1. Genel

Endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan güç kaynaklarından istenen özellikler aşağıdaki gibi sıralanabilir.

• Beslediği kaynakla yük arasında izolasyon sağlanmalıdır.

• Güç yoğunluğu yüksek olmalıdır. Böylece ağırlığı ve boyutları küçük olmalı ve bu sağlanırken de performansından ödün verilmemelidir.

• Güç akış yönü kontrol edilebilmelidir.

• Verimi yüksek olmalıdır.

• Küçük filtreler kullanılarak giriş ve çıkıştaki dalga şekillerinin harmonik içerikleri azaltılabilmelidir.

• Enerji bir AC kaynaktan sağlanıyorsa, çekilen akımın güç faktörü yüksek olmalıdır.

• Güvenirliği yüksek olmalıdır.

• Giriş geriliminin tolerans sınırları geniş olmalıdır.

Muhtelif amaçlarla ve endüstride yaygın olarak kullanılan güç kaynaklarının, bu özelliklerden olabildiğince fazlasına sahip olması istenir.

Şebeke denetimli redresörler (AC – DC), AC ayarlayıcılar (AC – AC), DC kıyıcılar (DC – DC), kendinden denetimli inverterler (DC – AC) tek kademede dönüşüm gerçekleştirirler. Fakat yukarıda aranan şartların çoğunu yerine getirmezler. Bu şartları sağlamak için çoğu zaman çok kademeli dönüşüm gerekir. İstenen özelliklere göre, basit veya karmaşık yapıda çok farklı dönüşüm devreleri tasarlanabilir.

Güç kaynakları çıkış gerilimlerinin cinsine göre,

DC güç kaynakları,
AC güç kaynakları olmak üzere iki gruba ayrılır.

2. DC Güç Kaynakları

Şebeke denetimli AC – DC konvertörler, girişte kullanılan transformatör sayesinde giriş ve çıkış arasında izolasyon sağlarlar. Fakat elde edilen DC gerilimin harmonik içeriği fazladır. Faz kesme kontrolu nedeniyle AC tarafta güç faktörü kötüdür ve AC kaynaktan çekilen akım harmonikler içermektedir. Girişte DC kaynak bulunması halinde, DC kıyıcılardan (DC – DC Konverter) yararlanılabilir. Fakat bunlarda giriş ve çıkış arasında izolasyon yoktur.

Çok özel durumlar dışında uygulamada gerekli enerji, mevcut AC şebekeden sağlanır. AC’den arzu edilen gerilimdeki DC’ye geçmek için, yakın zamana kadar en yaygın olarak lineer güç kaynaklarından yararlanılmıştır.

3. AC Güç Kaynakları

AC güç kaynakları genellikle kritik yükler için acil kaynak (Stanby Source) olarak ve normal AC şebekenin bulunmadığı yerlerde kullanılır. Acil kaynaklar veya imdat generatörleri pratikte daha çok “Kesintisiz Güç Kaynağı” (UPS) olarak bilinirler. Elektrik enerjisinin gittikçe yaygın kullanım alanı bulması, hayati önem taşıyan yada sürekli çalışması gereken, cihaz ve sistemlerde uygulanması, bu enerjiyi üreten kaynakların güvenilirlik sorununu gündeme getirmiştir.

AC Gerilim Tebekesindeki Bozucu Etkiler ve Kritik Yükler:

AC şebekeleri aşağıdaki özellikleri sağladığı varsayılan gerilim kaynaklarıdır:

• Sabit efektif değer ve sabit frekansta alternatif gerilim sağlar.

• Gerilim dalga şekli sinüzoidaldır.

• Sağlanan enerji süreklidir.

• Sıralanan özellikler yükleme şekli ile değişmez.

Ancak bu özellikleri pratikte bulmak mümkün değildir. Şebekeyi oluşturan kuvvet santrallerindeki jeneratörlerden tüketicinin bağlandığı besleme klemensine kadar bütün birimler, belirtilen özellileri sınırlı olarak sağlarlar. Gerilim efektif değeri ve dalga şeklinin değişmesi, genellikle yüklenmeye bağlıdır. Kısa devre empedansının ideal olarak sıfır olmaması, çekilen akıma bağlı olarak gerilimin değişmesine neden olur. Efektif değeri sabit tutmak için gerilim regülatörlerinden, dalga şeklini düzeltmek için filtre devrelerinden yararlanılabilir.

