DOĞRULTUCU : Eviricinin çalışması için gerekli olan DC gerilimi elde etmek için kullanılır. Şebekeden aldığı AC gerilimi DC gerilime çevirir. DC akım ve gerilim kontrolü sağlanarak aynı zamanda akü grubunu şarj etmek için de kullanılabilir. KGK tiplerine göre 1 faz girişli veya 3 faz girişli olabilir.

AKÜ ŞARJ DEVRESİ : Şebekeden aldığı AC gerilimi veya doğrultucudan aldığı DC gerilimi akü şarjı için uygun akım ve gerilim sınırları içerisinde bir DC gerilime çevirir. Bu DC gerilim akü grubunun şarj edilmesi için kullanılır.

AKÜ GRUBU : Doğrultucunun yedeği olarak eviricinin çalışması için gerekli olan DC gerilimi sağlar. KGK’nın tipine göre uygun gerilimi elde etmek için birbirine seri bağlı aynı kapasitede ve özellikte akülerden oluşur. Genellikle KGK’lar için özel tasarlanmış “tam bakımsız ve kuru tip” diye adlandırılan kurşun/asit aküler kullanılır. Nadir olarak Nikel/Kadmiyum aküler de kullanılmaktadır.

Şebeke gerilimi varken akü şarj devresi tarafından aküler şarj edilerek yedek DC enerji akü grubunda depolanır. Şebeke gerilimi sınırlar dışına çıktığında veya tamamen kesildiğinde eviricinin çalışması için gerekli olan DC gerilim akü grubu tarafından sağlanır.


Evirici ( Inverter ) : Doğrultucudan veya akü grubundan aldığı DC gerilimi AC gerilime çevirir. KGK tipine göre 1 fazlı veya 3 fazlı olarak tasarlanabilir. On-line bir KGK’da çıkış gerilimini sağlayan evirici en kritik ve önemli bölümdür. Evirici tarafından üretilen AC gerilimin ideal bir şebekede olması gereken özellikleri sağlaması istenir. Bu özellikler; dalga şekli sinüzoidal olan, genliği ve frekansı değişmeyen ve kesintisiz bir gerilimdir. Bunları sağlamak için eviricinin gerilimi; genlik, frekans ve dalga şekli olarak sürekli denetim altındadır ve belirlenen sınırlar içerisinde tutulur. Örnek olarak aşağıdaki sınır değerleri yazılabilir:

Çıkış gerilimi ve hata oranı hata oranı ( Gerilim Regülasyonu ) :   220V ±%1
Çıkış frekansı ve hata oranı ( Frekans Regülasyonu ) :                50Hz ±%0,1
Çıkış toplam harmonik bozulma oranı ( THD ) :                          <%3

Statik Transfer Anahtarı : Eviricinin aşırı yüklenmesi veya arızalanması durumunda KGK çıkış geriliminin kesilmemesi için statik by-pass devresi ile yedek AC gerilim kaynağından KGK çıkışına gerilim aktarılır. Yedek AC gerilim kaynağı genellikle standart olarak şebeke gerilimidir. Özel durumlarda yedek AC gerilim kaynağı olarak ikinci bir evirici de kullanılabilir. Bu işlem için iki adet statik AC anahtar (Tristör veya Triyak) kullanılır.

Statik bypass devresi ile KGK çıkış geriliminin kesilmeden seçilebilmesi için evirici gerilimi ve yedek AC gerilim kaynağı arasında gerilim farkının uygun olması gerekir. Bunun için iki gerilim kaynağının frekans ve fazlarının eşit (senkron) olması, genlikleri arasında da en fazla %10 fark olması gerekmektedir. Bu şartların oluşması için evirici belirlenen sınırlar içinde yedek AC gerilim kaynağına senkron olarak gerilim üretir. Ayrıca yedek AC gerilim kaynağının evirici gerilimine ± %10 sınırları içerisinde yakın olması gerekmektedir.

Mekanik Transfer Anahtarı ( Bakım By-Pass Anahtarı ) : Arıza ve bakımlarda bilgisayar sistemini veya bağlı olan diğer yükleri şebeke elektriğine aktarmak için kullanılır.

Doğrultucu ( Rectifier ) : Şebekeden aldığı AC gerilimi DC gerilime çevirir. Bu DC gerilim eviricinin (Inverter) çalışması için kullanılır. Doğrultucu 1 fazlı veya 3 fazlı olabilir. 1 fazlı sistemler için genellikle kontrolsüz doğrultucu kullanılır. 3 fazlı sistemler ise genellikle 6 darbeli kontrollü doğrultucu şeklinde yapılır.

