Eviriciler (DC-AC Dönüştürücüler)

Eviriciler DC-AC Dönüştürücü, genel olarak bir DC gerilimi bir AC gerilime dönüştürür DC-AC dönüştürücülerin temel blok şeması Şekil 6.1 de verilmiştir Burada Vd giriş gerilimi Va,Vb Vc çıkış faz gerilimleri id giriş akımı ia çıkış a faz akımı ve 0 çıkış sıfır hattıdır.

Eviriciler DC-AC Dönüştürücülerin Temel Özellikleri Zorlamalı komüstasyonludur Genellikle tam kontrollü elemanlar ile gerçekleşir Genellikle PWM anahtarlama yöntemi ile kontrol edilir Gerilim ve frekansı kontrol edilebilen bağımsız bir AC gerilim üretilir Kontrol tekniğine bağlı olarak AC çıkış geriliminde harmonikler oluşur.

Eviriciler DC-AC Dönüştürücülerin Temel Özellikleri 1) DC giriş besleme kaynağı açısından a) Gerilim kaynaklı b) Akım kaynaklı 2) Faz Sayısına Göre a) Tek fazlı b) Üç fazlı 3) Uygulanan Kontrol Yöntemine Göre a) Kare Dalga b) Kısmi veya boşluklu kare dalga c) PWM inverter 4) Tek Fazlı İnverterlerin Devre Yapısına Göre a) Yarım köprü inverter b) Tam köprü inverter c) Push-pull inverter

Tek Fazlı Kare Dalga İnverterler Yarım köprü, tam köprü ve push-pull olmak üzere,tek fazlı üç temel inverter yapısı mevcuttur.Burada tek fazlı temel invereterin yapılan ve çalışma prensipleri verilmiştir.Bu inverterlerin hepsinde kare dalga kısmi kare dalga ve PWM kontrolü uygulanabilir.Kontrol yöntemi,genellikle invereterin isimine yansıtılmaktadır.Temel inverterlerin çalışma prensibi en basit kontrol yöntemi olan kare dalga kontrolü ile açıklandığından,başlıklara kare dalga terimi eklenmiştir.

Tek Fazlı Yarım Köprü Kare Dalga İnverter Mekanik Anahtarlı Statik Anahtarlı

Tek Fazlı Yarım Köprü Kare Dalga İnverter Burada S1 faz kolunun pozitif anahtarı ve S4 faz kolunun negatif anahtarıdır.Faz kolunun pozitif elemanları T1 ile D1 pozitif anahtar S1 ve faz kolunun negatif elemanlarını T4 ile D4 negatif anahtar S4 ile eşdeğerdir.Her bir anahtar ters paralel bağlı bir aktif eleman ile bir pasif elemandan oluşur.Anahtar akımının pozitif kısmını aktif ve negatif kısmını pasif eleman geçirir.Şekil de ise bu inverterin kare dalga kontrolünde omik-yük için IGBT elemanlarının kontrol sinyallerine bağlı olarak, girişteki DC gerilim ve akım ile çıkış katındaki AC gerilim ve akımın dalga şekilleri görülmektedir.

Tek Fazlı Yarım Köprü Kare Dalga İnverter Omik Yük için Dalga Şekilleri

Tek Fazlı Yarım Köprü Kare Dalga İnverter Bu durumunda yüke bağlı olmaksızın AC gerilim

Tek Fazlı Yarım Köprü Kare Dalga İnverter Omik-Endüktif Yük için Dalga Şekilleri

Tek Fazlı Yarım Köprü Kare Dalga İnverter Pozitif ve negatif periyotlarda yükte oluşan devreler Çıkış Akımı Zaman Sabiti Diyodun İletim Süresi