Şebekenin herhangi bir noktasında oluşacak geçici arızalar da tüketiciyi etkiler. Enerji nakil hattının kopması, aşırı yüklenmede kesicilerin devreyi açması, hatta yıldırım düşmesi, indirici ve yükseltici trafoların devreye girip çıkması gibi durumlarda gerilimde kısa yada uzun sürekli kesintiler görülür ve tüketici temiz enerji ile beslenemez. Buna benzer durumlarda motor – jeneratör grupları gibi yedek güç kaynaklarına başvurulabilir. Ancak bunlar elektromekanik dönüştürücüler olduğundan, kesinti süresini belli bir değerin altına indiremez. Kesinti sırasında grubun otomatik olarak çalıştırılması ve kesinti ile birlikte yükün jeneratöre aktarılması ise birkaç yüz milisaniye süre gerektirir. Bu da ekonomik açıdan verimli olmayabilir.

Modern teknolojinin getirdiği olanaklar yanında karşılaşılan belki de en önemli problem, elektrik gücü ile çalışan bir takım cihaz ve sistemlerin beslemede görülebilecek çok kısa süreli aksamalardan bile etkilenmeleridir. Hastaneler, havaalanları, haberleşme merkezleri gibi kuruluşların kesintilere tahammülü gittikçe azalmaktadır. Örneğin bir açık kalp ameliyatı veya iniş sırasında uçağa gerekli bilgilerin aktarılması anında doğabilecek kesintiler hayati önem taşımaktadır.

Şebeke arızaları endüstriyel otomasyon sistemlerinde verimi büyük ölçüde etkilemektedir. Süreklilik isteyen proseslerde kesinti sonucu doğan malzeme ve işgücü kayıpları önemli boyutlara ulaşmaktadır.

Gerek hayati önem taşıyan kuruluşlarda, gerekse endüstriyel uygulamalarda gittikçe yaygın kullanım alanı bulan UPS’ler, daha yaygın olarak bankacılık, işletmecilik gibi çabuk etkilenen kritik yüklerin bulunduğu yerlerde kullanılmaktadır. Birkaç saniyelik kesintiler bile hassas cihazlardaki bilgilerin yok olmasına ve hatalı bilgilerin oluşmasına neden olmaktadır.

UPS, işte bu gereksinmelerin zorlanması ile ortaya çıkmış statik elektronik düzenlerdir. Güç elektroniği ve elektronik kontrol tekniğindeki gelişmelere paralel olarak gerçekleştirilen UPS’ler günümüzde tüketicinin tüm isteklerine cevap verebilecek özellikte ve performansta yapılabilmektedir.

3.1. Kesintisiz Güç Kaynakları (Uninterruptible Power Supply – UPS)

Genel elektrik şebekelerinde enerji tamamen kesilebilir. Gerilim düşüklüğü, aşırı gerilim, gerilim dalga şeklinin bozulması gibi diğer geçici rejim olayları meydana gelebilir. Halbuki bilgisayar, iletişim (haberleşme) cihazları ve hassas labaratuvar aletleri gibi kritik yükler için güvenilir ve yüksek kaliteli güç kaynaklarına ihtiyaç vardır. Bu gibi durumlarda genellikle akümülatör bataryaları ile desteklenen kesintisiz güç kaynakları (UPS) kullanılır. Kaynağın DC veya AC olmasına ve uygulamanın özelliklerine bağlı olarak farklı montajlar kullanılabilir.

Şekil 1.’de yaygın olarak kullanılan bir UPS’in blok diyagramı görülmektedir. Yükün özelliğine göre iki farklı çalışma şekli kullanılabilir. Yük normal olarak (2) statik şalteri üzerinden AC şebekeden beslenir. Redresör akümülatör bataryasını şarj ederek tam dolu kalmasını sağlar. AC şebekede enerji enerji kesildiğinde yük, (1) statik şalteri üzerinden inverterden beslenir. Yükün inverterle beslenebilme süresi, kullanılan akümülatör bataryasının amper – saat (Ah) cinsinden kapasitesine bağlıdır. Böyle bir montajda yarı iletken şalterler üzerinden devrenin değiştirilerek, yükün inverterle beslenmeye başlaması genellikle 4 ile 5 ms zaman alır. Yarı iletken şalter yerine mekanik kontaktör kullanılması halinde bu süre 30 ile 50 ms’ye yükselebilir. Görüldüğü gibi bu çalışma şeklinde inverter sadece, AC şebekede arıza olduğunda işletmede kalır.

