10. ünite alternatif akımın doğrultulması
advertisement
10. ÜNİTE ALTERNATİF AKIMIN DOĞRULTULMASI KONULAR 1. Motor-Generatör Gurupları 2. Komitatrisler 3. Lambalı Doğrultmaçlar 4. Civa Buharlı Doğrultmaçlar 5. Kuru Doğrultmaçlar 6. Doğrultmaçların Bağlantı Şekilleri 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI 10.1. Motor-Generatör Gurupları Motor - genaratör grupları, milleri birbirine bağlı bir motor ve bir dinamodan oluşmuştur. Bazı hallerde birkaç dinamo, bir motorla akuple edilmiş olabilir. Bu mo­ torla dinamo arasında elektriki hiç bir bağ yoktur. Alternatif akımla çalışan motor, şebekeden elektrik enerjisi çeker ve dinamo­yu döndürerek doğru akım elektrik enerjisi elde edilmesini sağlar. Büyük tesislerde kullanılan motor - genaratör gruplarında kullanılan motor ge­nellikle senkron motordur. Fakat istenirse asenkron motorda kullanılabilir. Senkron motorun en büyük faydası, aşın uyartılarak aynı zamanda güç katsayısının düzeltilme­si içinde kullanılmasıdır. Motor - genaratör gruplarının maliyeti fazladır. Verimleri, bilhassa küçük yük­ lerde oldukça küçüktür. Fazla bakımı gerektirirler. 10.2. Komitatrisler Şekil: 10.1 de görüldüğü gibi, milleri birbirine bağlı ve endüvileri halka tipi sar­gı olan bir doğru akım dinamosu ile senkron makine alalım. Senkron makinenin bile­ziklerine bir alternatif gerilim uygulanacak olursa, makine senkron motor olarak ça­lışmağa başlar ve bu durumda dinamodan doğru akım elde edilir. Bu sistem bir mo­tor - genaratör grubudur. Şekil: 10.1 den de anlaşılacağı gibi her iki makinenin endüvileri aynı yapıda­dır. Şu halde, iki makineyi tek bir makinede birleştirmemiz mümkündür. Bu birleş­tirme yapıldığında Şekü: 10.2 elde edilir. Şekil: 10.2 de görüldüğü gibi, aynı halka endüviden hem kollektöre ve hemde bileziklere uçlar alınmıştır. Bu makinenin bile­ziklerine bir alternatif gerilim uygulanıp motor olarak döndürüldüğünde, kollektörden doğru akım alınır. Şekil 10.1 Senkron makine ve doğru akım dinamosu ile doğru akımın elde edilmesi 254 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Şekil 10.2 Komitatrisler tek bir makineden oluştuğu için motor - genaratör gruplarından çok daha ucuza mal olurlar. Makine doğru akım elde etmek için kullanıldığı gibi, doğ­ru akımı alternatif akıma dönüştürmek için de kullanılabilir. Bu tip çalışmada maki­neye kollektör tarafından doğru akım uygulanır. Komitatris üç fazlı yapıldığında, endüvi sargılarından 120^ açı altında üç uç çıkarılır ve bileziklere bağlanır. Şekil: 10.3 de üç fazlı komitatris prensip şeması veril­ miştir. Altı fazlılarda ise uçlar 60° faz farkı ile çıkarılarak mil üzerindeki 6 bileziğe bağlanır. Kollektör tarafı bağlantısı aynıdır. Şekil 10.3 üç fazlı komitatris prensip şekli. Komitatrislerin kutupları, senkron makinelerde olduğu gibi doğru akımla uyartılır. Bu bakımdan komitatrisler senkron motor özelliklerine sahiptirler. Devir sayılan senkron motorlarda olduğu gibi sabittir. Komitatrislere, doğru akım tarafından özel bir yol vericiyle veya alternatif akım tarafından asenkron motor olarak çalıştırarak yol verilir. Genellikle ikinci yol uygula­ 255 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI nır. Bu durumda makineye uygulanan gerilim, istenirse komitatris transformatöründe düşürülebilir. Komitatrisin verdiği doğru gerilimin değeri, makineye uygulanan alternatif gerilimin değerine bağlıdır. Kutupların uyartım akımım değiştirmekle gerilim ayan yapılmaz. Uyartım akımının az veya çok oluşu, aynen senkron motorlardaki gibi, güç katsayısını etkiler. Bu sebeple komitatrisler, aynı zamanda devrenin Cos sini düzenle­me işinde de kullanılır. Komitatrislerde doğru ve alternatif gerilimler arasında makine faz sayısı ile değişen sabit bir oran vardır. Makineye uygulanan alternatif gerilim , alınan doğru gerilim U^ ise. Bir fazlılarda Üç fazlılarda Altı fazlılarda olur. Yukardaki değerler komitatrisin boş çalışma hali içindir. Makine yüklendiğinde iç dirençlerden ötürü gerilim biraz düşer. Komitatrisin gerilimini ayar etmek için, alternatif gerilimin değiştirilmesi gerekir. Bunu sağlamak için transformatör çıkışı çok uçlu yapılır. Bazı makinelerde, seri bağlı şok bobinlerinin değeri değiştirilerekte ayarlama yoluna gidilir. Bu metot daha çok yük değişmelerindeki gerilim düşümlerini karşılamak için kullanılır. Şekil 10.4: 6 fazlı komütatris Şekil 10.4’te alternatif akımın doğru akıma dönüştürülmesinde çok kullanılan 6 fazlı bir komitatrisin devreye bağlanma şeması verilmiştir. Şekilde görülen transfomatör 3 fazı altı faza çevirir. 