UPS Teknik Terimleri
RMS (Etkin Değer) ve Ortalama Değer
Alternatif bir akımın RMS değeri sabit bir direnç yükünden geçen ve aynı
miktarda ısı enerjisi üreten DC akımın değerine eşittir. RMS Karesel
Ortalama Değer (Root Mean Square) anlamına gelir ve Etkin Değer, Efektif
Değer olarak da isimlendirilir.
Bir işaretin RMS değeri ayrık (dijital) olarak hesaplanırken şu adımlar
izlenir:
- İşaretin bir periyot boyunca belirli örnekleme zamanıyla genlik değerleri
alınır
- Alınan bu değerlerin kareleri toplanır
- Bu toplam alınan örnek sayısına bölünür
- Bu bölümün karekökü alınır
Karesel ortalama değer: |
|
RMS değer bu yöntemle
hesaplanırken örnekleme ne sık yapılırsa ölçüm hassasiyeti o kadar yüksek
olur.
Bir işaretin RMS değeri sürekli (analog) olarak hesaplanırken aşağıdaki
formül kullanılır.
Bir işaretin Ortalama
Değeri (Mean Value) ise o işaretin zaman ekseni ile arasında kalan alanı
ifade etmektedir ve aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır.
Bir işaretin Ortalama Değeri ayrık (dijital) olarak hesaplanırken şu adımlar
izlenir:
- İşaretin bir periyot boyunca belirli örnekleme zamanıyla genlik değerleri
alınır
- Alınan bu değerleri toplanır
- Bu toplam alınan örnek sayısına bölünür
İdeal bir sinüs dalganın RMS ve Ortalama Değerlerine ilişkin şekil aşağıdaki
gibidir.
|
Aktif Güç, Reaktif Güç
Direnç tipi bir yük gerilim kaynağından gerilimin çarpanı şeklinde bir akım
çekmektedir, ancak reaktif yüklerin çektiği akım direnç yükündeki gibi
değildir. Reaktif yüklerde de hem gerilim hem de akım dalga şekilleri
sinüzoidal olabilir ancak aralarında bir faz farkı vardır. Reaktif yüklerde
bir periyot süresince akım ve gerilim işaretleri aynı veya farklı olabilir.
Akım ve gerilim işaretinin
farklı olduğu noktalarda güç negatiftir ve güç akışı kullanıcıdan şebekeye
doğrudur. Şebekeden çekilen bu enerji kullanılmadan şebekeye geri verilir ve
bu dolaşım sırada iletim hatlarındaki dirençlerden dolayı kayıplar oluşur.
Yani reaktif güç şebekeyle yük arasında salınan ancak kullanılmayan
enerjidir. Aşağıdaki şekilde açık gölgelendirilmiş bölgeler reaktif gücün,
koyu gölgelendirilmiş bölgeler ise aktif gücün söz konusu bölgeleri
göstermektedir.
|
Aktif enerji şebeke
periyodu boyunca şebekeden çekilen enerjidir, bu da gerilimle akımın
çarpımının zaman ekseninin üstünde kalan alandır. Üstte kalan alan (aktif
enerji) ile altta kalan alanın (reaktif enerji) farkı yükün harcadığı toplam
enerjiyi vermektedir.
Aktif güç [P] ile reaktif güç[Q] birlikte kompleks gücü [S] oluşturmaktadır.
Jeneratör, transformatör, motor gibi elektrikli aygıtların ve iletim
hatlarının maliyeti bunların görünür gücüyle orantılıdır. Bunun nedeni bu
cihazların yalıtım düzeyinin gerilimle, iletken boyutlarının da akımla
orantılı olmasıdır. Aktif güç P’nin fiziksel bir anlamı vardır. Bu gücün
büyük bir kısmı yararlı işi karşılar, çok az bir kısmı kayıplardır. Oysa
reaktif güç, elektromanyetik cihazlardaki manyetik alanı oluşturur ve
yararlı enerji çevriminde kullanılmaz. Gereksiz yere hattı ve iletim
aygıtlarını yükleyerek gerilim düşümüne ve kayıplara yol açar. Bu nedenle
şebekeden çekilen Q reaktif gücün sıfır olması istenir.
Bu büyüklükler arasında matematiksel şu ilişkiler vardır:
|
Burada=
Güç faktörü olup, yükün etkin gücü ne kadar etkili çektiğinin bir
ölçüsüdür. Güç faktörü boyutsuzdur ve idealde GF=PF=1 olması istenir.