Tek Fazlı Yarım Köprü Kare Dalga İnverter Yarım köprü türü inverter, girişte orta uçlu bir DC gerilim kaynağı gerektirmesine karşılık,sadece 2 aktif eleman ile gerçekleştirmektedir.Uygulamalarda orta uçlu ve dengeli bir DC gerilim kaynağı sağlamanın kolay olmadığı söylenebilir Bu inverterde kare dalga kontrolü uygulandığında,elde edilen AC gerilim frekansı ayarlanabilir,ancak bu gerilimin efektif değeri sabit kalır ve kontrol edilemez. Elde edilen AC gerilimde önemli ölçüde bir harmonik içerik ve DC kaynaktan çekilen akımda önemli ölçüde bir dalgalanma oluşur.Elemanlar kesim durumunda en fazla Vd gerilimde maruz kalır.Çıkış gerilimi bir transformatör kullanılarak izole edilebilir. Basit ve ucuz olduğu kabul edilen bu inverterler, daha çok rezonans devreli güç kaynaklarında kullanılmaktadır.

Tek Fazlı Tam Köprü Kare Dalga İnverter Tek fazlı tam köprü inverter, genel analizde a ve b fazlarından oluşan 2 fazlı inveretere veya 2 adet yarım köprü invertere eşdeğer kabul edilir.DC giriş gerilim kaynağının gerçekte bulunmayan orta ucu 0 veya nötr kabul edildiğinde,bu 0 noktasına göre a ve b faz kollarına çalışması yukarıda etraflıca verilen yarım köprü inverterin aynısıdır.Ancak,a ve b fazları arasında 180 derece faz farkı mevcuttur. Tek Fazlı Tam Köprü İnverterin Devre Şeması

Tek Fazlı Tam Köprü Kare Dalga İnverter Bu durumda çıkıştaki AC gerilim 180 derece faz farklı olan a ve b faz gerilimlerinin Vab=Va-Vb şeklinde farkı alınarak elde edilebilir.Ya da doğrudan Vab çıkış geriliminin,pozitif yarı periyotta T1 ile T2 elemanları iletimde iken Vd ve negatif yarı periyotta T3 ile T4 elemanları iletimde iken –Vd olduğu söylenebilir.Böylece tek fazlı tam köprü inverterin kare dalga kontrolündeki çıkış gerilimi için, Tam Köprü Kare Dalganın Çıkış Gerilimi

Tek Fazlı Tam Köprü Kare Dalga İnverter Omik-Endüktif Yük için Dalga Şekilleri

Tek Fazlı Tam Köprü Kare Dalga İnverter

Tek Fazlı Push-Pull Kare Dalga İnverter Tek fazlı push-pull türü inverterin temel devre şeması şekilde verilmiştir. Bu devrenin en temel özelliği,Giriş Sargısı Orta Uçlu Transformatör gerektirmektedir. Bu inverter bir DC gerilim kaynağı 2 adet aktif eleman 2 adet pasif eleman ve giriş sargısı orta uçlu bir transformatör ile geçekleştirilir.Bu invertere de kare dalga ve PWM kontrolü uygulanabilir. Push-pull inverter eleman sayısı açısından yarım köprü invertere benzer ancak tam köprü türü invertere eşdeğerdir. Tek Fazlı Push-Pull Kare Dalga İnverter

Tek Fazlı Push-Pull Kare Dalga İnverter

Tek Fazlı Push-Pull Kare Dalga İnverter Omik-Endüktif Yük için Dalga Şekilleri

Tek Fazlı Push-Pull Kare Dalga İnverter Kare dalga kontrollü push-pull türü inverterlerde de, AC gerilim frekansı ayarlanabilir fakat değeri kontrol edilemez. Yine çıkış geriliminde önemli ölçüde bir harmonik içerik ve giriş akımında ciddi bir dalgalanma oluşu. Tek fazlı push-pull türü inverter ,giriş sargısı orta uçlu bir transformatör gerektirmesine karşılık sadece 2 adet aktif ve 2 adet pasif eleman ile gerçekleştirilmektedir. Pozitif yarım periyotta bir yarısının ve negatif yarım periyotta diğer yarısının kullanılması ile kaçak endüktanlar bazı ilave sorunlara yol açmaktadır.Bu nedenle,daha büyük güçlerde tam köprü türü inverterler kullanılmaktadır.