256 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Makineye yol verirken transformatörün orta uçlarından yararlanılır. Böylece yol alma anında makineye uygulanan gerilim, dolayısıyla devre­den çekeceği akım düşürülmüş olur. Şekil 10.4 de komütatrisin iç bağlantısı çizgi­sel olarak verilmiştir. Komitatrislerde gerilim ayan nasıl yapılır? Şekil 10.4’den görüldüğü gibi doğru akım tarafında uyartım şalteri olarak, genellikle yön değiştirici şalter kullanılır. Böylece doğru akım çıkışının polaritesi kolaylıkla değiştirilebilir. Bu işlem ana çıkış şalterinden de yapılabilirse de, büyük akımlı şalter kullanma zorunluğunu gerektirir. 10.3.Lambalı Doğrultmaçlar Radyo, televizyon, amplifikatör veya elektronik kontrol sistemlerinin çalışması doğru akımla mümkündür. Bu tip cihazlarda doğru akım, lambalı doğrultmaçlarla alternatif akımdan elde edilir. Lambalı doğrultmaç, havası boşaltılmış bir cam tüp içine katot veya anot konularak elde edilir. Katot, toryum ve stronsiyum oksitlerin karışımı ile kaplanmıştır. Katot ısıtıldığında bol miktarda elektron yayar. Isıtılan katottan çıkan bu elektronlar, katodun üzerindeki boşlukta toplanır. Katodun ısıtılması iki şekilde olur. Birisi direk, diğeri endirektir. Her iki ısıtmada da elektrik enerjisinden faydalanılır. Direk ısıtmada ısıtılan flâman aynı zamanda elektron yayan kısımdır. Endirek ısıtmada ise flamanın görevi, üzerindeki katodu ısıtmaktır. Isıtıcı direk olarak elektron çıkarmaz. Burada elektron, ısınan katot tarafından neşredilir. Bir doğrultmaç lambasının anodu, tantal, grafit, karbon v.b. maddelerden yapılır. Anot ısıtılmaz ve normal olarak elektron neştermez. Bir anot ve katottan meydana gelen bu lâmbaya diyod lâmba denir. Şimdi bir diyod lâmba ile Şekil 10.5- a’ daki devreyi yapalım ve bir pilin pozitif ucunu anoda, negatif ucunu ise bir R yük direncinden sonra, katoda bağlayalım. Devre anahtarını kapadığımızda, ölçü aletinden, dolayısıyla devreden bir akım geçtiği görülür. Şekil 10.5(a) ,(b)Lambalı doğrultmacın çalışması 257 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Devreden Akım Geçişinin sebebi ısınan katot etrafında toplanan elektronlar, pozitif alan anot tarafından çekilmiş ve devrede bir elektron akışı olmuştur. Katotta eksilen elektronların yerine yenileri, pil veya üreteç tarafından sağlanır. Böylece devreden devamlı bir akım geçişi olur. Geçen akım yönü (elektron yönünün aksi) anottan katoda doğrudur. Şimdi pilin negatif ucunu anoda, pozitif ucunu ise katoda bağlayalım ve devre anahtarını kapatalım. (Şekil 10.5-b) Devreden hiç akım geçmediği görülür. Çünkü negatif olan anot, katot üzerinde toplanan elektronları çekemez aksine iter. Dolayısıyla devreden hiç akım geçmez. Şu halde böyle bir lamba elektrik akımını tek yönlü geçirmektedir. Bu yön lamba içinde anottan katoda doğrudur. Katottan anoda akım geçişi olmaz. Böyle bir lamba ile şekil 10.6-a’daki devreyi yapalım ve devre uçlarına alternatif gerilim uygulayalım. Anodun ilk yarım periyotta pozitif olduğunu kabul edelim. Bu an anot pozitif olduğundan katottaki elektronları çekerek devreden bir akım geçişi sağlar. Fakat ikinci yarım periyotta akım yönü değişir. Anot negatif duruma geldiğinden bu an devreden hiç akım geçmez. Bundan sonraki yarım periyotta anot tekrar pozitif olacağı için yine akım geçişi olur. Sonuç olarak anot pozitif olduğunda devreden bir akım geçer negatif olduğunda akım geçmez. Buna ait grafik çizilirse Şekil 10.6-b elde edilir. Şekil 10.6:(a),(b) Lambalı Doğrultmaçla Alternatif Akımın Doğrultulması Şekil 10.6-b’deki eğriden de görüleceği gibi devreden geçen akım tek yönlüdür fakat tam doğru akım olmayıp değeri her an değişmektedir. Bu tip doğrultmaca yarım dalga doğrultmaç denir. Lambalı doğrultmaçlarda daha düzgün akım elde etmek ve alternatif akımın negatif