Böylece reaktif güç sıfır olur ve aynı güç en düşük akımla çekilir ve
cihazlardaki ve yükteki olası kayıplar en aza indirilmiş olur. |
Yükün karakteristiğinden
kaynaklanan sebeplerden dolayı akımın gerilimden ilerde veya geride olması
durumunda şebekeden enerjiye dönüşemeyecek yükün çekilmesi başka bir ifade
ile işe yaramayan gücün çekilmesindeki güç birimidir.
|
Rezistif (Direnç Tipi) Yük, Endüktif Yük, Kapasitif Yük:
Yukarıda dalga şekilleri
verilen bu yük çeşitleri için şu özellikler geçerlidir:
a) Yük üzerindeki akım gerilimin bir çarpanı ve akımla gerilim arasında bir
faz farkı varsa bu yük çeşidine rezistif (direnç tipi) yük denilmektedir.
b) Yük üzerindeki akımın gerilimden geride olması durumundaki yük çeşidine
endüktif yük denilmektedir.
c) Yük üzerindeki gerilimin akımdan geride olması durumundaki yük çeşidine
kapasitif yük denilmektedir.
|
Lineer (Doğrusal) Yük, Non-Lineer (Doğrusal Olmayan) Yük
Lineer adından da anlaşılacağı gibi yükün karakteristiğinin doğrusal
olduğunu ifade eder. Yani yük akımı her bir periyotta gerilimin bir
fonksiyonudur. Bir başka ifadeyle yük akımıyla gerilim arasında faz farkı
olsa bile non-lineer değil yine lineerdir çünkü akım hala gerilimin bir
fonksiyonudur. Yük reaktiftir ama lineerdir.
Aşağıda lineer yük çeşitleri görülmektedir. Yük rezistif, endüktif yada
kapasitif olsa bile akım gerilimin bir fonksiyonu olduğu sürece yük lineer
yüktür.
Eğer yük akımı şebeke
gerilimin bir fonksiyonu değilse aralarında bir faz farkı olmamasına rağmen
yük non-lineerdir.
Aşağıda gerilim ve akım
dalga şekilleri verilen yük çeşitleri için;
a) Burada gerilimle akım her zaman aynı yönde ve akım gerilimin bir
fonksiyonu olduğu için şebeke reaktif güç çekilmez ve yük lineerdir.
b) Bu durumda gerilimle akım her zaman aynı yönde değildir. Bu nedenle
gerilimle akımın yönlerinin zıt olduğu bölgelerde reaktif güç bileşeni
vardır. Reaktif güç bileşeni olmasına rağmen bu yük tipi de lineerdir. Çünkü
gerilimin olduğu her noktada akım da çekilmektedir.
c) Bu durumda ise hem gerilim hem de akım her zaman aynı yönlerde olmasına
rağmen yükün çektiği akım gerilimin bir fonksiyonu değildir. Başka bir
ifadeyle gerilimin olduğu her noktada şebekeden akım çekilmez. Bu nedenle bu
yük çeşidi non-lineerdir.
|
Senkronizasyon:
İki sinyalin frekans ve fazlarının aynı olmasıdır. KGK’larda By-Pass’tan
eviriciye geçerken kesintisiz bir geçişin olabilmesi için evirici çıkışının
ve By-Pass hattının gerilim ve frekansı değerlerinin aynı olması gerekir.
Ayrıca bazı paralel çalışma durumlarında da KGK’lar çıkışlarını senkron hale
gelecek düzeneklere sahip olmalıdır. |
Güç Faktörü
Güç faktörünün, bir KGK sistemini boyutlandırırken önemli manaları vardır.
Güç, birim zamandaki enerjidir ve DC devrelerinde gerilim ve akımın
matematiksel çarpımı olarak ifade edilir (Güç=Volt x Amper). Fakat
alternatif akımda bir karışıklık mevcuttur. Bazı AC akımları enerji
sağlamadan yüke girip çıkabilir. Reaktif veya harmonik akım adı verilen bu
akım gerçek güçten fazla olan görünürdeki gücü arttırır. Görünür güç ve
gerçek güç arasındaki bu fark güç faktörünün artmasına sebep olur. Güç
faktörü gerçek gücün görünür güce oranıdır. Görünür gücün birimi VA’dır.
Bundan dolayı herhangi bir sistemdeki gerçek güç, güç faktörüyle VA
değerinin çarpımıyla bulunur.
Çoğu elektrikli cihaz için görünür güç (VA) ve gerçek güç (Watt) arasındaki
fark çok önemsizdir ve ihmal edilebilir. Fakat tüm bilgisayarlar için fark
fazla ve önemlidir. Bir bilgisayar sisteminin güç faktörü 0.65’tir. Bu,
görünür gücün (VA) gerçek güçten (Watt) yaklaşık %50 daha fazla olduğu
anlamına gelir.
KGK çıkış gücünün yeterli olduğundan emin olmak için KGK’nın VA değeri yükün
VA ihtiyacından fazla olmalıdır. Yükün daha düşük olan Watt veya VA değeri
kullanılmamalıdır çünkü bu değer çalışma sırasında KGK’dan istenecek ekstra
reaktif veya harmonik akımı içermez.
Çoğu KGK üreticisi ürünlerinde Watt ve VA özelliklerini vermemektedir. Bir
KGK’nın VA değeri verilmediğinde KGK’nın yükü kaldırıp kaldıramayacağını
tespit etmek çok zor olabilir. Gerçekte, Watt değeri verilen bir KGK, eğer
yük 0.65 güç faktörü olan bir bilgisayarsa gerekli gücü sağlamayacaktır.
Eğer Watt değeri KGK üzerindeki tek değerse VA değerin bu Watt değerine eşit
olduğu varsayılmalıdır. |
Krest (Tepe) Faktörü
Düşük güç faktörüne ek olarak, bilgisayar yükleri çok yüksek tepe
faktörlerine sahip olmaları konusunda da sıra dışılardır. Tepe faktörü yük
tarafından çekilen anlık peak akımıyla RMS (Root Mean Square) akımı
arasındaki orandır. Çoğu elektriksel uygulamanın 1.4 tepe faktörü vardır.
