» 25.04.2008 - IGBT RECTIFIER
IGBT RECTIFIER<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
Çeşitli amaçlar için sanayide kullanılmak üzere tasarlanan ve üretilen Inverterler (Evirici) elektrik şebekesinden alınan 3 veya tek fazlı gerilimi denetimli veya denetimsiz olarak doğrultarak filtreden geçirir, ardından da evirici katı ile değişik frekans veya fazlarda alternatif akıma çevirirler.
Evirici katının çıkışı değişik yüklere bağlanır, bu yükler aktif veya reaktif yükler olabilir.
Aktif yük söz konusu ise evirici çıkışından alınan enerjinin hemen hemen tamamı diğer bir enerji biçimine dönüştürülür.
Reaktif yük söz konusu olduğunda ise anahtarlama elemanları kayıpları ve L veya C elemanlarının kayıpları dolayısı ile atılan ısı dışında aktif enerji harcanamayacağından evirici çıkışında bir reaktif enerji dolaşımı hasıl olur.
Çok özel nedenler dışında bu reaktif enerji bir işe yaramadığı gibi, sistemin de verimini düşürür.
Bu bakımdan reaktif elemanlar kullanılırken kondansatörlerde tgδ ve endüktanslarda ise Q parametrelerine dikkat etmek gerekir. Q ve tg δ direkt olarak ait olduğu elemanın direnci ile orantılıdır.
Inverter çıkış katında bunlar olurken aynı zamanda mekanik yük dolayısı ile de bazı önemli sorunlar ile karşılaşılır. Bunlardan en önemlisi özellikle motor yükü üzerinden mekanik enerjinin elektriksel enerjiye dönüştürülerek elektrik şebekesine iade edilmesi sorunudur.
Klasik SCR kontrollü doğrultucular ile olsun Kontrolsüz Diyotlu doğrultucularla olsun bunun gerçeklenmesi mümkün değildir.
Bu işlem ancak doğrultucu katında kullanılacak bir Inverter ile mümkündür.
DOĞRULTUCULARDA INVERTER KULLANILMASI:
Doğrultucularda Inverter kullanılmasının üç önemli sebebi vardır,
1. Inverter çıkış katından gelen ters enerjinin elektrik şebekesine aktarılması,
2. Elektrik şebekesinden çekilen –istenmeyen- harmonik akımların yok edilmesi.
3. Elektrik şebekesinden çekilen reaktif enerjinin yok edilmesi.
DOĞRULTUCU KATINDA KULLANILAN INVERTERLER:
Yukarda basit açıklamaları yapılan Inverterlerin giriş katlarında genel olarak aşağıda tipleri verilmiş konvertörler kullanılır,
- SCR temelli ve açı kontrollu Inverterler,
- IGBT veya MOSFET temelli PWM Inverterler.
- Vienna Rectifier.
- Minnesota Rectifier.
SCR TEMELLİ İNVERTERLER
Giriş katında bulunan doğrultucu elemanları olan diyot veya SCR ler’e “ters paralel” olarak bağlanan SCR ler DC devreye ters bağlanmış bir inverter oluşturur.
Şebeke sinüsünün kısa devre oluşturmayacak bölgelerinde ateşlenen bu tristörler (SCR) vasıtasıyla inverter ve dolayısı ile yük tarafından gelen enerji, şebeke tarafına aktarılmış olur.
Bu tip doğrultucunun getirdiği avantajlar yanında transistorlu doğrultucuya göre bazı zayıf tarafları vardır.
- Bu doğrultucularla şebeke tarafında enerji aktarılır, ancak harmonik akımların yok edilmesi ve reaktif güç kompanzasyonu yapılması mümkün olmaz,
- SCR lerin ateşlendiğinde susturulması zor olduğundan sistemin kısa devre olma riskleri mevcuttur.
- Sistem alternatıfıne göre daha karmaşıktır.
IGBT TEMELLİ İNVERTERLER
Temel olarak yukarıdaki örnekte anlatıldığı gibi doğrultucu elemanlarına ters paralel bağlanmış IGBT lerden oluşur.
IGBT lerin ters paralel serbest geçiş (free-wheel) diyotları içerdiği de düşünüldüğünde sadece IGBT lerden oluşturulduğunda bir adet kontrolsüz doğrultucu ve yine bir adet IGBT Inverter sistemi oluşturulmuş olur.
Doğrultma işlemi serbest geçiş diyotları tarafından yapılır.
IGBT ler ise hem çıkış ile giriş arasındaki akım yolunu oluşturur ve hem de giriş akımlarının sadece ana bileşenden oluşmasını sağlar.
Bu işlem için giriş akımlarının “fourrier” analizi yapılır ve çekilen harmonik akımların tersinin oluşturulmasını sağlayacak biçimde IGBT “gate” sinyalleri hesaplanır.
Bu sinyallerin yükseltilmesi sonucunda oluşturulan gate voltajları ile anahtarlanan IGBT ler harmonik akımları ihmal edilecek seviyelere düşürebilir.
Harmonik akımların düşüklüğü IGBT anahtarlama frekansı ile doğrudan orantılıdır. IGBT lerin çok yüksek hızlarda anahtarlanması anahtarlama kayıplarının artmasına sebep olacağından bu belli seviyelerde tutulur.
IGBT temelli Rectifier (doğrultucu) ile güç kompanzasyonu yapılması da mümkündür.
Yukarıda izah edildiği üzere giriş akımı ana bileşeninin fazının gerilim fazına kilitlenmesi ile bu sağlanabilir.
Özetle, IGBT rectifier ile birden fazla avantaj elde edilmiş olur. Sistemin yapısı çok karmaşık değildir ancak matematik analizlerin yapılması için DSP ve FPGA gibi hızlı yapıların kullanılması hemen hemen zorunludur.
Bu sistemlerin tasarım ve üretimi son yıllarda oldukça hız kazandığından “chip” üreticileri bazı özel çözümler de üretmişlerdir.
Çalışma prensibi tek fazlı PFC devresinin aynısıdır, farklı yanı ise bu konfigurasyonun 3 faza uyarlanmış olmasıdır.
PFC devrelerinin çalışma prensibi seri yolda bulunan indüktansa uygun biçimde yüklenen enerjinin geri alınması dır.
Sanal referans noktası olarak seri bağlanmış ara devre kodansatörlerinin ortak noktası kullanılır.
Giriş köprüsü, diyot ve anahtarlama elemanlarının bir sentezi biçimindedir.
Endüktanslar köprü girişinde yani şebeke tarafında bulunur.
Anahtarlama elemanları değişik yöntemlerle akım takibi yaparak gate sinyalleri üreten kontrol elemanları tarafından sürülür.
Bu sayede giriş akımlarının THD’u düşürüldüğü gibi aynı zamanda Reaktif Güç te kontrol edilir.
Power Factor Correction chipleri ile paket ve basit çözümler üretmek mümkündür.
Tam dalga doğrultulmuş şebeke voltajı yine ara devre kondansatörleri ile birlikte yarım köprü anahtarlama elemanları ile kontrol edilir.
BU konfigürasyonun diğerlerine göre farkı bir “resonant converter” olarak çalışmasıdır.
Giriş tarafında hem PFC indüktansları ve hem de seri rezonans devresi vardır.
Bugün : 19 | Toplam Ziyaretçi : 285474