alternanslarda da faydalanabilmek için çift lamba veya iki anodu bir katodu olan lambalar kullanılır. Bu tip bağlantıda her yarım periyotta anotlardan birisi çalışarak devreden aynı yönlü akım geçmesi sağlanır. Vakumlu lambalarda katot, doğrultmaç transformatöründen alman enerji ile 258 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI beslenir. Bunun için transformatöre ayrı bir flâman sargısı eklenir. Bu sargı, lambanın yapılışına bağlı olarak bir kaç volt gerilim verecek şekildedir. Genellikle doğrultmaç lambalarında ısıtıcı, aynı zamanda katot görevini yapar. Bu durumda katot ucu, den­ gelemeyi sağlamak amacı ile, flaman sargısının tam ortamdan çıkarılır. Şekil 10.7 Çift anotlu tam dalga doğrultmaç ve akım grafiği Doğrultmacın negatif ucu ise, transformatörün sekonder sargısının orta ucudur. Bu durumda pozitif ve negatif alternanslarda akım yollan şöyledir: Pozitif alternansta 1 nolu anot pozitiftir. Buradan katoda geçen akım dış devre direncinden geçerek transformatör orta ucuna gelir. Enerji transformatör sekonder sargısının OA kısmından sağlanmıştır. Bu an 2 nolu anot negatif durumda olduğundan hiç akım geçiremez. Negatif alternansta ise durum tersinedir. 2 nolu anot pozitif, 1 nolu anot negatiftir. Bu nedenle akım 2 nolu anottan geçerek devresini tamamlar. Fakat her iki halde de dış devre akımının yönü katottan transformatör orta ucu O ya doğrudur. Vakumlu doğrultmaç lambaları daha çok küçük akımlı devrelerde kullanılır. Daha yüksek akımlar için lâmba içine argon, helyum, neon, kseon gibi gazlar konularak doğrultmacın akım kapasitesi 75 ampere kadar yükseltilir. Gazlı doğrultmaçlardan bir Tipe Tungar doğrultmaç denir. Bunlar bilhassa akü şarj işlerinde çok kullanılır. Gerek yarım, gerekse tam dalga doğrultmaçlar, gerilim eğrilerinden de görüleceği gibi, alternatif akımı tam doğrultamazlar. Elde edilen akımın daha iyi doğrultulması için yardımcı tertipler kullanmak gerekir. Bunun için doğrultmaç çıkışma süz- geç” devreleri konur. Süzgeç devreleri, kondansatörlü veya şok bobinli olabileceği gibi, hem kondansatörlü ve hem de şok bobinli olabilir. Doğrultmaç çıkış akımı daha düz hale nasıl getirilir? Şekil çizip açıklayınız. 259 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI 10.4.Civa Buharlı Doğrultmaçlar Alternatif akımı doğru akıma çevirmek için yüksek gerilimli (5000 volt) ve akımlı (1000 Amper) cıva buharlı doğrultmaçlar kullanılır. Cıva buharlı doğrultmaçların iç gerilim düşümleri, doğrultmacın büyüklüğüne bağlı olmadan 15-25 Volt dolayındadır. Bu sebeple cıva buharlı doğrultmaçlar 80 voltun altında pek kullanılmazlar. Küçük gerilimlerde verimleri çok düşer. Bunlarda verim: Formülde , doğrultmacın çıkış gerilimi; u ise doğrultmaçtaki gerilim düşü¬müdür. Mesela =80 volt, u = 20 volt ise, verim: Doğrultmaç gerilimi 220 volta çıktığında verim: Cıva buharlı doğrultmaçlar, havası boşaltılmış cam bir kap içine anot olarak maden veya grafitten bir plaka, katot olarak da cıva konularak yapılır. Doğrultmacın çalışabilmesi için, katot olarak kullanılan cıvanın kızıl beyaz dereceye kadar ısıtılması gerekir. Isıtılan cıva, aynen lambalı doğrultmaçlarda olduğu gibi elektron yayar. Bu durumda anot ile katot arasına bir gerilim uygulandığında lâm­badan bir akım geçer. Geçen akım tek yönlü olup, anottan katoda doğrudur. Genel olarak cıvalı doğrultmaçlarda, cıvanın ısıtılması ve elektron yayması için yardımcı düzenekler kullanılır. Devreden akım çekilmeye başladıktan sonra geçen akım, cıvanın devamlı kızıl derecede kalmasını sağlar. Cıva buharlı doğrultmaçlar yarım ve tam dalgalı tipte yapıldıkları gibi, üç veya daha fazla fazlı da olabilirler. Bağlantıları aynen vakumlu doğrultmaçlarda olduğu gi­bidir. Şekil: 10.8’de iki anotlu tam dalga doğrultmacı görülmektedir. Burada ise yardımcı anotlardır. K ve ZA kısımlarında, ayrık halde cıva bulunur. Doğrultmacın çalışması için katodun ısıtılması gerektiğini söylemiştik. Bunu sağlamak için doğrultmaç sağa doğru yatırılır. ZA kısmındaki cıva katoda , sardoğru ak­maya başlar. Zg anahtarı kapatıldığında transformatöre eklenen gısından dolayı devreden bir akım geçişi olur. Kap tekrar düzeltildiğinde, KA ile K arasındaki cıva