Bir yükün 1.4’ten fazla tepe faktörü olduğunda kaynak (KGK) yükün istediği
peak akımını sağlamak zorundadır. Eğer kaynak, akımı sağlayamazsa kaynak
gerilimi aşırı tepe (peak) akımı tarafından bozulur. Bundan dolayı eğer bir
KGK yükün ihtiyacı olan tepe faktörünü sağlayacak kadar büyük değilse
KGK’nın çıkış dalga formu bozulacaktır.
Bir bilgisayarın tepe faktörü ihtiyacı beslendiği kaynağa göre değişir. Tepe
faktörü bilgisayar aynı oda içinde başka AC kaynağına takılırsa bile
değişebilir. Tepe faktörünün yük ve AC kaynak arasındaki etkileşimden
doğmaktadır. Bir bilgisayar yükünün ihtiyacı olan tepe faktörü AC kaynağın
dalga formuna bağlıdır. Sinüs dalga kaynağı için bir bilgisayar tipik olarak
2 ila 3 arasında tepe faktörü gösterecektir. Sinüse basamaklı yaklaşıklıklı
dalga formu için bilgisayar 1.4 ila 1.9 arasında tepe faktörü gösterecektir.
Yüksek tepe faktörü güç kaynağı bileşenlerinin aşırı ısınmasına sebep olur.
Bilgisayar, KGK, surge engelleyici veya güç düzelticiden çalıştırıldığında
tepe faktöründeki düşüş (giriş gerilimi dalga formunun aşırı distorsiyonu
ile beraber değilse) olumlu bir yan etkidir. Böyle bir distorsiyon, brownout
durumuna eşdeğer olan azaltılmış peak gerilimi ile sonuçlanabilir. KGK veya
şebeke düzelticisi uygun peak gerilimini sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır.
Tepe faktörü kaliteli KGK sistemlerinin yaklaşık olarak tam yükte 3, 1/2
yükte 4, 1/4 yükte 8 tepe faktörü kapasitesi vardır. Daha küçük basamaklı
dalgalı modellerin yaklaşık olarak tam yükte 1.6, 1/2 yükte 2 tepe faktörü
kapasitesi vardır. Kaliteli KGK sistemleri, herhangi bir tepe faktörüyle
bilgisayar tipi yüklere uygun peak voltajı vermek için tasarlanmıştır.
|
Harmonik ve THD (Total Harmonic Distortion, Harmonik Bozunum)
Belirli bir frekanstaki tüm periyodik dalga şekilleri kendi frekansının
katlarındaki sinüs dalgalarının toplamına eşittir. Toplanarak periyodik
dalgayı oluşturan sinüs dalgalarının her birine harmonik denilmektedir.
Birinci harmonik analizi yapılan periyodik işaretle aynı frekanstadır ve
temel bileşen olarak adlandırılır. İkinci harmonik temel bileşenin
frekansının iki katıdır. Genel olarak ifade edilecek olursa n. harmoniğin
frekansı temel bileşenin frekansının n katıdır.
Örnek olarak frekansı 50 Hz olan bir dalganın bazı harmoniklerinin frekansı
şu şekildedir:
Temel Bileşen ( 1.Harmonik
) |
50Hz |
2.Harmonik |
100Hz |
3.Harmonik |
150Hz |
4.Harmonik |
200Hz |
5.Harmonik |
250Hz |
6.Harmonik |
300Hz |
|
Harmonik bozunum ise
elektriksel kirliliğin bir ifadesidir. Eğer harmonik bozunumların toplamının
(THD) belirli sınırların üzerinde bazı elektriksel problemlere neden
olmaktadır. Örnek olarak akım harmoniklerinin yüksek olması kabloların aşırı
ısınmasına ve zarar görmesine neden olabilir. Elektrik motorlarında da aşırı
ısınmaya, gürültülü çalışmaya ve tork salınımlarına neden olmaktadır.
Kapasitörlerde de aşırı ısınmaya, bunun sonucu dielektrik denen birbirinden
yalıtılmış plakaların delinmesine neden olabilmektedir. Ayrıca işlemciler
elektronik göstergeler, LED’ler harmonik bozunumlardan etkilenmektedir.
Gerilim ve akımda meydana gelen harmonik bozunumlarının (THD) kaynağı non-lineer
yüklerdir. Non-lineer yükler arasında KGK’lar, motor yol vericileri, motor
sürücüleri, bilgisayarlar ve elektronik aydınlatma ve kaynak makineleri
vardır. Ayrıca tüm güç elektroniği dönüştürücüleri şebekedeki harmonik
bozunumu arttırıcı etki gösterirler.
Bir işaretin harmonik bozunumunun matematiksel ifadesi;
|
|
Sinüs (Sinüzoidal) Dalga:
Birim çember (yarıçapı 1 birim
olan çember) yarıçapının sıfır derece ile 360 derece arasında
döndürülmesiyle birim çember yarıçapının y eksenine düşen izdüşümleri sinüs
dalgayı oluşturmaktadır.