Şekil 1. Kesintisiz Güç Kaynağının Blok Diyagramı 

İkinci çalışma şeklinde inverter sürekli olarak devrede tutulur ve (1) statik şalteri üzerinden yükü besler. AC şebekede arıza olduğunda yük akımında herhangi bir kesilme olmaz. Normal çalışmada redresör bir taraftan inverteri beslerken, diğer taraftan akümülatör bataryasını şarjlı tutar. İnverter sayesindeyük, AC şebekede meydana gelen geçici rejim olaylarına karşı da korunmuştur. Frekans, yük için gerekli olan değerde tutulabilir. Eğer inverterde bir arıza olursa, (2) şalteri ile yük doğrudan şebekeden beslenir.

Normal olarak nikel – kadmiyum veya kurşun – asitli akümülatör bataryaları kullanılır. Nikel – kadmiyumlu olanların elektroliti paslanmaya neden olmaz ve patlayıcı gazlar yaymaz. Aşırı ısınmaya ve deşarja dayanıklı oldukları için ömürleri daha uzundur. Bu nedenle kurşun – asitli bataryalara tercih edilirler. Fakat buna karşılık fiyatları, kurşun – asitlilere göre en az üç misli pahalıdır.

Bir diğer UPS sisteminin bağlantı şeması Şekil 2.’de verilmiştir. Prensip olarak sistem, akümülatör bataryası ile beslenen bir inverter ile bir yarı iletken şalterden oluşmaktadır. Normal olarak yük, şalter ve transformatör üzerinden şebekeden beslenmektedir. Bu sırada aynı zamanda inverter, ters akım diyotları sayesinde redresör olarak çalışarak akümülatör bataryasını şarj etmektedir. AC şebekede arıza olduğunda ise yük inverterden beslenmektedir.

Şekil 2. Bir UPS sisteminin bağlantı şeması .

3.2. Kesintisiz Güç Kaynağından Beklenen Özellikler

3.2.1. Gerilim Kararlılığı

Gerilim kararlılığı yükü besleyen gerilimin türlü şartlarda değerinin hiç değişmemesidir. Türkiye şartlarında ± %20 değişen şebeke kesintisiz güç kaynağının da (UPS) çıkış geriliminin değişmesine neden olur. Modern bir UPS’inde çıkış gerilimi ± %1’den küçüktür. ± %2’de kabûl edilebilir bir değerdir. UPS’in çıkış gerilimi, UPS’in çıkışına bağlanan yük sıfırdan %100’e kadar değiştirildiğinde değişir. Bu değişim ± %1’den küçük olmalıdır.

3.2.2. Frekans Kararlılığı

Yüke verilen gerilimin ikinci özelliği de frekansıdır. Şehir şebekesinde üretim teknolojisinin yapısından dolayı frekans oynamaları mevcuttur. Bu oynamaların bilgisayar gibi hassas cihazların çalışmalarına etki etmemeleri için belirli seviyelerde tutulması gerekir. Şehir şebekesinden verilen gerilimin frekans aralığı genelde 49.5 Hz ve 50.5 Hz arasındadır. İyi bir UPS bu sınırlar içerisinde şebekeyle senkron olabilir ve bu sınırların dışında kendi ürettiği son derece kararlı %0.01 ‘lik 50 Hz’e geçer. Bu geçişin çok hızlı oluşu mahzurludur ve 1 Hz/sn ‘lik bir frekans değişim hızı uygundur.

3.2.3. Ani Yüke Cevap Verebilme (Dinamik Regülasyon)

Dinamik regülasyon çıkış yükünün ani olarak sıfırdan %100 yüke kadar değişmesi, şebekenin kesilmesi veya geri gelmesi anında çıkış geriliminde meydana gelen değişmedir. Bu oynama ± %10 ‘dan küçük olmalı ve bir periyotta statik regülasyon bandına girmelidir.

3.2.4. Çıkış Gerilimi Harmonik Distorsiyonu

Toplam Harmonik Distorsiyonu (THD), çıkış gerilimlerinin içerdiği harmoniklerin ölçüsüdür. Lineer yükte %5’den lineer olmayan yüklerde %7,5’den küçük olması gerekir. Modern UPS’lerde %3 mertebesindedir. Büyük L ve C elemanları ile kare dalga bile süzülerek %3 distorsiyona düşürülebilir. Fakat böyle bir UPS’in çıkış empedansı çok büyük ve dinamik regülasyonu çok kötüdür. Bu nedenlerle modern UPS’lerde yüksek frekanslarda PWM yapılarak düşük frekanslı harmonik üretmeyerek THD küçültülür.