akışı kesilir ve bir elekt­rik ve anotları çaarkı meydana getirerek elektron neşrini sağlar. Bu durumda 260 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI lışmaya başlayarak arkın sönmesini önlerler. endüktif dirençleri ile R di­renci, yardımcı sargıdan yüksek akım geçmesini önlemek amacı ile konulmuştur. Artık doğrultmaç akım vermeye hazır duruma gelmiştir. Devreye bir yük bağ­ ana anotlan çalışmaya başlar. Ana devre üzerindeki L endüktif landığında direncinin görevi, akımın daha düzgün olmasını sağlamaktır. anahtarı açılır. Fakat yardımDoğrultmaç çalışmaya başladıktan sonra cı anotlar devrede kalır. Çünkü dış devre akımı 5 amperin altına düştüğünde ark sönebi­lir. Bu durumda arkın devamını yine yardımcı anotlar sağlar. Şekil 10.8 Tam dalgalı civalı doğrultmaç Cıva buharlı doğrultmaçlarda yardımcı anotların görevi nedir? 10.5. Kuru Doğrultmaçlar 10.5.1. Doğrultucular Alternatif akımı doğru akıma çevirerek elektronik cihaz ve sistemleri çalıştırmak en doğru yaklaşım olacaktır. Alternatif akımı doğru akıma çevirme işlemi elektronik devreler ile yapılmaktadır. Doğrultma güç kaynaklarını AA faz sayısına, çalışma şekline veya güç değerine göre değişik şekillerde sınıflandırabiliriz. Bu devrelerde doğrultma elemanı olarak diyotlar veya tristörler kullanılmaktadır. 261 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI • 1 fazlı DA güç kaynakları • 3 fazlı DA güç kaynakları • Sabit gerilim çıkışlı güç kaynakları • Ayarlanabilir gerilim çıkışlı güç kaynakları • Anahtarlamalı (Switch mod) güç kaynakları • Transformatörsüz DA güç kaynakları • Büyük güçlü sanayi tipi güç kaynakları Doğrusal yapıda bir doğru akım elektronik güç kaynağı devresi şekil 10.9’daki blok şemada gösterilen kısımlardan oluşur. Güç kaynağının kalitesine ve çeşidine göre bazı kısımlar olmayacağı gibi ilave devreler de kullanılabilir. Şekil 10.9 Elektronik güç kaynağı blok şeması ve dalga şekilleri 10.5.1.1. Doğrultucu Devre Elemanları Doğrultucu devre elemanlarından transformatör, diyot ve tristörleri kısaca inceleyelim. Transformatörler: Doğrultucu devrelerin en önemli elemanı transformatördür. Transformatörler alternatif gerilimin veya akımın değerini değiştirmek için kullanılır. Transformatörler, birbiri ile elektriksel bağlantısı olmayan iki ayrı sargıdan oluşur. Birinci sargıya (primer sargı) elektrik şebekesinden alınan alternatif gerilim uygulanır. Bu sargıdan alternatif akım geçmeye başladığında çevresinde değişken manyetik alan oluşturur. Bu değişken manyetik alan nüve üzerinde bulunan sekon- 262 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI der sargıyı keserek devresini tamamlar. Bu değişken manyetik alanın sekonder sargı iletkenlerini kesmesi sonucunda sekonder sargıda bir alternatif gerilim indüklenir. Sargıda indüklenen alternatif gerilimin değeri, transformatörün dönüştürme oranına bağlıdır. Transformatörleri alternatif gerilimin faz sayısına göre bir fazlı ve üç fazlı olarak sınıflandırabiliriz. Transformatörlerin çalışma prensipleri açısından temelde farkları yoktur. Bir fazlı transformatörün yapısı şekil 10.10’da basit olarak gösterilmiştir. Şekil 10.10 Transformatör yapısı Transformatörün iki sargısı arasında manyetik bağlantıyı nüve sağlar. Transformatörlerde mantel, çekirdek, dağılmış olmak üzere üç çeşit nüve kullanılır. Üç fazlı ve çok fazlı transformatörlerin çalışma prensibi bir fazlı transformatör ile aynıdır. Faz sayısı kadar bir fazlı transformatör uygun şekilde bağlanarak çok fazlı transformatör yapılabilir. Fakat bu uygulanabilir ve ekonomik bir çözüm değildir. Özel üç fazlı ve çok fazlı transformatör nüveleri yapılarak bu nüvelerin üzerine primer ve sekonder sargıları yerleştirilir. Üç fazlı ve çok fazlı transformatörler genellikle büyük güç sistemlerinde kullanılır. İmalat hesaplamaları bir fazlı transformatörlere benzemektedir. Şekil 10.11 Diyot sembolü Ancak gerilimler ve akımlar arasında faz farkı olması ve büyük güçlü olmaları yapılacak hesaplamalarda bazı farkları beraberinde getirir. DA güç kaynağında kullanılacak transformatörün doğrultma devresi ile uyumlu olması gerekir. Kullanılacak 263 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI AA üretecinin faz sayısına uygun transformatör ve doğrultma devresi gereklidir. Ayrıca orta uçlu tam dalga doğrultma devreleri için orta uçlu transformatör gereklidir. Diyotlar: Diyot, basit olarak tek yönlü akım geçiren yarı iletken, iki uçlu bir devre elemanıdır (Şekil 10..11). Bu iki uç anot (A), katot (K) uçlarıdır. Burada anoda artı, katoda eksi uçlar bağlanarak gerilim verilirse diyot doğru polarize olur ve bir akım akmaya başlar. Ters yönde bağlanırsa (anot eksi, katot artı) bir akım geçişi olmaz. Buna ters polarizasyon denir. Ters polarizasyon yöntemi sadece bazı özel diyotlarda uygulanır. Diyotlar genel olarak “D” harfi ile gösterilir. Germanyum ve silisyum tipi maddelerden yapılmıştır. Germanyum tipi diyotlar anahtarlama ve dedektör olarak kullanılır. İletime geçme gerilimleri 0,2-0,3 V arasıdır. Silisyum tipi diyotlar ise doğrulma devrelerinde (AC’yi DC’ye çevirmek için) kullanılır. İletime geçme gerilimleri 0,6-0,7 V arasıdır. Diyoda ters polarizasyonda zamanla artan bir gerilim verilirse belli bir zaman sonra diyot yanar, delinir veya kısa devre olur. Bundan sonra diyottan çok büyük akım geçmeye başlar. Çeşitleri: Diyotların gelişen teknoloji ile beraber çeşitlliği ve kullanımı artmıştır. Modülümüzde sadece kristal diyotlar, zener diyotlar, foto diyotlar ve ışık yayan diyotlar anlatılacaktır. Kristal (Doğrultma Diyotları) Diyotlar: Kristal diyotlar genellikle doğrultmaç diyotları olarak anılır ve doğrultmaç devrelerinde kullanılır. Piyasada en çok kullanılan diyotlardan biri doğrultmaç diyotlardır. Ebatları güçlerine göre değişir. Büyük ebatta yapılanlar büyük güçlüdür. Çok yüksek güçte yapılanların dış muhafazası metal olup soğutucu plakalara monte edilir. Sembolü Şekil 10.11’de verilmiştir. Resim 10.1 Diyot dış görünüşü 264 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Germanyum güç diyodunun maksimum çalışma sıcaklığı 750C kadardır. Silisyum güç diyotları yüksek sıcaklıklara dayanabilir. Bu yüzden üzerinden yüksek akım geçirilebilir. Silisyum diyotların maksimum dayanma sıcaklığı 175 0 C civarındadır. Bu yüzden güç diyotları soğutucu plaka üzerine monte edilmelidir. Diyotlarda iki şeye dikkat edilmelidir. Aksi takdirde diyot bozulur (Kısa devre olur.). Ters dayanma geriliminin üzerine çıkılmamalıdır. Maksimum taşıma akımından daha fazla akım çekilmemelidir. Aşağıda kristal diyodun karakteristik eğrisi görülmektedir. Şekil 10.12 Diyot karakteristik eğrisi Doğrultucu diyotların yüksek akımlı olanlarına güç diyotları denir. Güç diyotlarının çoğu daha yüksek akım ve sıcaklık değerlerinden dolayı silisyumdan yapılmaktadır. Diyotların akım kapasitesi diyotları paralel bağlayarak ters tepe dayanma gerilimleri ise diyotları seri bağlayarak artırabilir. Güç diyotları oluşan aşırı akım ve ısı nedenlerinden dolayı soğutucu üzerine monte edilmektedir. Şekil 10.13 Zener diyot sembolü 265 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Zener Diyotlar: Zener diyotlar, diyota uygulanan gerilimin belirli değere ulaşması hâlinde, ters yönde akım geçirmesi prensibine göre imal edilmiştir. Zener diyot sembolü Şekil 10.13’te gösterilmiştir. Devrede ters polarmalandırılacak şekilde kullanılır. Uçlarına uygulanan geri) daima sabit kalır. Bunun için lim (V),değişse de zener gerilimi ( ’ye ulaşamazsa zener akım geçirmez (Şekil 10.14). olmalıdır. Aksi takdirde gerilim Şekil 10.14 Zener diyot uygulama devresi Zener bölgesinin özelliği, katkılama oranının değiştirilerek ayarlanmasıdır. Katkılama oranında artış yapılırsa zener potansiyeli düşer. Zener potansiyeli 2,4 V arasında bulunan ve 1/4 ile 50W arasında değişen güç değerine sahip zener diyotlar üretilmektedir. Zener diyotların yapısında daha yüksek sıcaklık ve akım kapasitesi nedeniyle genellikle silisyum kullanılır. Çalışma ortamı sıcaklığı arttıkça zener gerilimi küçülür. Zener diyotlar uçlarındaki gerilimi sabit tutma özelliklerinden dolayı genellikle regüle devrelerinde kullanılır. Zener diyotlar doğru polarlamalandırılırsa normal diyot gibi çalışır. Tristörler: Tristör tetiklenerek iletime sokulabilen bir tek yönlü bir anahtar gibi düşünülebilir. Yalıtımdayken açık devre iletimdeyken doğrultucu diyot gibi davranır. Tristörlerin; • Boyutlarının küçük ve hafif olması, • İletim yalıtım sırasında ark oluşturmaması ve güç harcamalarının düşük olması, • İletim yalıtım zamanlarının kısa olması ve bakım gerektirmemeleri, Uygulamada giderek artan bir oranda kullanılmalarına sebep olmuştur. Tristör üzerinde yapılan çalışmalar değişik özellikte yeni tristörler elde edilmesiyle sonuçlanmıştır. 