Örnek olarak birim çember yarıçapının x ekseni ile
açısı
yaptığı değerdeki noktada sinüs
birim çemberin etrafında Matematikte genliği -1 ile +1 arasında değişen
temel bir dalga formudur. Teknik manada şebeke büyüklüklerinin zamana göre
değişiminin bu temel dalganın bir fonksiyonu olarak değiştiğini ifade
etmekte kullanılır.
Şebeke büyüklüklerinin temel sinüs dalgasının bir fonksiyonu olarak
değiştiğinin bir ifadesidir. Sinüs sinyali ile sinüzoidal sinyal arasında
bir fark yoktur.
|
Sinüs Benzeşimli (Kısmi Kare Dalga Eviriciler):
Çıkışı bir fazlı olan eviricilerde darbe genişlik modülasyonu ve giriş doğru
gerilim ayarı gibi yöntemler uygulamaksızın, çıkış geriliminin frekans ve
genlik olarak ayarlaması yapılabilir. Dalga şekli kara dalgaya benzemekle
beraber, belirli aralıklarda gerilimin yok edilmesi ilkesi ile
çalışmaktadır. Çıkış geriliminin belirli aralıklarında sıfır gerilim
bölgeleri oluşturulmakta, böylece gerilim ayarı yapılmaktadır.
Örnek olarak yukarıda verilen sinüs benzeşimli KGK’nın çıkışı incelenebilir.
Evirici çıkışının bir periyottaki doluluk (D) ve boşluk (d) miktarları
değiştirilerek çıkış geriliminin RMS (etkin) değeri sabit tutulmaktadır.
Gerilimin tepe değeri 220V’tan büyük ise RMS değerin 220V olabilmesi için
belirli bir boşluk oranı bırakılmaktadır. DC gerilim seviyesi düştükçe
(akülerin boşalmasıyla) RMS değerin sabit kalması için darbelerin doluluk
oranı arttırılır.
|
EMI-RFI:
Anahtarlamalı bir çeviricide akım ve gerilimde çok hızlı değişimler meydana
geldiği için yüksek frekanslı salınımlar oluşmaktadır. Bu salınımlar diğer
elektronik devrelerde ve güç elektroniği çeviricisinin kendi iç çalışmasında
bozucu elektromanyetik girişimlere neden olurlar. Bu girişim EMI (Electromagnetic
Interference) olarak adlandırılır. EMI radyasyon ve iletim olmak üzere iki
biçimde iletilir. Anahtarlamalı güç elektroniği devreleri, kendilerini
besleyen elektrik sistemine güç kabloları üzerinden iletim biçiminde gürültü
yayarlar. Bu gürültü uzaya radyasyon yoluyla yayılan gürültünün birkaç katı
daha büyüğüdür. Güç elektroniği devrelerinin metal gövde içine alınmaları,
radyasyon yoluyla yayılan elektromanyetik kirliliği büyük ölçüde azaltır.
|
Yukarıdaki şekilde gösterildiği iletimsel gürültü fark-konumlu ve
ortak-konumlu olmak üzere iki çeşide ayrılır. Fark konumlu gürültü
incelemesinde, fazlar arası gerilimin veya akımın gürültüleri incelenir.
Ortak-konumlu gürültüde ise faz-nötr gerilimdeki ve faz ve nötr hatlarındaki
akımın gürültüleri ele alınır. Güç elektroniği çeviricilerinin gerek giriş
tarafında gerekse de çıkış tarafındaki hatlarında, hem fark-konumlu hem de
ortak konumlu gürültüler bulunmaktadır. Bunların giderilmesi için çeşitli
filtre devreleri kullanılmaktadır.
Yukarıda gösterilen
anahtarlama dalga şekli, açma kapama yapan güç elektroniği devrelerinde
oluşan dalganın tipik örneğidir. Çok kısa bir yükselme ve düşme süresi
olduğu için bu dalga, azımsanamayacak büyüklükteki enerjiyi şebeke
frekansından çok yüksek olan radyo frekanslı (RF) harmonikleri içerir.
Bir doğrultucuda fark konumlu
gürültü, şebeke kapısındaki hat üzerinden güç sistemine yayılır. Benzer
şekilde, çıkış kapısındaki gürültü doğru gerilim hattı üzerinden yüke geçer.
Bunlara ek olarak, elemanlar arasındaki kapasitif bağlaç ve devreler
arasındaki manyetik kavrama nedeniyle oluşan iletim yollarında da gürültü
meydana gelmektedir.
Ortak-konumlu gürültünün
yayılması kaçak elektrik ve manyetik alanları ve kaçak kapasiteleri
üzerinden oluşur. Kaçak kapasiteleri iki farklı fazdaki devreler arasında
oluşabileceği gibi, bir faz devresiyle toprak arasında da oluşabilir.
Güvenlik nedeniyle, güç elektroniği devrelerinin çoğu topraklanmış bir gövde
içine alınmıştır. Toprak hattında meydana gelen gürültü, EMI gürültüleri
arasındadır.