3.2.5. Aşırı Yük ve Kısa Devre Korumaları

Bütün önlemler alınsa bile her UPS, ömrü süresince mutlaka aşırı yüklere ve kısa devrelere maruz kalacaktır. İyi bir UPS bu tip etkilere maruz kaldığında arıza yapmamalı ve sistemi beslemeye devam etmelidir. Bunun ölçüsü, UPS’in %150 aşırı yükte gerilim regülasyonu sınırları içinde kalarak en az 1 dakika çalışmalıdır. Kısa devre sırasında ise çıkışın tamamen korunması ve kısa devre kalktığında dışarıdan müdahele gerekmeksizin çalışmanın devam etmesi aranan özelliklerdir.

3.2.6. Yüksek Verim

UPS yapması gereken korumaları yaparken e
nerji tüketmek zorundadır. Sistemde bir kaybın olmaması imkânsız olacağından bir “verim” söz konusudur. Komple sistem verimi önemli bir unsurdur. Yani 10 kW üretmek için 15 kW enerji tüketiliyorsa bir yerde, bir yanlışlık vardır. 8,5 kW üretmek için 10 kW yani >%85 sistem verimi iyi bir değerdir ve UPS sistemleri için >%85 verim iyi bir değer sayılır.

3.3. Kesintisiz Güç Kaynaklarının Çalışma İlkesi

Kritik yüklerin kesintisiz beslenmesinin yanı sıra gerilim efektif değer, frekans ve dalga şekli gibi tipik büyüklüklerini, şebekenin sağlayamayacağı doğrulukta veren UPS sistemi şebekeden çektiği AC türündeki elektrik enerjisini önce bir doğrultucu üzerinden DC enerjisine dönüştürür. Doğrultucu hem yüke gerekli biçimde enerji sağlayan eviriciyi besler, hem de ara devrede yer alan akümülatör grubunu doldurur (Şarj eder.). Eviricinin görevi, sağlanan DC enerjisinden, istenen standart efektif değerde ve frekansta, AC dalga şeklini üretmektir. Doğrultucu çıkışı nominal DC değerde tutulur, yük evirici üzerinden beslenir. Şebeke geriliminin sınır değerlerinin dışına çıkması veya kesilmesi durumunda doğrultucu çalışmaz. Evirici akümülatörlerden çektiği DC enerjisi ile yükü kesintisiz olarak istenen değerde beslemeye devam eder.

Kontrol elektroniği ünitesi, şebeke, doğrultucu, akümülatör ve eviriciyi sürekli olarak denetleyerek bu birimlerin uyum içinde çalışmasını sağlar.

Yedek güç kaynaklarının iki türü vardır: bekleme güç kaynakları (Standby Power Supply, SPS) ve kesintisiz güç kaynakları (Uninterruptable Power Supply, UPS). SPS’ler etkin seviyeyi izlerken pillerini şarj eder. Güç düştüğü takdirde kendilerini etkinleştirir ve piller bitene kadar güç verirler. Burada hızlı bir güç değişimi gerçekleşmelidir, ayrıca bu anahtarlama süresinin ne kadar olduğunun bilinmesi de önemlidir, 4 ms ve altı yeterlidir.

Bir UPS gücü sürekli olarak şebeke akımından bir pile ve bu pilden PC’ye aktarır. Bu bir SPS’e göre daha üstündür, çünkü herhangi bir anahtarlama süresi yoktur. Aynı zamanda herhangi bir sıçramanın bilgisayarı değil, pil şarj mekanizmasını etkileyeceği anlamına gelir. Bu durumda bir UPS, aynı zamanda bir sıçrama atlatıcıdır.

Bir UPS veya SPS, bir pilin doğru akımını PC için dalgalı akıma dönüştürmelidir. Dalgalı akımın bir sinüs dalgası gibi olması beklenir. Ucuz UPS ve SPS modelleri, kare şeklinde dalga üretir ve PC ve benzeri cihazlarda kare dalgalı AC alımı kullanamaz.