266 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Yapısı: Tristörler üzerinden sadece bir yönde akım geçmesini sağlayan yarı iletken bir devre elemanıdır. PNPN yapıdadır ve üzerinde üç adet uç bulunur. Bunlar katot, anot ve gate (tetikleme) uçlarıdır. İletken olduğu anda üzerindeki akımı anottan katota doğru geçirir. Gate ucu ise tristörün iletime geçirilmesi için kullanılır. Eğer tristör katot gateli ise pozitif gerilim ile tetiklenir. Şekil 10.15 Tristör Şekil 10.16 Tristörün iletime geçirilmesi Tristörler devre üzerinde kullanılırken anot ucuna pozitif, katot ucuna da negatif bir gerilim uygulanır. Bu durumda tristör yalıtkandır ve üzerinden herhangi bir akım geçirmez. Tristörün iletime geçebilmesi için gate ucuna tristörün hassasiyetine bağlı olarak küçük bir pozitif gerilim uygulamak gerekir (Bk. Şekil 10.16). Artık tristör tetiklenmiştir ve bu tetikleme işlemi saniyenin binde birinde gerçekleşir. Pratikte tristörün anot ucuna tristör üzerinden geçecek olan akımı üzerinde harcayacak bir yük elemanı bağlanmalıdır. Bu eleman genellikle devrenin amacına uygun olarak bir lamba, motor veya buna benzer yük elemanıdır. Tristörlerin iki türlü çalışma şekli vardır. Birincisi doğru akım ile çalıştırmadır. Bu şekilde çalıştırılan bir tristör doğru bağlantılar yapıldıktan sonra gate ucuna verilecek tetikleme sinyali ile iletime geçer ve tetikleme sinyali ortadan kalksa bile ilet- 267 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI kenliği devam eder. Tristörü iletimden çıkarmak için devreye uygulanan gerilimin kesilmesi gerekir. İkinci yöntem ise alternatif akım ile çalıştırmadır. Bir çalıştırma anında tristörün anodu pozitif katodu da negatif pulsleri aldığı zaman gate ucuna bir tetikleme yapılırsa tristör bu puls boyunca iletime geçer. Alternatif akım yön değiştirdiğinde ise tristör yalıtkandır. Bu durum alternatif akımın frekansına göre çeşitli hızlarda gerçekleşir. Örneğin alternatif akım 50 Hz ise tristörde saniyede 50 defa iletken ve yalıtkan durumuna geçer. Bu şekil çalıştırmada gate ucuna verilen tetikleme sinyali sürekli olmalıdır aksi hâlde tristör alternatif akımın ilk yön değiştirdiği anda yalıtkan olur ve bir daha iletime geçmez. Yapı olarak tristör iki adet transistörden oluşan bir devre elemanıdır, Şekil 10.17 Tristör (transistör) eşdeğer devresi 10.6. Doğrultmaçların Bağlantı Şekilleri 10.6.1. Yarım Dalga Doğrultma Devresi Yarım dalga doğrultma devresinde tek doğrultma diyodu kullanılmıştır. Bir diyotlu yarım dalga doğrultma devresi, AC’ yi DC’ ye çeviren tek diyotlu devredir. Yarım dalga doğrultma devresinde çıkış sinyali tam düzgün olmaz. Bir diyotlu yarım dalga doğrultma devresinin çalışmasını anlayabilmek için bazı hatırlatmalar yapmamız gerekir. Bilindiği üzere transformatörlerin çıkışında zamana göre yönü ve şiddeti sürekli olarak değişen dalgalı bir akım vardır. 268 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Türkiye’de kullanılan AC sinyalin akış yönü, saniyede 100 kez değişmektedir. Transformatörün çıkışındaki değişken akım, pozitif ve negatif olmak üzere iki alternanstan meydana gelmiştir. Diyotlar tek yönlü olarak akım geçirdiğinden transformatörün çıkışındaki sinyalin yalnızca bir yöndeki alternansları alıcıya ulaşabilmektedir. Bu temel bilgilerden hareket ederek yarım dalga doğrultma devresinin çalışmasını şu şekilde ifade edebiliriz: Transformatörün üst ucundaki sinyalin polaritesi negatif olduğunda ise diyot akım geçirmez (kesimde kalır). Sonuçta alıcıdan tek yönlü akım geçişi olur .Yarım dalga doğrultma devrelerinde çıkıştan, transformatörün verebileceği gerilimin yaklaşık ) bir doğru gerilim alınır. Bu nedenle bir diyotlu yarısı kadar ( yarım dalga doğrultma devreleri küçük akımlı (50-250 mA) ve fazla hassas olmayan alıcıların (oyuncak, mini