Elektromanyetik Girişim (EMI),
Radyo Frekanslı Girişim (RFI) yüksek frekansta anahtarlamadan kaynaklanan
bazı sinyallerin manyetik yolla havaya, elektriksel yolla şebekeye doğru
yönelmesidir. Eğer bu girişimin frekansı radyo frekansına yakınsa RFI olarak
isimlendirilir.
|
VFI (Voltage Frequency
Independent)
KGK çıkış gerilimi, kaynak (şebeke) gerilimi ve frekansından bağımsız
yapıdadır. |
VI (Voltage Independent)
KGK çıkış gerilimi, kaynak frekansına bağımlı ama gerilim değişikliklerini
düzenleyebilen yapıdadır.
|
VFD (Voltage Frequency Dependent)
KGK çıkış gerilimi, kaynak gerilimine ve frekansına bağımlı yapıdadır. |
PFC (Power Factor
Correction, Güç Faktörü Düzeltmesi)
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. PFC’li KGK’larda güç faktörü 0,99 ve
giriş akım harmonikleri %5’in altında olmalıdır.
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. |
|
IGBT(Insulated Gate Bipolar
Transistor = Kapıdan yalıtımlı bipolar transistor)
Güç MOSFET’i ve bipolar transistor özelliğinin tek bir yapıda birleştiği bir
anahtarlama elemanıdır. Giriş karakteristiği güç MOSFET’ine çıkış
karakteristiği bipolar transistor benzeyen izole kapılı bir elemandır.
KGK’larda anahtarlama hızları ve iletim kayıplarının küçüklüğü sebebi ile
tercih edilen bir elemandır. Tristörlere göre daha pahalı ancak daha
sağlıklıdır.
|
PWM (Pulse Width Darbe Genişlik Modülasyonu):
Belirli bir frekanstaki bir sinyalin çalışma oranının (D) başka bir giriş
sinyali ile kontrol edilmesi olayına darbe genişlik modülasyonu denir. Darbe
genişlik modülasyonu bir çok elektrikli alette, anahtarlamalı güç kaynakları
ve kuvvetlendiricilerin kontrol devrelerinde kullanılmaktadır
Çalışma oranı D aşağıda gösterildiği gibi th zamanının işaretin periyodu
olan Ts zamanına bölünmesi olarak tanımlanır.
|
SPWM ((Sinüs Dalgalı Darbe
Genişlik Modülasyonu):
PWM yöntemi kullanılarak sinüs işaretinin elde edilmesidir. Bu yöntem
sayesinde anahtarlama elemanını (IGBT, MOSFET) her periyot boyunca belirli
bir oranlarda iletime ve kesime geçirerek sonuçta değişken genlikli sinüs
işareti elde edilebilmektedir. SPWM ile anahtarlama elemanı üzerinde
yalnızca anahtarlama anında kayıplar meydana gelir. Aksi taktirde
anahtarlama elemanının (güç transistorleri) lineer (doğrusal) bölgede
çalıştırılmasıyla daha fazla kayıp meydana gelmektedir.
Aşağıda gibi anahtarlama elemanının SPWM çıkışı ve bu çıkışın filtre
edildikten sonraki sinüs şekli görülmektedir.
|
Surge faktörü
Bu terim, çoğu zaman anlamı daha farklı ve alakasız olan KGK’nın surge
bastırma özelliği veya surge engelleyicilerin özellikleriyle karıştırılıyor.
Surge faktörü KGK’nın anlık aşırı yük kapasitesine işaret eder ve start-up
sırasında geçici ekstra yüke ihtiyacı olan yükleri çalıştırabilme
kabiliyetinin ölçüsüdür. Motorlar ve sabit diskler yüksek surge faktörüne
sahip yüklere örnektir.
5.25” sabit disk sürücüsüne sahip sistemlerde surge faktörü sabit durum güç
harcamasının yaklaşık 1.15 katıdır. 8”, 10” veya 15” lik daha büyük
sistemlerde surge faktörü sabit durum güç sarfiyatının yaklaşık 1.5 katıdır.
Surge faktörü iyi KGK sistemleri, KGK tam yükteyken bile tipik sabit disk
yüklerini çalıştırabilecek surge faktörü yeteneğine sahiptir. Çok geniş form
faktörlü sabit disk sürücülü (8” üstü) sistemlerde daha büyük boyut, KGK’nın
güvenlik sigortasını kullanmasını önlemek için gerekli olabilir.
|
Sag
Sag (çöküntü) surge’ün zıttıdır. Bunlar uzun süreli düşük gerilim
durumlarıdır. Topraklama hataları, zayıf güç sistemleri, büyük elektriksel
yüklerin ani start-up’ları gerilim çöküntülerinin tipik sebepleridir.
Yıldırım düşmesi de ayrıca çöküntülerin önemli bir nedenidir. Çöküntüler,
bilgisayarlara karşı ciddi bir tehdit oluşturabilir. Çöküntüler disk
sürücüleri yavaşlatabilir, okuma hatalarına ve hatta çökmelerine sebep
olabilir.
|
Spike
Bilgisayar çalışmalarını sekteye uğratabilecek hatta ekipmana zarar
verebilecek yüksek genlikli anlık olaylardır. Spike çeşitli nedenlerden
kaynaklanabilir. En önemli neden yakın, uzak bir yere veya enerji iletim
hatlarına düşen yıldırımlardır. Bunlar gerilimde büyük sıçramalara neden
olabilirler.
