×

AC Frekans Konvertörlerinin Oluşturduğu Harmonikler ve Harmonik Azaltımı Yöntemlerinin Karşılaştırılması Yazı Dizisi-4




AC Frekans Konvertörlerinin Oluşturduğu Harmonikler


ve


Harmonik Azaltımı Yöntemlerinin Karşılaştırılması


Yazı Dizisi -4


Uğur Yaşa


 


6.1.  6 Darbeli Doğrultucu Kullanımı
Farklı darbe sayısına sahip doğrultucu bağlantıları Şekil.11’de gösterilmiştir. En çok kullanılan 3 fazlı AC frekans konvertörü doğrultucusu 6 darbeli modeldir. Bu yapı 6 adet kontrolsüz diyot ve DC akımı düzenlemeye yarayan DC kondansatörlerle beraber bir endüktans içerir. Bobin AC veya DC tarafta olabilir veya tamamen dışarıda tutulabilir. 6 darbeli doğrultucu basit ve ucuz bir çözüm olmasına rağmen, özellikle düşük endüktanslı bobin ile kullanıldığında 5., 7. ve 11. harmonikleri yüksek miktarlarda üretmektedir[6,7].






Şekil.11 Farklı doğrultucu konfigürasyonlarına göre giriş akımı harmonikleri



6.2.  12 Darbeli veya 24 Darbeli Diyot Doğrultucu Kullanımı
12 darbeli doğrultucu, 2 adet 6 darbeli doğrultucunun ortak DC barayı besleyecek şekilde paralellenmesi ile oluşturulur. Doğrultucuların girişi için bir adet çift sekonderli transformatör veya 2 adet tek sekonderi ancak bağlantı grupları farklı transformatör kullanılır. Her iki doğrultucuyu besleyecek trafo sekonderleri arasında 30° faz kayması vardır. Bu konfigürasyonun faydası, transformatörlerin şebeke besleme tarafından bazı harmoniklerin açı farkı nedeniyle ortadan kalkmasıdır. Teoride, çift sekonderli transformatörün şebeke besleme tarafında görülecek en küçük mertebeli harmonik 11. ‘dir.

Bu yapının temel dezavantajı ise 6 darbeliye göre yüksek maliyetli özel transformatör kullanılması gereğidir.


24 darbeli doğrultucunun prensip şeması da figür y’de görülmektedir. Bu yapıda 2 adet paralel ve aralarında 15° faz kayması bulunan çift sekonderli transformatör bulunur. Neredeyse tüm düşük mertebeli harmonikleri ortalan kaldırmasına rağmen maliyet yüksekliği ciddi bir dezavantajdır. Buna rağmen 24 darbeli doğrultucu, çok büyük güçlü frekans konvertörü uygulamalarında düşük harmonik bozulması için en uygun maliyetli çözüm olabilir [3].


6.3.  Faz Kontrollü Tristörlü Doğrultucu Kullanımı
Faz kontrollü doğrultucu, 6 darbeli diyot doğrultucuda bulunan diyotların tristörler ile değiştirilmesi ile oluşturulur. Tristörün kesimden iletime geçmesi için bir tetiklemeye ihtiyaç duyması sayesinde, tristörün iletime geçmesi için gereken faz açısı gecikmesi ayarlanabilmektedir. Ateşleme açısını 90°’nin üzerinde geciktirmek, DC bara gerilimini negatif tarafa geçirir. Bu da, rejeneratif enerjinin DC baradan şebekeye doğru akışına izin verir.


Standart DC bara ve inverter konfigürasyonları DC bara gerilimi üzerinde polarite değişimine izin vermez. Bunun yerine yaygın olarak ikinci bir tristör köprü birinciye ters-paralel bağlanır ve akım polarite değişimini mümkün kılınır. Bu konfigürasyonda ilk köprü doğrultma modunda, ikinci köprü ise rejenarasyon modunda çalışır.


Faz kontrollü doğrultucular ayrıca şebeke gerilimi üzerinde komütasyon çentikleri de oluştururlar. Çentikler özellikle şebeke kısa devre gücü düşük sistemlerde ciddi anahtarlama hatalarına neden olurlar. Çentiğin açısal pozisyonu, sürücünün anahtarlama açısı ile ilgili değişir.

Şekil.12’de,

Rsc = Kısa devre oranı (PCC noktasındaki kısa devre gücü / tesis toplam gücü)


Şekil.12 Farklı doğrultucu tiplerine göre bozulma miktarları. Bozulmalar RMS değere göre % olarak verilmiştir. Değerler uygulamaya bağlı değişebilir.



6.4.  IGBT Köprü Kullanımı
Doğrultucu köprü topolojisinde, faz kontrollü veya kontrolsüz güç elektroniği elemanları yerine kendinden kontrollü elemanları kullanmanın birçok avantajı bulunur. Faz kontrollü doğrultucularda olduğu gibi, IGBT doğrultucularda da rejeneratif çalışma mümkündür, ayrıca yük akış yönünden bağımsız olarak DC bara gerilimi ve güç faktörü de ayarlanabilmektedir.

IGBT doğrultucularda şebekeden çekilen akım dalga şekli neredeyse sinüsoidaldir. Düşük mertebeli harmonikleri çok düşük üretmesine rağmen bazı durumlarda yüksek mertebeli harmonikleri görece yüksek üretebilir. IGBT doğrultucu ile reaktif güç üretebilme imkanı da vardır.

IGBT doğrultucunun temel dezavantajı IGBT köprüden kaynaklanan yüksek maliyetidir.


6.5.  Daha Büyük Endüktansa Sahip DC veya AC Bobin Kullanımı 
Frekans konvertörünün AC girişine veya DC barası üzerine yeterince büyük bir bobin bağlamak frekans konvertörünün harmonik bozulmasını ciddi oranda azaltacaktır. Şekil.13’de bobinin koyulduğu ve koyulmadığı uygulamalardaki dalga şekli değişimi görülmektedir.


Şekil.13 Bobin eklenmesinin hat akımına etkisi

Akım harmoniğine bağlı olarak gerilim harmoniğinin miktarı, şebeke kısa devre oranına (Rsc) bağlı olarak değişecektir. Oranın yüksek olması, daha düşük gerilim distorsiyonunu ifade eder. Şekil.14’te şebeke kısa devre oranına göre oluşacak gerilim harmonik bozulması miktarları görülmektedir.




Şekil.14 Sürücü tipi ve trafo boyutuna göre THD gerilimler


Sürücüde AC veya DC tarafa koyulan bobinin endüktansı ne kadar artarsa, frekans konvertörü girişindeki akım harmonikleri o kadar azalacaktır. Akım harmoniklerinin azalmasıyla, akım harmonikleri tarafından endüklenen gerilim harmonikleri de aynı şekilde azalacaktır.


Bundan sonraki yazımızda “ Harmonikleri Azaltmak İçin Diğer Yöntemler , Harmonik Azaltımı ile İlgili Yöntemlerin Karşılaştırılması  " anlatılacaktır.





Paylaş:
E-BÜLTEN KAYIT
Güncel makalelerimizden haberdar olmak için e-bültene kayıt olun!
Sosyal Medyada Bizi Takip Edin!
E-Bülten Kayıt