ELEKTRİK MAKİNALARI

Yarı iletken doğrultucularda ana elemanlar olarak; diyot, konvansiyonel tristör, triak, kapıdan tıkanabilen tristör (GTO), bipolar güç transistörü, güç MOSFET’i ve yalıtılmış kapılı bipolar transistör (IGBT) sayılabilir.

Diynot: N tipi ; negatif yüklü veya P tipi ; pozitif yüklü olabilirler. Farkı, p-n ekleminin zener yıkılmasına veya bozulmasına imkan verecek şekilde çok dar tutulmuş olmasıdır. Gerilim referansı veya gerilim regülatörü olarak kullanılırlar.

Bir tristörü iletime geçirmek için kapı akımının çok hızlı yükselme zamanına sahip olması gerekir. Bu; anot akımının kilitleme seviyesine ulaşabileceği uzunlukta hızlı yükselme zamanına sahip darbe üretebilen tetikleme devreleriyle elde edilir. Darbe kullanılmasının nedeni kapıda daha az güç harcanmasına ve tetiklenme anının daha iyi belirlenmesine imkan vermesindendir. Tetikleme devresi art arda darbeler üretebilmelidir. Bazı uygulamalarda katodları farklı potansiyele
sahip iki tristör aynı anda tetiklenmelidir. Bu durumda devre iki veya daha çok izole çıkışı olan trafo içermelidir. Ters yönde darbe uygulamasından kaçınılmalıdır, yoksa daha çok güç harcanır. Ayrıca tristör ters kutupluyken kapı akımı uygulanırsa bu kaçak akımı artırır.

Triyak beş katmanlı, her iki yönde de P-N-P-N yoluna sahip ve dolayısıyla iki yönde de iletebilen
elemandır. Triyak pozitif ya da negatif kapı akımıyla iletime geçebilir. T2 pozitifken pozitif, T1 pozitifken negatif uygulamak daha iyidir, ancak pratikte her ikisi için de negatif darbe uygulanır.

Güç Transistörü: Bipolar transistör 3 katmanlı NPN veya PNP yapıda güç transistörüdür. Çalışma aralığında IC akımı IB’nin fonksiyonudur. Belirli bir VCE için baz akımındaki değişme kollektör akımında katlanmış olarak görülür. Bu oran 15 – 100 kat arasındadır. Ters gerilim uygulanan bir transistörün baz – emiter jonksiyonu 10V civarında delinir. Bu modda çalışılacaksa transistöre seri diyot bağlanmalıdır.

SIT ( Statik Endüksiyon Transistörü ) Normalde iletimde olan bu eleman, (baz sinyali yokken iletimde) ters kutuplandığı zaman kesime gider. Çok hızlı anahtarlama yapabildiğinden mikrodalga frekansları seviyesinde kullanılır.

Güç elektroniği devrelerinde elemanlar anahtar olarak kullanılır. İdealde bir anahtarda ; Sınırsız gerilim ve akım değerleri, Ani açma – kapama zamanları, Sıfır kaçak akım, Sıfır iletim ve anahtarlama kayıpları, Sıfır kapı tetikleme gücü şartı, Aşırı akım ve gerilimlere dayanabilme kabiliyeti, Kısa devrelere karşı koruma kolaylığı, Düşük maliyet ve montaj kolaylığı gibi özellikler aranır.

Kontrolsüz Doğrultucu Devreleri : Sadece diyot içerirler, AC besleme gerilimiyle orantılı sabit DC
gerilim sağlarlar.

Yarım Dalga Devreleri : Bu devrelerde AC beslemenin her hattına bir doğrultucu eleman bağlanır ;
elemanların katodları DC yüke ve yükün diğer ucu da AC beslemenin nötr ucuna bağlanır. Akım akışı her hatta “tek yönlü”’dür. “Tek yollu” devre de denilir.

DC Motor Sürücüleri: Günümüzde kullanılan DC sürücü sistemleri, cihazı çalıştırmak arızacılığını yapmak ve bakımını gereçekleştirmek için gerekli tüm parçaların biraraya getirildiği yapılardır. Üç kablo girişli ve dört kablo çıkışlı sistemlerdir. Tipik uygulamalarda girişte üç faz kabloları, çıkışta iki armature kablosu ve iki de alan besleme kablosu bulunur. Opsiyonel olarak ikili tako generator kablosu da bulunabilmektedir.

Triyak beş katmanlı, her iki yönde de P-N-P-N yoluna sahip ve dolayısıyla iki yönde de iletebilen elemandır. Triyak pozitif ya da negatif kapı akımıyla iletime geçebilir.

Kapı akımı uygulanmadığı durum için tristör, iki yönde de iletime izin vermeyen üç tane seri bağlı diyot gibidir. Ters yönde kutuplanma durumunda diyotla aynı davranışı sergiler.

Tristörün bulunmasından sonra iki yeni ürün daha geliştirilmiştir. Bunlardan birisi ters yönde daima iletimde olan ancak daha ince silikon kullanılmasıyla daha kısa sürede tıkamaya geçebilen asimetrik tristördür. Bu tristör inverter devrelerde kullanılır. Birkaç μs içinde devreye alınıp çıkarılabilir.

Yarı iletken doğrultucularda ana elemanlar olarak; diyot, konvansiyonel tristör, triak, kapıdan tıkanabilen tristör (GTO), bipolar güç transistörü, güç MOSFET’i ve yalıtılmış kapılı bipolar transistör (IGBT) sayılabilir. Diyotun haricindekiler ileri yönde uygulanan gerilime dayanabilir ve dolayısıyla kontrol edilebilirler.

Tristör elemanlar içinde en yüksek akım ve gerilim seviyesine sahiptir, dayanıklıdır, düşük iletim kayıpları vardır ve ucuzdur. Ancak iletime geçişi yavaştır, sönümü yüke bağlıdır. Yüksek güç ve gerilimlerin olduğu 50, 60 Hz uygulamaları için idealdir.

AC’den DC eldesinde ya da anahtarlama modlu (switch mode) güç kaynaklarında hızlı anahtarlama değeri aranır ve ters
kutuplamada tıkamaya ihtiyaç yoktur. Buralarda bipolar güç transistörü IGBT, MOSFET, GTO, MCT kullanılabilir. 100 kHz’in üzerinde ancak MOSFET kullanılabilir.

Uygulanan gerilim nominal değerine ulaştığında da motor nominal hızına ulaşır. Bu durumda tristörlerin tetikleme açısı sıfır olur. Motor hızını daha da artırmak için alan zayıflatması gerekir ki bu durumda motor sabit moment (tork) bölgesinden sabit güç bölgesine geçmiş olur. Bu bölgede artan hızla birlikte moment değeri de düşer.

Devrelere ait kontrol karakteristikleri üç kategoride toplanabilir. Kontrolsüz Doğrultucu Devreleri : Sadece diyot içerirler, AC besleme gerilimiyle orantılı sabit DC gerilim sağlarlar.

Transistörle yük akımı kontrol edilebilirken, tristörde iletimden sonra kontrol yoktur.

AC beslemenin bir periyodunda DC gerilim dalga şeklinin tekrar sayısını ifadede kullanılan bir terimdir. Örneğin “6-darbeli devre”nin çıkış dalgalanması giriş frekansının 6 katı frekansa sahiptir. Giriş 50 Hz ise, DC dalgalanma 300 Hz’dir.

Dolayısıyla çıkış frekansı = 50 x 5 = 250 Hz olarak hesaplanır.