Spike oluşturan diğer olaylar, büyük elektronik yüklerin veya şebekenin
açılıp kapanması ve statik deşarjdır. Spike sonucunda oluşabilecek en yıkıcı
olay donanımın zarar görmesidir. Yüksek gerilim darbeleri mikroçip
yollarında (traces) delikler açabilir. Bazen bu hasar hemen kendini
gösterir; bazen de olaydan günler, haftalar boyunca kendini göstermeyebilir.
Zarar görmüş data, yazıcı, terminal veya data işleme hataları daha az
tehlikeli sonuçlardır.
|
Surge
Bir periyottan uzun süren aşırı gerilimlerdir. Surge, büyük miktarda güç
çeken hattaki bir cihazın aniden durması veya kapatılması sonucu oluşabilir.
Şebekeler büyük yükleri hat dışında anahtarladıkları zaman surge oluşabilir.
Bir surge’ün büyüklüğünden çok süresi önemlidir. Uzun veya sık surge’ler
bilgisayar donanımına hasar verebilir.
|
Gürültü
Normal sinüs dalganın üzerine binen çeşitli yüksek frekans darbeleri için
kullanılan kollektif bir terimdir. Genliği birkaç mV’den birkaç V’ye kadar
değişebilir. Özellikle tehlikeli bir problem, radyo frekans (RF)
gürültüsüdür. RF gürültüsü, elektrik kabloları üzerinde dolaşan yüksek
frekanslı sinyallerden oluşur. RF gürültüsü, yıldırım çarpması, radyo
iletimleri ve bilgisayar güç kaynakları tarafından yaratılabilir. Gürültü,
hatalı data iletimine ve bilgisayar işlem, yazıcı ya da terminal hatalarına
sebep olabilir.
|
Brownout
Dakikalar, hatta saatler süren uzun süreli düşük gerilim durumlarıdır. Tepe
akım isteği kapasitenin üzerinde olduğu zaman şebekeler tarafından
yaratılırlar. Brownout, lojik devre ve disk sürücüleri düzgün çalışmaları
için gerekli gerilimden mahrum bırakarak hatalı çalışmalarına veya donanım
hasarlarına sebep olurlar.
|
Blackout
Dakikalar, saatler hatta günler süren 0 (sıfır) gerilim durumlarıdır. Enerji
dağıtım şebekesine, taşıyabileceğinden daha fazla yük bindirildikçe daha sık
meydana gelirler. Blackout, topraklama hataları, kazalar ve doğal afetler
yüzünden oluşabilir. En mühim etkisi sistem çökmelerine sebep olmasıdır. Güç
aniden kesildiğinde disk sürücüler veya diğer sistem bileşenleri zarar
görebilir.
|
Galvanik İzolasyon:
KGK’larda evirici çıkışının bir çıkış trafosu üzerinden yüke verilmesini
ifade eder. Bu şekilde yük yalıtımlı bir kaynaktan beslenmiş olur. Aynı
zamanda bu trafo filtrelemeye de etki ederek çıkışın daha düzgün olmasını
sağlar. çıkış trafosunun bir diğer etkisi ise yükü aşırı gerilimlerden
korumaktır. Örneğin KGK yıldırım düşmesi gibi yüksek gerilime maruz
kaldığında çıkıştaki yük bu izolasyon trafosu sayesinde etkilenmez.
|
Watt Veya Volt-Amper
Çoğu insan, KGK yükü boyutlandırması için kullanılan Watt ve Volt-Amp (VA)
arasındaki ayrımda karışıklığa düşer. Birçok üretici de bu konuda, bazen iki
büyüklüğü hatalı bir şekilde eşit ele alarak bu karışıklığa sebep
olmaktadırlar.
Büyük sistemler daima VA ile ölçülür. Karışıklık, büyük sistemlerin (1 kVA -
500 kVA) Watt yerine VA ile ölçülmesine bağlı olarak küçük (1000 VA altı)
KGK pazarı için geçerlidir. Küçük KGK sistemleri için Watt
derecelendirilmesinin kullanımı, küçük KGK kullanıcısının “Watt” kavramına
aşina olmasındandır. Fakat VA derecelendirme sistemi KGK’nın yükünü
karşılamada daha iyidir. Bu doğrudur çünkü bir KGK’nın çıkış kapasitesini
sınırlayan temel faktör, onun çıkış akımı kapasitesidir ve bu faktör, “Watt”
dan daha çok VA derecelendirilmesine uygundur.
Watt değeri, daima VA değerine
eşit veya ondan küçük olmalıdır.