KGK’larda giriş akımlarının THD (Toplam Harmonik Distorsiyon) değerini azaltmak ve güç faktörünü arttırmak için farklı yöntemler izlenebilir. 1 ve 3 fazlı sistemlerde PFC (Güç Faktörü Doğrultma) özelliği olan KGK’lar kullanılarak güç faktörü ve THD değerleri uluslar arası standartlara uygun hale getirilebilir.

Bazı KGK’larda harmonik filtreler kullanılmaktadır. Bu durumda kompanzasyon panolarının devre dışı bırakılması gerekmektedir. Aksi halde giriş harmonik filtreleri ile kompanzasyon devreleri rezonansa girerek istenmeyen başka harmonikler üretebilirler. Bu nedenle yüksek güçlü (80kVA ve üzeri) KGK’larda mutlaka darbe sayısı arttırılmış (12 veya 18 darbeli) doğrultucular kullanılmalıdır. Böylece KGK’nın giriş akım harmoniği %35’lerden %8’lere kadar düşürülebilmekte ve jeneratör ve giriş trafo güç değerlerinin de küçülebilmektedir.


6 darbeli doğrultucuda harmonik filtresi kullanılmadığındaki giriş akım ve gerilim dalga şekli;

 

6 darbeli ve doğrultucuda harmonik filtresi kullanıldığındaki giriş akım ve gerilim dalga şekli;

 

12 darbeli doğrultucuda giriş akım ve gerilim dalga şekli;

Aşağıda çeşitli doğrultucu tiplerini ilişkin harmonik değerleri verilmiştir THD (Toplam Harmonik Distorsiyon) ve PF (Güç Faktörü) değerleri verilmiştir.

Doğrultucu Tipi

THD

 Güç Faktörü
6 Darbeli %30 0,8 - 0,85
12 Darbeli %11 0,84 - 0,89
6 Darbeli Filtreli %10 0,95
12 Darbeli Filtreli %5 0,92

KGK’LARDA KULLANILAN DOĞRULTUCU TİPLERİ :  KGK’larda yaygın olarak kullanılan doğrultucu tiplerini aşağıdaki gibi sıralanabilir.

1. TAM DALGA KONTROLSÜZ DOĞRULTUCU
2. TAM DALGA KONTROLLÜ DOĞRULTUCU
3. AKTİF GÜÇ FAKTÖRÜ DÜZELTEN DOĞRULTUCU (PFC)

 TAM DALGA KONTROLSÜZ DOĞRULTUCU : KGK’nın yapısına göre1 fazlı veya 3 fazlı olarak tasarlanır. 1 fazlı veya 3 fazlı tam dalga diyot köprüsü ve DC çıkışına bağlanan kondansatör ile elde edilir. Adından anlaşıldığı gibi DC çıkış geriliminin değeri bir kontrol devresi ile belirlenemez. DC gerilim giriş gerilimi ile doğru orantılı olarak artar veya azalır. Devrenin yapısı aşağıdaki gibidir.

Şekil1

Avantajları:
• Devrenin basit olması ,az eleman kullanılması ve kontrol devresi gerektirmemesi nedeni ile arıza olasılığını ve kayıpları azaltır.

• DC gerilimdeki dalgalılık kontrollü doğrultuculara göre daha azdır ve filtre için daha düşük kondansatör değerleri yeterli olmaktadır.

• Bunların sonucunda devrenin boyutları ve maliyeti düşüktür, güvenilirliği yüksektir.

Dezavantajları:
• Filtre kondansatörünün başlangıçta boş olması ve gerilimin yavaş yükselmesini sağlayan bir yapısı olmaması nedeni ile başlangıç akımları yüksektir. Başlangıç akımını sınırlamak için önlem alınmazsa devre elemanları ve/veya şebeke hattı zarar görebilir.

• Çıkış geriliminin kontrolsüz olması nedeniyle doğrultucu çıkışından beslenen eviricinin giriş gerilim aralığının geniş tasarlanması gerekir.

• Sabit gerilim ve akım kontrolü yapılamadığından akü grubunun şarj edilmesi için uygun değildir.
TAM DALGA KONTROLLÜ DOĞRULTUCU : KGK’nın yapısına göre1 fazlı veya 3 fazlı olarak tasarlanır. 1 fazlı veya 3 fazlı tam dalga tristör köprüsü, dalgalılığı azaltmak için köprü çıkışına seri bobin ve paralel DC kondansatör ile elde edilir. DC çıkış geriliminin değeri bir kontrol devresi ile kontrol edilebilir. Devrenin yapısı ve kontrol mantığı aşağıdaki gibidir.