radyo, zil vb.) beslenmesinde kullanılır. Yarım dalga doğrultma devrelerinde çıkıştan alınabilecek doğru akımın değeri ise, olmaktadır. ( : Transformatörün sekonder akımının etkin değeridir.) Şekil 10.18 Yarım dalga doğrultma devresi Şekil 10.19 Yarım dalga doğrultma devresinin dalga şekilleri 269 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI 10.6.2.Tam Dalga Doğrultma Devreleri 10.6.2.1. İki Diyotlu Tam Dalga Doğrultma Tam dalga doğrultma devresinde, sekonderi orta uçlu bir transformatör ve iki adet doğrultma diyodu kullanılır. Tam dalga doğrultucuda, AC gerilimin pozitif alternanslarında diyotlardan biri, negatif alternanslarda ise diğer diyot iletken olur. Şekil 10.20’de verilen devrede görüldüğü gibi transformatörün üst ucunda (A noktası) pozitif polariteli sinyal oluştuğunda D1 diyodu ve alıcı (RY) üzerinden akım geçişi olur. Transformatörün alt ucunda (B noktası) pozitif polariteli sinyal oluştuğunda ise D2 diyodu ve alıcı (RY) üzerinden akım geçişi olur. Görüldüğü üzere diyotlar sayesinde alıcı üzerinden hep aynı yönlü akım geçmektedir. Bu dalgalı DC gerilim. İki diyotlu doğrultma devresinin çıkışından alınan DC gerilim, uygulanan AC gerilimin etkin değerinin 0,9’u kadardır. Bunu denklem şeklinde yazacak olursak: olur. Çıkış akımının DC değeri ise, Burada ‘tir. transformatör sekonder akımının etkin değeridir. Şekil 10.20 İki diyotla yapılan tam dalga doğrultma devre şeması Orta uçlu transformatörlü tam dalga doğrultma devresinde D1 ve D2 diyotlarından geçen akımlar transformatörün orta ucundan devresini tamamlar. Devrenin yapımında kullanılan transformatörün sekonder sarımı üç uçludur. Bu sayede transformatörün çıkışında iki adet gerilim oluşmaktadır. Şekil 10.17’de transformatörün sekonder sarımının iki eşit sargıdan oluştuğu görülmektedir. Bu iki sarımda birbirinin tersi polaritede iki gerilim doğar. 270 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Yani transformatörün A noktasında oluşan sinyalin polaritesi pozitif iken, B noktasında oluşan sinyalin polaritesi negatif olmaktadır. Transformatörde oluşan akımların devresini tamamladığı uç ise orta uç olmaktadır. Şekil 10.21 İki diyotla yapılan tam dalga doğrultma devresinin dalga şekilleri 10.6.2.2. Köprü Tipi Tam Dalga Doğrultma Köprü tipi doğrultma devresinde 4 adet doğrultma diyodu kullanılmıştır. AC’yi en iyi şekilde DC’ye dönüştüren devredir. Her türlü elektronik aygıtın besleme katında karşımıza çıkar. Şekil 10.22’de verilen devrede görüldüğü gibi transformatörün sekonder sarımının üst ucunun (A noktası) polaritesi pozitif olduğunda D1 ve D3 diyotları iletime geçer. Akım, RY üzerinden dolaşır. Şekil 10.22 Köprü tipi tam dalga doğrultma devre şeması Transformatörün sekonder sarımının alt ucunun (B noktası) polaritesi pozitif olduğunda ise D2 ve D4 diyotları iletime geçerek RY üzerinden akım dolaşır. Çıkıştan 271 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI alınan DC gerilim, girişe uygulanan AC gerilimin 0,9’u kadardır. Köprü tipi tam dalga doğrultma devresinin çıkış dalga şekli Şekil 10.22’te gösterilmiştir. olur. Devrenin çıkış akımı ise; kadardır. 10.6.3. Filtre Devreleri Doğrultma devrelerinde transformatörün çıkışına bağlanan diyotlarla iki yönlü olarak dolaşan akım tek yönlü hâle getirilir. Ancak, diyotlar akımı tam olarak doğrultamazlar. Yani elde edilen DC gerilim dalgalı (nabazanlı, salınımlı) değişken doğru akımdır (salınım değeri yüksektir). Bu da alıcıların düzgün çalışmasını engeller. Çıkışı tam doğru akım haline getirebilmek için kondansatör ya da bobinler kullanılarak filtre (süzgeç) devreleri yapılmıştır. Zamana göre yönü değişmeyen, ancak değeri değişen akıma değişken doğru akım denir. Yarım ve tam dalga doğrultmaçların filtresiz çıkış sinyallerine nabazanlı DC, ondülasyonlu DC gibi adlar da verilir. Şekil 10.24’te değişken doğru akıma ilişkin örneklere yer verilmiştir. Şekil 10.23 Köprü tipi tam dalga doğrultma devresinin dalga şekilleri 10.6.3.1. Kondansatörlü Filtre Devresi Doğrultma devresinin çıkışına paralel bağlı olan kondansatör, çıkış sinyalini filtre ederek düzgünleştirir. Şekil 10.25’te görüldüğü gibi diyottan geçen pozitif alternans maksimum değere doğru yükselirken kondansatör şarj olur. Alternans sıfır (0) değerine doğru inerken ise, C, üzerindeki yükü (akımı) alıcıya (RY) verir. Dolayısıyla alıcıdan geçen doğru akımın biçimi daha düzgün olur. Osiloskopla yapılacak gözlemde bu durum görülebilir. Filtre olarak kullanılan kondansatörün kapasite değeri büyük olursa çıkıştan alınan DC daha düzgün olur. Doğrultma devrelerinde alıcının çektiği akım göz önüne alınarak 470-38.000 μF arası kapasiteye sahip kondansatörler kullanılır. 