Tek Fazlı Kısmi Kare Dalga İnverter Kısmi Kare Dalga (QSW) kontrolü,inverterde AC çıkış geriliminin frekansı ile birlikte değerini de değiştirebilmenin en basit yöntemidir.Bu yöntem ,PWM yönteminin Tek Darbeli özel bir uygulaması olarak da kabul edilir.Aynı zamanda, Faz Kaydırma Yöntemi ile gerilimin kontrol edilmesi şeklinde de tanımlanır.Bu kontrol yöntemi ,tek fazlı tam köprü ve push-pull türü inverter yapılarında uygulanabilir Tek Fazlı Kısmi Kare Dalga İnverter Devre Şeması

Tek Fazlı Kısmi Kare Dalga İnverter

Tek Fazlı Kısmi Kare Dalga İnverter Güç Elemanlarının İletim Durumları Ayrıca bu bağıntılar kullanılarak, efektif çıkış akımı ortalama giriş akımı bir transistör bir diyodun ortalama ile efektif akımları bulunabilir.Tek darbeli PWM kontrolü olarak da bilinen kısmi kare dalga veya faz kaydırma yöntemi, frekans ile birlikte çıkış gerilim gerilim değerinin de kontrol edilebildiği en temel ve en basit yöntem olarak anılmaktadır.Elde edilen AC gerilimde önemli ölçüde bir harmonik içerik ve DC kaynaktan çekilen akımda önemli ölçüde bir dalgalanma oluşur.Faz farkına bağlı olarak, çıkış gerilimi ve temel bileşeni ile birlikte harmonik içerik de değişir.Çıkış gerilimi bir transformatör ile izole edilebilir.

Tek Fazlı Kısmi Kare Dalga İnverter Omik-Endüktif Yük Dalga Şekilleri

Tek Fazlı PWM Kontrollü İnverter

Tek Fazlı PWM Kontrollü İnverter

Tek Fazlı İki Yönlü PWM Kontrollü İki Yönlü PWM Kontrolünde şekilde de görüleceği gibi, üçgen dalga şeklinde taşıyıcı bir gerilim ile sadece a fazına ait kare dalga şeklinde bir kontrol geriliminin karşılaştırılmasıyla a fazına ait pozitif sinyal Vap ve bunun tersinin alınmasıyla da negatif sinyal Van elde edilir.b fazına ait bir sinyal üretilmeksizin a fazına ait Vap sinyali T1 ile T2 elemanlarına ve Van sinyali de T3 ile T4 elemanlarına uygulanır.Burada, mf frekans oranının 7 ve p darbe sayısının 3,5 olduğu görülmektedir.Yarım darbe 2’ye bölünmüş olarak eşit genlikteki 3 darbenin yanlarında kalmıştır. Gerilimlerin Efektif Değeri Elemanların İletim Durumu

Tek Fazlı İki Yönlü PWM Kontrollü Birbirinin tersi olan 2 sinyal ile kontrol edilen faz gerilimleri daima çift yönlüdür. İki yönlü kontrol adı,Vab çıkış geriliminin iki yönlü olmasından kaynaklanır. Burada genlik oranı ma değiştirilerek faz ve fazlar arası gerilimlerin temel bileşenleri kontrol edilir. Ancak bu gerilimlerin efektif değerleri daima sabittir.Buradan çıkış gerilimi harmonik içeriğin yüksek olduğu söylenebilir. Va ile Vb faz gerilimleri için aynı şey söylenebilir,ancak bu gerilimler sanal bir 0 noktasına göre tanımlıdır ve gerçekte 0 noktasına doğru akım geçmez

Tek Fazlı İki Yönlü PWM Kontrollü İki Yönlü PWM Kontrollü İçin Temel Dalga Şekilleri