Koruma Yöntemi	Sıçramalar	Düşük Gerilim	Kesinti
SPS	Hayır	Hayır	Hayır
UPS	Evet	Evet	Evet

Güç normal olduğunda bir SPS akımı kendi üzerinden (dalgalanmalarla birlikte) PC’ye geçirirken, pilini dolu tutmak için de bu gücün bir kısmını çalar.

Güç kesildiğinde SPS, PC’ye kendi pilinden, pil yettiği sürece güç verir. SPS aynı zamanda güç kesintisi durumunu algılamalı ve pili, PC’nin çalışmaya kesintisiz olarak devam etmesine yetecek kadar hızlı bir biçimde devreye sokmalıdır.

Diğer taraftan bir UPS, prizden gelen gücü doğrudan pile gönderir ve onu sürekli olarak dolu tutar. Bilgisayar ise gücünü hattan değil pilden alır.

Güç kesildiğinde UPS bilgisayara gücü pilden vermeye devam eder. Faydaları : sürekli dalgalanma koruması ve sıfır anahtarlama süresi.

Şekil 3. UPS ve SPS’lerin çalışma sistemleri

3.4. Kesintisiz Güç Kaynağının Kısımları

3.4.1. Doğrultucu (Redresör)

Doğrultucular alternatif akımı, örneğin şehir şebekesinidoğru akıma çevirmeye yarar. Kullanım yerleri olarak, elektronik devrelerin DC ihtiyaçlarını karşılamak yada güçkaynaklarının ön devresi olmalarını söyleyebiliriz.

3.4.1.1. Yarım Dalga Doğrultucu

Bir diyottan akım geçebilmesi içinanodunun katoduna göre pozitif olması gerekmektedir. Aşağıdaki şekilde bir yarım dalga doğrultucu görülmektedir.

Diyottan akım geçtiği zamanlarda yani t₁ ve t₂ zamanları arasında geçen akım hem R_L yükünü beslediği gibi aynı zamanda C kondansatörünü doldurur. Diyottan akım geçmeyen t₂ ve t₃ zamanları arasında kondansatör üzerinde biriken elektrik yavaş yavaş R_L yükü üzerindenboşalır. Başka bir değişle t₂ ve t₃ zamanları arasında R_L yükünü besleme işini kondansator üstlenir. Bu şekildedevremizin çıkışındaki dalga şeklide aşağıdaki gibi olur.

3.4.1.2. Tam Dalga Doğrultucu

Aşağıdaki şekilde bir tam dalga doğrult
ucu görülmektedir.

D₁ ve D₂ diyotları her iletime geçtiklerinde R_L yükünübesledikleri gibi, C kondansatörünü de doldururlar. Diyotlar üzerinden akan akımlar giriş gerilim dalga şekliniizleyecekleri için D₁ diyodu girişindeki gerilim t₁ zamanından itibaren hızla yükselir, bu yükselme sırasında hem yükübesler hem de C kondansatörünü doldurur. Giriş gerilimihızla azalmaya başladığında kondansatör yavaş yavaş yüküzerinden boşalmaya başlar. Giriş gerilimi kondansatörüzerindeki gerilimden daha aşağı değere indiği zaman yaniD₁ diyodununanodu katoduna göre daha negatif olduğuzaman diyodu artık akım iletmez. Yükü besleme işinikondansatör yüklenir. D₁ diyodunun anodundaki gerilimnegatif kesime geçtiği zamanda D₂ diyodunun anodundaki
gerilimde pozitif olarak yükselmeye başlamıştır. D₂ diyodunun anodundaki gerilim halen yük üzerindenboşalmaya devam eden kondansatör üzerindeki gerilimden
daha pozitif voltaj değerine geldiği zaman D₂ diyodu iletimegeçer. Hem yükü besleme işini yüklenir hem dekondansatörü yeniden doldurur. Bu işlem art arda devamederken, çıkışta da aşağıdaki dalga şekli oluşur.

3.4.2. Akümülatörler

İlk kez Sir William Grove’un tasarladığı platin elektrotlu pil ile ortaya çıkan doldurulabilir pil yapımınıGaston Plante başardı.

Kurşun Kurşun oksitli, Nikel Kadmiyumlu, Nikel Demirli ve Gümüş Çinkolu olmak üzere değişik tip akümülatörler mevcuttur. En çok kullanılan Kurşunlu akümülatörlerde, elektrotlar kurşundur. Seyreltik sülfürik asit de elektrolit olarak kullanılır.