272 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI Şekil 10.24 Değişken doğru akım örnekleri Şekil 10.25 Kondansatörlü filtre devresi Pratikte, 1 Amper çıkış verebilen bir doğrultma devresinin çıkışına 100-2200 μF’lık kondansatör bağlanmaktadır. Yani kullanılacak kondansatörün kapasite değeri alıcının çektiği akıma bağlıdır. Filtre olarak kullanılan kondansatörün çıkış gerilimini yükseltmesinin nedeni şöyle açıklanabilir: Kondansatörler AC gerilimin maksimum değerine şarj olurlar. AC gerilimin maksimum değeri etkin (efektif ) değerinden % 41 fazla olduğundan, doğrultma devresinin çıkışındaki DC, girişteki AC gerilimden yaklaşık % 41 oranında daha yüksek olur. Devrenin çıkışına yük bağlandığında gerilimdeki bu yükselme düşer. Örneğin, 12 volt çıkış verebilen bir transformatör kullanılarak tam dalga doğrultma devresi yapılırsa, devrenin çıkışına alıcı bağlı değilken yapılan ölçümde voltmetre 16-17 voltluk bir değer gösterir; çünkü 12 voltluk AC’ nin maksimum değeri volttur. 10.6.3.2. Bobinli Filtre Devresi Bobinler “L” self endüktansına sahiptir. Bir bobinden akan akım, bir direnç üzerinden akan akıma göre 90° daha gecikmelidir. Bobinlerin bu özellikleri zıt elektro 273 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI motor kuvvet (E.M.K.) üretmelerindendir. Bobinden akım geçerken bu akımı azaltıcı etki yapar, devrenin kesilmesi anında düşen akıma da büyültücü etki yapar. Şekil 10.26’da bobinli filtre devresi görülmektedir. Şekil 10.26 Bobinli filtre devresi 10.6.3.3. Pi ( ) Tipi Filtre Devresi Yukarıda yapılan açıklamalardan da anlaşılacağı gibi, doğrultucu çıkışına bağlanan paralel kondansatör, yük direnci uçları arasındaki DC gerilimdeki dalgalanmaları (ripple) azalmakta, çıkışa seri olarak bağlanan şok bobini ise yük direncinden akan akım dalgalanmalarını azaltmaktadır. Bu nedenle, Şekil 10.26 ve Şekil 10.25’e benzer şekilde kondansatör ve şok bobinlerinin sayısının arttırılması oranında, çıkıştan alınan DC gerilim ve akımdaki dalgalanmalar da azalır. Bunun nedeni, paralel bağlı kondansatörlerin kapasiteleri toplamasıdır. Kondansatör kapasitesi büyüdükçe deşarjı yavaş olur. Şekil 10.27 Bobinli filtre devresi Şekil 10.27’deki C1 ve C2 kondansatörleri paralel bağlı konumda olduğundan toplam kapasite artmaktadır. Dolayısıyla da RY üzerinden deşarj yavaş olduğundan çıkış gerilimindeki dalgalanma (ripple) azalmaktadır. Bu nedenle C1 ve C2 paralel bağlıymış gibi etkinlik göstermektedir. DC akımda L bobininin direnci ihmal edilebilecek kadar küçük olduğundan C1 ve C2 uçları kısa devre gibi düşünülebilir. Ancak akım değişiminde bobin daha önce açıklandığı gibi görevini yapmaktadır. Şekilde görüldüğü gibi bağlantı şekli pi (π) harfine benzediği için bu tip filtrelere Pi tipi filtre denmiştir. Pi tipi filtrenin şu dezavantajları vardır: C1 kondansatörünün şarjı sırasında diyotlardan darbeli bir akım geçmesine neden olur. 274 1. SINIF ELEKTRİK TESİSATÇILIĞI ELEKTRİK MAKİNALARI VE LABORATUVARI DEĞERLENDİRME SORULARI Aşağıdaki soruları dikkatlice okuyunuz ve doğru seçeneği işaretleyiniz. 1. Aşağıdaki maddelerin hangisi yarı iletken yapımında kullanılmaz? a. Germanyum b. Demir c. Silisyum d. Selenyum 2. Hangi diyot çeşiti doğultmada kullanılır? a. Kristal diyot b. Zener diyot c. LED d. Foto diyot 3. 3. Zener diyotlar için verilen bilgilerden hangisi yanlıştır? a. Ters polarmada çalışır. b. Gerilimi sabitlemek amacıyla kullanılır. c. Ters polarmada eşik noktası vardır. d. Doğru polarmada kristal diyot gibi çalışır. 4. Diyot için verilen ifadelerden hangisi yanlıştır? a. Tek yönlü akım iletir. b. Ters polarmada iletken değildir. c. P ve N maddelerinde oluşur. d. Direnci 1Ω’dur. 275