Tek Fazlı Tek Yönlü PWM Kontrollü Tek Yönlü PWM Kontrolünde ise şekilde görüleceği gibi taşıyıcı gerilim ile a ve b fazlarına ait kontrol gerilimleri karşılaştırılarak bu fazlara ait pozitif sinyaller üretilir.Sonra bunların tersleri alınarak negatif sinyaller elde edilir.a ve b faz gerilimleri,180 derece faz farklıdır. a fazına ait Vap ie Van sinyaleri sırası ile T1 ile T4 ve b fazına ait Vbp ve Vbn sinyalleri sırasıyla T3 ile T2 elemanlarına uygulanır.Faz gerilimleri ile bunların farkı olan çıkış gerilimlerinin dalga şekilleri ilerki slaytta verilmiştir. Burada ma değiştirilerek çıkış gerilimleri kontrol edilir.Çıkış geriliminin harmonik içeriği çift yönlüye göre daha düşüktür. Gerilimlerin Efektif Değeri Elemanların İletim Durumu

Tek Fazlı Tek Yönlü PWM Kontrollü Tek Yönlü PWM Kontrollü İçin Temel Dalga Şekilleri

Tek Fazlı Sinüsoidal PWM Kontrollü İnverterlerde Sinüsoidal PWM Kontrolü darbe genişliklerinin sinüs formunda kontrol edilmesiyle harmonik içeriği düşük olan sinüsoidal bir AC çıkış gerilimi elde edilmesiyle dayalıdır.Çok darbeli PWM kontrolünde verilen temel kavram ve tanımlar burada da geçerlidir. Burada kare dalga şeklindeki kontrol gerilimlerinin yerini sinüs dalga şeklindeki kontrol gerilimleri alır.Darbe genişliklerinin sünüs formunda değiştirilmesiyle, çıkış geriliminin değeri ve frekansı kontrol edilir.Prensip olarak, üçgen dalga şeklindeki taşıyıcı bir gerilim ile sinüs dalga şeklindeki kontrol gerilimleri karşılaştırılmasıyla üretilen pozitif ve negatif sinyallerin ilgili fazların pozitif ve negatif güç elemanlarının uygulanması ile gerçekleştirilir. Gerilimlerin Efektif Değeri

Tek Fazlı Sinüsoidal PWM Kontrollü Sinüsoidal PWM Kontrollü İçin Temel Dalga Şekilleri

Üç Fazlı İnverterler Üç fazlı köprü bir inverterin IGBT güç elemanları ile gerçekleştirilen temel devre şeması şekilde görüleceği gibidir.Üç fazlı inverterlerde kare dalga ve PWM kontrolleri uygulanabilir.Bu inverterler, kesintisiz güç kaynakları ve asekron motor kontrolü uygulamalarında kullanılmaktadır. Eskiden 120 derece ve 180 derece iletimli inverterler, üç fazlı inverterlerin kare dalga uygulamalarıdır. Burada devredeki her bir güç elemanı bir periyot içerisinde 120 derece veya 180 derece iletimde kalır. Kare dalga kontrollü bu inverterlerde,çıkış gerilimi kontrolsüzdür Uygulamada, inverterlerin DC giriş gerilimi genellikle bir doğrultucu ile AC şebekeden elde edilir.Bu durumda,DC Ara Devreli İnverter terimi çok kullanılır. Motor kontrolünde olduğu gibi frekans ile birlikte gerilimin de kontrolü gerektiğinde girişteki DC gerilim kontrollü doğrultucu ile değiştirilir. Üç fazlı inverterlerde yük genellikle omik endüktif ve ∆ bağlıdır.