AC güç ölçümleri aşağıdaki gibi ilişkilendirilebilir:
Watt =
VA * Güç Faktörü = Volt * Amper * Güç Faktörü
(Volt = 110 veya 220
Amper = yük akımı
Güç Faktörü = 0 ve 1 arasında ) |
0 ve 1 arasında bir sayı olan güç faktörü, yüke yararlı enerji sağlayan yük
akımının parçasıdır. Sadece bir elektrikli ısıtıcıda veya bir ampülde güç
faktörü 1’e eşittir; diğer bütün ekipman için yük akımının bir kısmı yüke
güç sağlamadan yüke girer ve çıkar. Distorsiyon veya reaktif akımdan oluşan
bu akım, elektronik yükün doğasının bir sonucudur. Yüke bağlı olarak zorla
varolan distorsiyon veya reaktif akım, VA değerinin Watt değerinden büyük
olmasına yol açar. Watt derecelendirme sistemi, VA sisteminde güç faktörünün
1 olduğu özel bir durum olarak düşünülebilir.
Bir Bilgisayarın Watt Cinsinden Değeri VA Değerinin %60 - %70’idir
Tüm modern bilgisayarlar, anahtarlama tipi konvertörün giriş özelliklerine
bağlı olarak 0.6 ile 0.7 arası güç faktörüne sahip kapasitör girişli
anahtarlamalı güç kaynağına sahiptir. Kişisel bilgisayarların güç faktörü
0.6’ya ve daha büyük sistemlerin ise 0.7’ye yakındır. “Güç faktörü
düzeltilmiş güç kaynağı” adlı güç kaynağı yeni olarak tanıtıldı. Bu tip güç
kaynağı için giriş güç faktörü 1’e eşittir. Yakın gelecekte bu güç
kaynakları yaygın olarak kullanılacaktır.
Bir Bilgisayar Yükü İçin KGK Watt Cinsinden Değer VA Değerinin Daima
%60-%70’idir.
KGK sistemleri VA sınırlı cihazlar olduğu için tüm bilgisayar yükleri 0.6
ile 0.7 arası güç faktörüne sahiptir. Bilgisayar tipi yükler için KGK’nın
Watt cinsinden değeri KGK VA değerinin %60-%70’i olmalıdır.
KGK Üreticileri “Watt” Dedikleri Zaman VA İma Edebilirler
Bir KGK üreticisi ayrı bir güç faktörü veya VA değeri olmadan bir KGK Watt
değeri belirlerse kullanıcı, bu değerin ‘1’ güç faktörünü kullandığını göz
önünde tutmalıdır. Bu, üreticinin ürünü için VA değeri verdiği ve bilgisayar
yükleri için Watt değeri bunun %60-70’i olacak demektir. Yük boyutları
örneklerinde yük akımıyla yük geriliminin çarpımının KGK Watt değerinden
küçük olması gerektiği üretici tarafından genellikle belirtilir. Bu bir
sırdır çünkü bu değer Watt cinsinden değil VA cinsindendir. Bundan dolayı
100W’lık bir KGK 100W’lık ampulü taşıyabilir fakat sadece 65W’lık bilgisayar
kapasitesi olacaktır.
Çoğu Bilgisayarın Güç İhtiyaçları VA İle Verilir
Çoğu üretici güç ihtiyaçlarını VA veya Amp olarak verir (Amp durumunda, AC
gerilimi ile çarpın). Son olarak üreticiler bilgisayar ekipmanı için Watt
değerleri vermeye başladılar. Fakat VA hala en genel kullanılanı. Bundan
dolayı bir KGK sistemini VA ile ölçmek yük için boyutlandırırken çoğu durum
için en az karışık olanıdır. APC, tüm KGK ürünleri için VA ve Watt
değerlerini vermektedir. Ürünün model numarası VA değerini içerir ve bu
değer 0.65 ile çarpılırsa Watt değeri elde edilir.
Örnek: |
Bir sistemin güç tüketim
değerleri aşağıda ölçüldüğü gibidir: |
Toplam Watt |
= |
230 |
W |
Toplam Amp |
= |
3.04 |
A |
AC Gerilim |
= |
120 |
V |
Toplam VA |
= |
365 |
VA |
Güç Faktörü |
= |
0.63 |
|
Benzer sonuçlar 230V AC
gerilimi için de elde edilmiştir. |
|
Cold Start:
KGK’nın girişinde şebeke yoksa ve cihaz kapalı durumda ise KGK çalışabilmek
için aküden çalıştırılmaya gerek duyar. Bu durumdaki KGK’yı çalıştırmaya
Cold Start denmektedir. |
Soft Start (Yumuşak Kalkış):
Bir sistemdeki güç ünitesinin her çalıştırıldığında, minimum güçle çalışmaya
başlayıp, maksimum güce belirli bir yumuşak ivmeyle otomatik olarak
çıkmasıdır. Motorların ve KGK’ların çalıştırılmaya başlamasında enerji
hattının ve sistemin güvenilir çalışmasında gerilim veya akım sıçramalarının
önlemek amacıyla kullanılmaktadır.