Akümülatörler voltaj kaynağı ile şarj edilirler normal şarj içinkapasitesinin 1/10 ‘u kadar akım verilir ve 24 saat süresince tarj olur.

Otomobillerde kullanılan akümülatörler 45 Ah ve 60 Ah kapasitesindedirler.
Yani bu akümülatör kullanılma süresi ile verdiği akım çarpımı 60’a eşittir. Yani 10 amper çekiliyorsa 6 saat akım verebilir. Dolu bir akümülatör maksimum voltajı 14.5 volttur. Akümülatörlerüzerinde ayrıca maksimum akım değeri de yazar bu çok yüksekbir akım değeridir. Bir akümülatör250 ampere kadar bir akımı akıtabilir.

3.4.3. İnverter

İnverterler doğru akımı alternatif akıma çeviren “DC – AC Konverter” lerdir. Bir inverterin görevi girişindeki bir doğru gerilimi, çıkışında istenen genlik ve frekansta simetrik bir alternatif gerilime dönüştürmektir.

DC – AC inverterlerinin kullanışlı olmalarının sebebi çıkış gerilimi ve frekansının ayarlanabilmesidir. İnverterin çıkış gerilimleri kare dalga şeklindedir. Bu sebeple uygulamada, gerilim harmoniklerinin etkisi hayli fazladır. Bu mahsuru ortadan kaldırmak için devreye bazı elemanlar ilâve edilir. DC – AC inverterlerin temel elemanları yarı iletkenlerdir (transistör, tristör, mosfet gibi). Transistör ve MOSFET küçük güçlü elemanlar olduğundan düşük ve orta değerli güç devrelerinde kullanılır. Fakat hızlı anahtarlamaya sahip olduklarından yüksek frekanslı devrelerde kullanılabilirler. DC – AC inverter besleme özelliklerine göre akım ve gerilim beslemeli diye iki gruba ayrılırlar. DC – AC inverterlerin çıkışına bağlanan yük harmonik akımlara yüksek empedans gösteriyorsa bu durumda gerilim beslemeli inverter kullanılması gerekmektedir. Yük harmoniklere az empedans gösteriyorsa akım beslemeli inverter kullanılmalıdır.

Bir İnverterin Çalışma Prensibi

Aşağıdaki şekilde basit DC – AC çevirici devresi görülmektedir.

Şekil .

Yukarıdaki şekilde t=t₀ anında S1 ve S2 anahtarları aynı anda kapatılırsa, R yükünün a ucu pozitif, b ucu ise negatif olmak üzere gerilim kaynağı E kadar bir gerilim düşümü olur. Bu UR kadardır. Yük akımında a’dan b’ye doğru geçer. Şayet t=t₁ iken S1 ve S2 anahtarları açılır, aynı anda S3 ve S4 anahtarları kapatılırsa b noktası pozitif, ve a noktası ise negatif olarak kutuplanır. Bu anda da UR = U kadar olacaktır.

Bu anda R yükünden geçen akım bir önceki duruma göre ters yönde olacaktır. Yani b’den a’ya doğru olacaktır. Bu işlem devam ettirilirse eğriden de görüleceği gibi kare dalga şeklinde yükte, bir AC gerilimi elde edilir.

S1 ve S2 anahtarlarının aynı anda kapatılmadığını düşünelim. S1 anahtarı kapatıldıktan sonra zaman farkı sonra S2 anahtarını kapatalım. Bu anahtarların açılma süresi yine zaman farkına göre açılıp, S3 ve S4 anahtarlarıda aynı durum göz önüne alınarak işlem tekrar edilerek aşağıdaki eğri elde edilir.

İnverterler UPS’te Nasıl Kullanılıyor?

İnverterlerin, UPS’in çıkışına daha sinüse yakın bir gerilim vermesi nedeniyle genelde PWM yani darbe genişlik modülasyonlu olması istenir.

Alternatif akım ve gerilim eğrisi sinüs eğrisidir. İnverter çıkışları kare dalga olduğundan yüksek oranda harmonik içerirler. Bu mahsuru ortadan kaldırmak için inverter çıkışında belirli çıkış dalga şekilleri elde edilir. Bunlar;

1. PAM (Darbe Genlikli Dalga Şekli)

İnverterin gerilim kontrolünün yapılabilmesi için çıkış dalga şekli yarım kare dalga şekline çevrilir. Çıkışın sinüs dalga şekline çevirebilmek için kullanılan yöntemlerden birisidir.