Üç Fazlı 120 İletimli Kare Dalga İnverter 3 Fazlı Köprü İnverterin Devre Şeması

Üç Fazlı 120 İletimli Kare Dalga İnverter Burada, bütün sinyal ve gerilim dalga şekilleri 60 derece aralıkları değişir ve 6 kademede bir periyodu tamamlar.Bu devrelerin inceleme ve analizinde, 60 derece lik aralıklar kullanılır.Örneğin,0 ile 60 derece aralığında T1 ile T6 elemanlarında sinyal vardır.Bu durumda Va gerilimi Vd/2 ,Vb gerilimi –Vd/2,Vc gerilimi 0 Vab gerilimi Vd ,Vbc gerilimi –Vd/2 ve Vca gerilimi –Vd/2 değerlerini almaktadır. Gerilimlerin Efektif Değeri

Üç Fazlı 120 İletimli Kare Dalga İnverter Gerilimlerin İletim Durumu Omik Yük İçin Dalga Şekilleri

Üç Fazlı 180 İletimli Kare Dalga İnverter Şekilde görüleceği gibi, her bir güç elemanının sinyali 180 derece sürelidir.Aynı faz koluna ait pozitif ve negatif elamanlarının sinyalleri arasında boşluk oluşmaz. Faz kollarının sinyalleri arasında üç faza uygun olarak 120 derece faz farkı mevcuttur. Eş zamanlı olarak daima 3’er eleman iletimdedir.Faz gerilimleri boşluksuz kare dalga şeklindedir.Faz gerilimleri arasında 120 derece faz farkı mevcuttur.fazlar arası gerilimler,faz gerilimlerinin farkları alınarak kolayca oluşturulabilir.Doğal olarak fazlar arası gerilimler arasında da 120 derece faz farkı oluşur.

Üç Fazlı 180 İletimli Kare Dalga İnverter Burada, bütün sinyal ve gerilim dalga şekilleri 60 derece aralıkları değişir ve 6 kademede bir periyodu tamamlar.Bu devrelerin inceleme ve analizinde, 60 derece lik aralıklar kullanılır.Örneğin,0 ile 60 derece aralığında T1 ,T5 ve T6 elemanlarında sinyal vardır.Bu durumda Va gerilimi Vd/2 ,Vb gerilimi –Vd/2,Vc gerilimi Vd/2 Vab gerilimi Vd ,Vbc gerilimi –Vd ve Vca gerilimi 0 değerlerini almaktadır.Omik olan yükün Y bağlanması durumunda faz noktaları ile Y noktası arasında oluşan faz gerilimleri, burada 0 noktasına göre verilen faz gerilimlerinden farklı olmaktadır. Gerilimlerin Efektif Değeri

Üç Fazlı 180 İletimli Kare Dalga İnverter Gerilimlerin İletim Durumu Omik Yük İçin Dalga Şekilleri

Üç Fazlı Sinüsoidal PWM İnverter Üç fazlı inverterlerde sinüsoidal PWM kontrolü tek fazlı PWM kontrolünün üç fazlı sisteme uygulanmasından ibarettir. Taşıyıcı frekansının çıkış frekansına oranı mf değerinin, tek sayı ve en az 9 ve ayrıca üç fazda 3’ün katları şeklinde olması önerilir.Üçgen dalga şeklindeki taşıyıcı gerilimin genliğinin sabit olması,iki yönlü ve tam simetrik olması gerekir. Üç fazlı sinüs dalga şeklindeki kontrol gerilimleri, genlikleri eşit 120 derece faz farklı,iki yönlü ve tam simetrik olmalıdır.Çıkış gerilimin kontrolü üç fazlı kontrol gerilimlerinin genliklerinin birilikte değiştirilmesi ile yapılmalıdır.Frekans kontrolü gerektiğinde düşük frekanslarda taşıyıcı ile kontrol gerilimlerinin frekansları birlikte ve senkronize olarak değiştirilmelidir.Yaklaşık 1khz’nin üzerindeki anahtarlama frekanslarında taşıyıcı frekansı sabit tutularak frekans kontrolü yapılabilir.Bu durumda anahtarlama kayıpları da dikkate alınmalıdır.

Üç Fazlı Sinüsoidal PWM İnverter Örnek Faz Va Gerilimi ve Vab Fazlar Arası Gerilim

Üç Fazlı Sinüsoidal PWM İnverter Omik Yük İçin Dalga Şekilleri