu

3- Sinüsoidal pals genlik modülasyonu

4- Modified (değiştirilmiş yada azaltılmış) sinüsoidal pals genlik modülasyonu

PWM, basitçe invertördeki transistör ya da SCR’ leri düzenli aralıklarla anahtarla-maya yarar.

TEK PALS GENLİK MODÜLASYONU

Şekil 6.9


6

Tek pals genişlik modülasyonu ile kontrolde, her yarım saykılda tek pals vardır. Evirici çıkış

gerilimi, palsin genişliği değiştirilerek sağlanır. Şekil 6.9' a bakacak olursak tetikleme sinyallerinin

üretimini ve tek fazlı tam köprü bir evirici devresinin çıkış gerilimini göstermektedir. Tetikleme sinyalleri

genliği Ar olan bir kare dalga referans sinyali ile genliği Ac olan bir üçgen dalga taşıyıcı sinyalin

karşılaştırılması ile elde edilir. Referans sinyalin frekansı çıkış geriliminin temel frekansını tayin eder

Ar'nin sıfırdan Ac'ye kadar değişimini pals genişliğinin sıfırdan 180 dereceye kadar değişimine neden

olur.

ÇOKLU PALS GENLİK MODÜLASYONU

Bir eviricinin harmoniği, çıkış geriliminin her bir yarım saykılda bir çok pals kullanmakla

azaltılabilir. Transistörleri iletim ve yalıtıma sokmak için gereken tetikleme sinyalleri, Şekil 6.10'daki

gibidir. Bir referans sinyal ile üçgen dalga şekildeki gibi kıyaslanması ile elde edilir. Referans sinyalin

frekansı, çıkış frekansını tayin eder. Taşıyıcı frekans ise her bir yarım saykıldaki pals sayısını belirler.

Tek fazlı bir köprü evirici devresinin çıkış gerilimi şekil 6.11'deki gibidir.

Şekil 6.10

Şekil 6.11


7

Tek pals modülasyonu ile kıyaslandığında distorsiyon faktöru oldukça azaltılmıştır. Bununla

birilikte güç transistörlerinin iletim ve yalıtım sayısının fazla olması anahtarlama kayıplarını artırır. Her

bir yarım saykıldaki pals sayısının fazla olması düşük dereceli harmoniklerin genliğini azaltır.

SINUSODIAL PULSE GENLİK MODÜLASYONU

Bu teknikte her bir palsın genişliği sinüs dalgasının genişligi ile orantılı olarak değişir

.Distorsiyon faktorü ve düşük dereceli harmonikler önemli derecede azaltılır.

Tetikleme sinyalleri Şekil 6.12 ve Şekil 6.13'deki gibi bir sinusoidal referans sinyali ile bir bir üçgen

dalga taşıyıcı sinyalin kıyaslanması ile elde edilir.

Endüstriyel uygulamalarda çok sık kullanılan bu modülasyon SPWM kısaltması ile tanınır.

Referans sinyalin frekansı eviricinin çıkış frekansını belirler her bir yarım saykıldaki pals sayısı taşıyıcı

frekansa bağlıdır.

Şekil 6.12

Şekil 6.13


8

MODIFIED (DEĞİŞTİRİLMİŞ VEYA AZALTILMIŞ ) SINUSOIDAL PULSE GENLİK

MODÜLASYONU

Şekil 6.14'de gösterilen bu teknikte sinüs dalgası tepe kısmına yakın bir bölgede pals genişliği

yaklaşık sabittir. Çünkü taşıyıcı dalga her bir yarım saykıl için 60 derece aralıklarla uygulanır (0

dereceden 60 dereceye kadar ve 120 dereceden 180 dereceye kadar) güç transistörlerinin anahtarlama

sayısı azalacağından anahtarlama kayıpları da düşüktür.

Şekil 6.14


9

DENEYİN YAPILIŞI:

Deney bağlantısını aşağıdaki gibi yapınız.

Figure 6.15

1- Devreyi kurduktan sonra gücü veriniz.

2- FREQUENCY potu ile displayde 35 Hz görülünceye kadar ayarlayınız.

3- START tuşuna basınız. Ne olmuştur.

4- STOP tuşuna basınız ve motorun durmasını sağlayınız.

5- Potansiyometrenin pozisyonunu değiştirin. Ne olmuştur.

6- R-S-T çıkışlarını farklı frekanslarda osiloskopta inceleyerek yorumlayınız.

7- Aynı işlemleri değişik frekanslarda tekrarlayarak sinyalleri yorumlayınız.

NOT: Motor durmadan devir yönünü değiştirmeyiniz.


10

SONUÇLAR:

25 Hz Çıkış Sinyali (yüksüz)




11


Figure 6.16

EXPERIMENTAL PROCEDURE with D-LAB:

Figure 6.17


12




13

50 Hz Çıkış Sinyali (yüksüz) (0.1 sn)



14



Figure 6.18

Documents

3. Deney 3. BİR FAZLI VE ÜÇ FAZLI KONTROLLÜ ......dalga , tam dalga doğrultucu eklinde incelenecektir. Tek Fazlı Yarım Dalga Tristörlü Doğrultucu: ekil 3.1’de de görüldüğü