“””ŞEKİL”””

Avantajları:
• Giriş akımı, DC çıkış gerilimi ve yük akımı değerleri bir kontrol devresi ile istenilen değerlerde tutulabilir.

• Devrenin çıkış geriliminin sıfırdan maksimuma yükselme süresi kontrol devresi ile ayarlanabileceğinden başlangıçta şebekeden çekeceği akım sınırlandırılabilir.

• Çıkış gerilimi ve akımı istenilen değerlerde sınırlandırılabileceği için hem eviricide, hem de akü grubunun şarj edilmesinde kullanılabilir.

Dezavantajları:
• Kontrolsüz doğrultucuya göre daha fazla elemanla elde edildiği için boyutları ve maliyeti yüksektir.

• Çıkış gerilimi kontrolsüz doğrultucuya göre daha dalgalı olduğu için filtre kondansatörünün değeri daha yüksek seçilmelidir.
AKTİF GÜÇ FAKTÖRÜ DÜZELTEN DOĞRULTUCU : Diyot ve tristörlerle elde edilen doğrultucular, yük tarafından çekilen akımın her anında şebekeden akım çekmezler. Şebeke geriliminin tepe noktaları etrafında girişten akım çeker. Sinüzoidal şebeke geriliminin tepe noktaları etrafında DC filtre kondansatörünün şarj akımı ve yük akımının toplamı şebekeden çekilirken, sinüzoidal şebeke geriliminin diğer bölgelerinde yük akımı kondansatörde depolanan DC gerilimden sağlanır.

Sinüzoidal giriş geriliminin her bölgesinde gerilimle orantılı bir akım çekilmediğinden gerilimdeki çökmeler de sadece akımın çekildiği tepe bölgelerinde olur. Böylece AC giriş gerilimi tam sinüzoidal olmaktan çıkar, bozuk bir sinüzoidal gerilim olur.

Tam sinüzoidal olmayan bir AC gerilim, AC ile çalışan tüm yüklerde verimsizliklere ve aşırı ısınmalara neden olur. Ayrıca sinüzoidal olmayan akım çeken devrelerin güç faktörü 1’den düşük olduğundan aynı gücü elde etmek için daha fazla akım çekilmesi gerekir. Bu da iletken kesitlerinin daha yüksek akımlar için artırılmasını gerektirir. Bu nedenlerle şebeke geriliminden sinüzoidal akım çeken ve güç faktörü 1’e yakın olan, yani şebeke gerilimini bozmayan ve gereksiz yüksek akımla yüklemeyen doğrultucular önem kazanmakta ve tercih edilmektedir.

Aktif güç faktörü düzelten doğrultucular KGK’nın yapısına göre 1 fazlı veya 3 fazlı olabilir. Giriş akımının sinüzoidal olabilmesi için giriş akımının giriş gerilimine benzetilmesi sağlanır. Bu amaç için darbe genişlik modülasyonu kullanılarak bir transistör anahtarlanır. Transistörün iletimde ve kesimde kaldığı süreler darbe genişlik modülasyonu ile değiştirilerek akımın sinüzoidal olması sağlanır. Devrenin yapısı ve kontrol mantığı aşağıdaki gibidir.
 

“””ŞEKİL”””

Avantajları:
• Giriş akımı sinüzoidal olduğu için şebeke geriliminde bozulmalara ve gereksiz yüksek akımlara neden olmaz.

• Giriş akımı, DC çıkış gerilimi ve yük akımı değerleri bir kontrol devresi ile istenilen değerlerde tutulabilir.

• Çıkış gerilimi ve akımı istenilen değerlerde sınırlandırılabileceği için hem eviricide, hem de akü grubunun şarj edilmesinde kullanılabilir.

Dezavantajları:
• Diğer doğrultucu türlerine göre daha fazla elemanla elde edildiği için boyutları ve maliyeti yüksektir.

• Diğer doğrultucu türlerine göre kayıpları daha fazladır ve verimi daha düşüktür.

• Devrenin tasarımı ve optimizasyonu zordur. Yüksek derecede güç elektroniği bilgisi gerektirir.

• Yüksek gerilimde anahtarlama yapıldığından elektromanyetik gürültü kaynağıdır, elektromanyetik gürültünün mutlaka filtre edilmesi gerekir.

AC/DC Kesintisiz Güç Kaynakları               Kuru Aküler           Voltaj Regülatörleri