KGK giriş enerjisi kesildikten sonra jeneratör veya yeniden şebekeye geçişte
KGK yükünün belirli bir aralıkta yumuşak olarak kaynağa geçmesini sağlayan
standart bir özelliktir. Eğer bu opsiyon alınmış olan KGK’da bulunmuyorsa
KGK enerji kesildikten sonra jeneratör / Şebekeye geçişte bir darbe akımı
verecek ve özellikle jeneratörün devrini düşürerek jeneratör frekansının
dalgalanmasına hatta jeneratörün bayılmasına neden olacaktır. Bu nedenle
büyük güçlü On-Line KGK’larda zorunlu olarak bulunması gereken bir
özelliktir. UPS aldıktan sonra bunu kontrol etmenin en güzel yolu UPS giriş
akımını bir pense ampermetre ile veya kendi panonuzdan gözleyerek 10
saniyelik yumuşak geçiş süresince ampermetrenin yavaşça yükseldiğini
izlemektir. |
MTBF(Mean Time Between Failures)
Bir sistemin parçalarının ve birimlerinin bozulma oranlarının analizidir. Bu
analizlerde kullanılan genel modeller vardır. Bu modeller parçaların hata
oranlarının hesaplanması için gerekli prosedürleri sağlarlar. Hesaplanan bu
hata oranları kullanılarak da MTBF değeri hesaplanabilir. Güç kaynaklarının
güvenilirliği de birimi saat olan MTBF kullanılarak değerlendirilebilir. |
MTTR(Mean Time To Repair)
MTTR sistemlerin bakım ve onarımlarıyla ilgili bir kavram olup, bir
sistemdeki veya üründeki tüm değişebilir parçaların bakım ve onarımını
yapmak için gerekli olan ortalama tahmini zamandır. Sistemin tamir
edilebilme süresi tahmini sistemde bir arıza olması durumunda ne kadar
sürede tamirinin yapılacağını ifade ettiği için sistemlerin güvenirliğini
belirleyici etkenlerdendir. |
Inrush Akımı (Boşta devreye girme akımı)
Anahtarlamalı güç kaynaklarının ilk çalışmaya başladıkları anda
yapılarındaki kapasite ve endüktanslardan dolayı çektikleri geçici yüksek
akımlardır. Yüksek değerli filtre kapasitansları ilk başta kısa devre gibi
davrandıkları için yükselme zamanı kısa dalgalı akım çekerler. Bu akımlar
genellikle şebekeye bağlı diğer cihazlara zarar verebilirler. |
Demeraj akımı:
Elektrik motorlarının yön değiştirmesi veya kalkınma anında sistemden
nominal akımın 3-5 katı fazla akım çekmesidir. Bu olaya motorun geçici
rejimidir ve 4-5sn sürer daha sonra motor nominal değerinde akım çeker. Bu
sırada aşırı yüklenmeden dolayı motorun bağlı olduğu enerji hattında da
gerilim düşebilir. Demeraj akımının azaltılması ve gerilim düşmesini önlemek
için, motora yol verilmesi yıldız/üçgen bağlantıyla yada soft-start (yumuşak
kalkış) yöntemleri gibi statik yol verme veya motor kontrol cihazları
kullanılmasıdır. |
Bu sistem KGK, motor veya
jeneratör olabilir. Tüm bu sistemlerde girişe uygulanan enerjinin bir kısmı
sürtünme kaybı ve/veya elektriksel kayıplardan dolayı ısı enerjisine dönüşür
ve sistemin veriminin düşmesine neden olur.
Motorda giriş elektriksel, çıkış mekanik güçtür, jeneratörde giriş mekanik,
çıkış ise elektriksel güçtür. Her iki sistemde de sürtünme ve elektriksel
kayıplar verimi düşürür.
KGK’da ise giriş de çıkış da elektriksek güçten oluşur. Verimi düşüren
etkenler elektriksel anahtarlama elemanları (IGBT, tristör), trafolar,
şoklar, çıkış ve giriş filtreleri, kontrol-ölçüm devre kartları ve
kayıplardan dolayı ortaya çıkan ısı enerjisini cihaz dışına atmak için
kullanılan soğutma fanlarıdır.
Ayrıca KGK’yı evirici ve doğrultucudan oluşan iki ayrı parçadan oluştuğu
düşünülürse KGK’nın verimi evirici ve doğrultucu verimlerinin çarpımına;
|
SNMP (Simple Network
Management Protocol)
Bu modül ile TCP/IP protokolü sayesinde KGK’ya bağlı bir PC gerektirmeden
KGK'nın WAN veya LAN ağının bir elemanı gibi (Internet ve ağ üzerinden)
izlenmesini sağlar. Ağ tabanlı erişimi desteği sayesinde KGK’ya gerçek
zamanlı olarak erişilebilir. SNMP Modülü ile birlikte verilen yazılım ile
ağa bağlı birden fazla KGK görüntülenebilir ve KGK’dan alınan bilgiler
işlenebilir.
|
Kaynaklar |
1 - N. Mohan,
T. M. Undeland, W. P. Robbins, (Çevirenler:
Nejat Tuncay, Metin Gökaşan, Seta Boğosyan)
Güç Elektroniği Çeviriciler, Uygulamalar ve
Tasarım, Literatür, 2003 |
2 - O. Gürdal,
Güç Elektroniği Analiz, Tasarım, Simülasyon,
Nobel Yayın, 2000 |
3 - O. Gürdal,
Güç Elektroniği Analiz, Tasarım, Simülasyon,
Nobel Yayın, 2000 |
4 -
İ. İlisu, Elektrik Tesislerinde Topraklama
Yönetmeliği, Yeni Yönetmeliğin Getirdikleri,
2002 |
www.gamatronik.com |
www.denizyildirim.com |
|
|