Şekilde görüldüğü gibi iki inverter devresi kullanılarak basamaklı gerilim eğrisi elde edilebilir. – Şekli daha yakından börmek için üzerine tıklayınız.

İnverterlerde detaylı devreler kullanılarak çıkış eğrisinin basamak sayısı arttırılarak sinüs eğrisine ya
klaşılmaya çalışılır.

6 basamaklı dalga şeklinde en düşük harmonikler, 5. ve 7. harmonikler, 12 basamaklı dalga şeklinde ise en düşüğü 11. harmoniktir. Basamaklı dalga şeklinde, harmonikleri en aza indirmek için her basamağın yüksekliği, bu basamaklı dalganın yaklaşım yaptığı, sinüs dalgasının o zaman aralığındaki ortalama değerine eşit olmalıdır.

2. PWM (Darbe Genişlik Dalga Şekli)

Yarı iletken elemenların kontrolünün kolay yapılması sonucunda PWM sistemi ortaya çıkmıştır. Bu dalga şeklinin elde edilmesi için iki ayrı dalga kullanılır.

a.Taşıyıcı Dalga,
b. Referans Dalga.

Taşıyıcı, üçgen dalga olup frekansı hayli yüksektir. Referans dalgası ise genellikle sinüs eğrisi şeklindedir.

Yarı dalga köprü devrici çıkış dalga şekli – Şekli daha yakından börmek için üzerine tıklayınız.

Tam dalga köprü çevrici çıkış dalga şekli – Şekli daha yakından börmek için üzerine tıklayınız.

Not: a ₁, a ₂, ………………………….. a_m Tristörlerin anahtarlama açıları.

Sinüzoidal PWM’in Yararları:

Kare dalga PWM ve altı basamaklı inverterli tahrike kıyasla, sinüzoidal PWM inverterli tahrik düşük hızlarda iyi bir performans sağlar. Altı basamaklı inverter, DC ara devre gerilimi çıkış frekansı ile orantılı olarak değiştirilmek suretiyle, nominal hızın altında sabit gerilim / frekans bölgesinde çalışır. Fakat DC ara devre filtresi yüzünden gerilim cevabında büyük bir gecikme olur. Bu durum tahrik sistemin düşük hızlardaki stabilitesine zarar verir. Gerilim ve frekans kontrolü inverterin içinde birlikte gerçekleştirildiğinden, PWM inverterlerde geçici rejim cevabı daha iyidir. Bir PWM inverterli tahrikte, DC ara devresi filtre elemanları da daha küçük ve daha ucuzdur. Fakat özellikle kare dalga PWM durumunda tahrik kayıpları yüksek olabilir.

PWM inverterler sabit bir DC ara devresi gerilimi ile çalışrı. Bunun bir çok yararları vardır. Sabit ara devre gerilim, diyot köprüsünden oluşan kontrolsüz bir redresörle temin edilebilir. Gecikmeli bir tetikleme bulunmaması, AC şebekeye yansıyan ana dalga güç faktörünün daima yüksek olması demektir. Bu güç faktörü 0,96 mertebesinde olup, motorun kendi güç faktöründen bağımsızdır. Komütasyon kondansatörlerinin inverter güç kaynağından şarj edildiği, zorlamalı komütasyonlu tristörlü inverterlerde sabit DC ara devre gerilimi, daima komütasyon akımının sabit kalmasını sağlar. Sabit momentli bir tahrik, bütün hızlarda takriben sabit bir motor akımı gerektirir. Ara devre gerilimi sabit olan PWM inverterli tahrik, çok düşük çıkış gerilimlerinde bile, nominal akımda komütasyonu gerçekleştirebilir. Halbuki altı basamaklı inverterli tahrik, düşük hızlarda da nominal momentin istendiği durumlarda, komütasyon devresi için sabit gerilimli bir DC yardımcı kaynağa ihtiyaç gösterir. Sabit gerilimli bir DC ara devre mevcutsa, birbirinden bağımsız muhtelif PWM inverterler aynı kaynaktan yararlanabilir. Bu imkân redresör kuruluş masraflarında büyük ekonomi sağlar. Ayrıca AC şebekede elektrik kesilmesi halinde DC ara devre geçici olarak, imdat bataryalarından veya motor – generatör grubundan beslenebilir.