Karadeniz Teknik ÜniversitesiMühendislik Fakültesi

Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü

Yrd. Doç. Dr. H. İbrahim OKUMUŞ

ELKE401 Güç Elektroniği I1. Ara sınav

07Kasım 2009Süre : 90 dk.

SORU 1

a) Güç elektroniği teriminden ne anlıyorsunuz? Kısaca yazınız.b) Bir n-tipi yarıiletkenin yapısı ve çalışmasını kısaca açıklayınız.c) Bir güç elektroniği dönüştürücü devresinden beklenen fonksiyonları bir şema ile açıklayınız.d) Bir güç yarı iletkeninde hangi kayıplar oluşur? Maddeler halinde yazınız.

SORU 2

Şekildeki devrede tristör 60 mA’lik kilitlenme akımına sahiptir. Tristör 40 µs’lik bir darbe ile ateşlendiğine göre;a) Devrede R direnci yokken ateşleme darbe süresi sonunda tristörün iletimde kalamadığını gösteriniz. b) Devreye R direncinin eklenmesi durumunda, tristörün iletime geçmesini sağlayacak maksimum direnç değerini

hesaplayınız.

SORU 3.

1 kW’lık sürekli mıknatıslı doğru akım motoru 10 Nm’lik sabit yüklü olarak şekildeki gibi tristörlü yarım dalga doğrultucu tarafından sürülmektedir. Doğrultucu besleme gerilimi 220 V, 50 Hz., motor uyartım sabiti KФ=2.5 ve endüvi direnci 2 Ω dur. Motorun 100 d/d ile dönmesi için tristör ateşleme açısını ve motorun harcadığı gücü hesaplayınız.

SORU 5

a) Çevre sıcaklığının 35 oC olduğu bir ortamda çalıştırılan bit tristörün termal direnci 1.54 oC/W dır. Bu tristöre takılan soğutucunun termal direnci ise 2.1 oC/W dır. Tristörün dayanabileceği maksimum sıcaklık 125 oC olduğuna göre ve %20 sıcaklık toleransı bırakılması durumuna göre yanmaması için maksimum güç kaybı kaç Watt olabilir? (λ=220)

b) İzin verilen maksimum eklem sıcaklığı 125 oC olan bir TO-3 transistörü 26 Watt’lık bir güç değişimine sahiptir.

1

120 V

25 Ohm

0,6 H

R

~

i(t)

v(t) va (t)

+

-

T

aaa IREV ,

~

Ü

e(t) = 10sin2tR= 3Ω

T

i(t)

C= 2F

SORU 4.

Şekilde bir tristörlü RC yük devresi verilmiştir;a) Yük akımının analitik ifadesini elde ediniz.b) RC yük geriliminin etkin değerini α = π/2 için

hesaplayınız.c) Giriş gerilimi, yük akımı, tristör gerilimi ve yük

gerilimi dalga şekillerini çiziniz.d) RC yükü üzerindeki gerilimin etkin değerinin 3 V olması için ateşleme açısı, α, ne olmalıdır.

Rθjc + Rθcs=1.8 oC/W olduğuna göre tranzistorün 40 oC’lik çevre sıcaklığında bozulmadan çalışabilmesi için uygun soğutucu-çevre ısıl direncini hesaplayınız.

2009-2010 GÜZ DÖNEMİ ELKE 401 GÜÇ ELEKTRONİĞİ I

ARASINAV ÇÖZÜMLERİ

Çözüm 1.

a) Güç Elektroniği : Bir kaynaktan yüke verilecek elektrik enerjisinin; yükün gerektirdiği uygun bir şekle sokulması ve denetlenmesi konularını inceler.

b) n-tipi yarı iletken : Elektrik akımı taşıyıcılarının çoğunlukla negatif yüklü elektronların olduğu yarı iletkene n-tipi yarı iletken denir.

c)Doğrultucular (Redresör, Rectifier): Sabit genlik ve frekansta bir AA kaynaktan DA eldesinde kullanılırlar. Denetimli ve denetimsiz olmak üzere iki sınıfa ayrılırlar. Denetimsiz: Diyotlarla ve çıkış gerilimi ortalaması sabit; Denetimli: 0 ila max. Arasında ayarlanabilir, ayrıca negatif gerilim elde edilebilir, güç yönü değişir.

Eviriciler (Ondülör, Inverter): Bir DA kaynaktan bir veya çok fazlı AA eldesinde kullanılır. DA giriş genelde sabittir. AC çıkış genliği ve frekansı sabit veya değişken olabilir.

DA Kıyıcılar : Sabit genlikli DA den ayarlanabilen DA eldesinde kullanılır.

AA Kıyıcılar : Sabit genlik ve frekansta (temel frekans) bir AA kaynaktan aynı frekansta ancak değişken genlikli AA eldesinde kullanılır.

2

Kristal yapı içindeki bir Si atomu yerine yabancı bir atom yerleştirilirse iletkenlikte büyük değişme olur. Kristal yapı içerisinde son yörüngesinde 5 elektronu olan antimon atomu enjekte edelim. Kristal yapıda bağ kuracak sadece 4 valans elektron olduğundan son yörüngesinde 5 elektronu bulunan antimon atomunun 5. elektronu için yer yoktur. Yandaki Şekil’de görüldüğü gibi bu elektron kristal yapı içerisinde boşta kalır. İlave edilecek her bir antimon için bir serbest elektron ve bir de (+) sabit yük oluşur. Zira antimon atomu +5 yüklü olduğu halde çevresinde kendine ait sadece 4 elektronu vardır. Diğer bir değişle antimon atomu bir elektronu kaybettiği için +1 yüklüdür. Atom kristal içerisinde hareket edemediğinden bu yük sabittir. İçine antimon enjekte edilmesi ile kristal içinde (-) hareketli yük hasıl olduğundan elde edilen yeni kristale “n-tipi kristal” denir.

d)1. İletim kayıpları2. Tıkama kayıpları3. Kapı devresi kayıpları4. Anahtarlama kayıpları

Çözüm 2.

I = 120 V/25 Ω = 4,8 A (R direnci yokken, sürekli durumda L kısa devre)

Geçici durumda;

V = Ri(t) + L di(t)/dt

i = (V/25)(1-e-t/T), T =L/R

t = 40 µs için;

i=4,8*(1-exp(-0.00004/0.024)) = 0,008 A = 8 mA

di/dt başlangıç değeri

V=L(di/dt), di/dt = V/L

a) t= 40 µs sonra tristör akımı 8 mA olduğu ve bu akım değeri tristör kilitlenme

akımının (60 mA) altında olduğu için tristör iletime geçemez.

b) R = 120/(60-8)x10-3 = 2,3 kΩ

Çözüm 3.

3

120 V

25 Ohm

0,6 H

R

~

i(t)

v(t) va (t)

+

-

T

aaa IREV ,

Çözüm 4.

4

~

Ü

e(t) = 10sin2tR= 3Ω

T

i(t)

C= 2F

Homojen çözüm:

a)

b)

5

c)

d)

6

Çözüm 5.

a)Maksimum tristör sıcaklığı = 125-0.2.125 = 100 oCToplam ısınma = 100 oC – 35 oC = 65 oC

1 W => 3,64 oCX => 65 oC => x = 17,86 Watt

b)

7