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.
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.
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.
