Güç Elektroniği: Soru Sorun

[FxDev]

Arkadaşlar merhabalar,
Askere gidecek ve bu ortamdan yaklaşık 168 gün uzak kalacağım için yavaştan arşivimi toparlıyordum.
Gitmeden önce güç tasarımlarınız ile ilgili sorularınız varsa bu başlık altında sorarsanız, geniş bilgi vererek anlatmaya çalışayım.

Kolay gelsin şimdiden

[Ramiz]

Belki hiç böyle düşünmediniz, yada böyle bakmadınız ama yazdıklarınız sanki bir güç gösterisi gibi olmuş.

Ben iyi niyetinize inanıyorum. En temizi, arşivinizi burada paylaşın ve soruları başkalarına soralım. Aksi gibi düşünen birisi çıkıp, canınızı sıkacak şeyler yazabilir. Yazdıklarımı dikkate almanızı öneririm

İyi çalışmalar.

[muhittin_kaplan]

Firat tesekkur ederim. Mppt yi anlatsana biraz

[FxDev]

Belki hiç böyle düşünmediniz, yada böyle bakmadınız ama yazdıklarınız sanki bir güç gösterisi gibi olmuş.

Ben iyi niyetinize inanıyorum. En temizi, arşivinizi burada paylaşın ve soruları başkalarına soralım. Aksi gibi düşünen birisi çıkıp, canınızı sıkacak şeyler yazabilir. Yazdıklarımı dikkate almanızı öneririm

İyi çalışmalar.

Burada nelerini gördüm geçirdim fakat arşivimi neden paylaşacakmışım onu anlamadım?
Daha önce herhangi bir picproje toplantısına katıldınız mı bilmem ama özellikle son İzmir toplantılarında arkadaşlarımdan, üstatlarımdan, hocalarımdan "güç elektroniği" üzerine çeşitli yardım ve deneyim talepleri oluştu. Herkese ulaşıp tek tek soracak durumum olmadığından böyle bir başlık açtım ki arkadaşlara bir hatırlatma olsun. Ki arkadaşlarımız ile oluşan güzel bağdan ötürü tekrar picproje forumuna dönüş yaptım. Bu açıklama yeterlidir diye düşünüyorum fakat kimsenin burada edindiği bilgi birikimi yani "know how"ını paylaşacağını sanmam. Herkes bu işe emek veriyor.

Firat tesekkur ederim. Mppt yi anlatsana biraz

Muhittin hocam ben teşekkür ederim.

MPPT yani maksimum power point track yöntemi (amacın ne olduğunu biliyorsunuz varsayaraktan) her ne kadar sadece güneş pillerinde kullanılıyor gibiyse de aslında rüzgar jeneratörlerinden, yakıt hücrelerine kadar bir çok alanda kullanılmaktadır. Bu uygulamalar içinde ben güneş paneli ve rüzgar jeneratör için iki uygulama örneği vereyim.
Güneş pillerinde gerilim akım eğrileri bilindiği gibi lineer değildir. Gerilime ya da akıma göre güç eğrisi çizildiğinde belirli bir aydınlarma gücü için panelden alınabilecek optimum güç bellidir. Bu nokta tek bir güneş paneli hücresinde tek bir noktaya tekabül etmekteyken, birbirine seri ya da paralel bağlanmış hücrelerde gölgelenmeyle bu noktalar değişlenlik gösterebilir. Aşağıda örneğini verdim.

Gölgelenmemiş güneş panellerinin güç gerilim ilişkisi:


Gölgelenmiş güneş panellerinin güç gerilim ilişkisi:


Güneş panelleri için genelde türev alma ya da ötele gözle metodu kullanılır. Bu iki metotta maksimum noktaya bulmada ideal şartlarda uygunken, gölgelenmiş durumda ise iyi performans sergilemezler. Bunun nedeni türevin sıfır olduğu noktanın yada maksimum noktaların bir kaç birimden oluşmasıdır. Gerçek en büyük güç noktası gölgelenmede değiştiğinden bu kısımda özel algoritma teknikleri kullanılmalıdır.

Ben yaptığım uygulamalarda Pert & Obsr. metodunu çok sık kullandım ve özellikle 100-200W panellerde bir sorun yaşamadım. Fakat sistemi büyüttükçe 4-5kW özel tekniklere geçmek gerekiyor.

MPPT atlanan bir diğer unsur ise MPPT verimidir. Türev alma ve değiştir gözle metotları eğri üzerinde bir sağa bir sola belirli adımlarda hareket ederler. Bu algoritmaların gereği böyle olmak zorundadır. Maksimum nokta bulunsa dahi bu adımlar atılması gerektiğinden, oluşan verim kaybı MPPT verimi olarak ele alınır. Genellikle %99 civarı olması istenir. Her ne kadar güneş ışığı çok fazla değişmese de MPPT algoritmasının hızlı ve küçük adımlı olması sistemi ideale yaklaştırır.

Şimdi diğer örneğimizde ise rüzgar türbününü ele alalım. Bu türnüna bir DC üreteç ve pervane takılı olsun. Sistemin 10kW civarında olduğunu varsayın. Betz teoremine göre rüzgar gücü 100 birimken dünyanın en iyi pervanesinden bile elde edilecek güç miktarı %59'u aşamaz. Bu akışkanın pervanenin diğer yönüne geçme zorunluluğundan dolayı oluşur. Daha fazla bilgi için bkz. akışkanlar dinamiği.

Dolayısı ile rüzgardan elde edilecek verimin de büyük kısmı güneş enerjisi gibi daha oluştururken yok olmaktadır. Maksimum güç noktası şöyle ele alınabilir; dinamo yüklendikçe pervane durdurma yönünde hareket eder,  bu kısımda gerek pervanenin durmayacağı gerekse maksimum gücün alınacağı nokta sürekli MPPT algrotiması ile ele alınmalıdır. Yine bura da değiştir gözle ve türevsel metot işe yaramaktadır. DC temelli bir dinamoda bakır kayıpları da dikkate alındığında çıkış gerilimi ile pervane dönüş hızı arasında bir orantı vardır. Bkz. faraday yasası. Buradan yola çıkılarak MPPT algoritması işletilebilir.

Bunun yanında; pervane mekanik bir yapı olduğunda özellikle çok rüzgarlı havalarda dinamo çıkış gerilimi özellikle yük yokken nominal değerlerin çok üzerlerine çıkabilir. Bunun için küçük güç oranına sahip jeneratörlerde breaker direnci, büyük güç oranına sahip jeneratörlerde ise pitch kontrol yapılarak pervaneler döndürülerek rüzgara karşı dönüş engellenir.

Konu basit gibi görünsede özellikle güneş enerjisinde gölgelenme kısmında büyük problemler hala yaşanıyor. Ben bugüne kadar özel algoritma kullanmasam da bu konuda bir çok makale IEEE sayfalarında yazıyor. Bakmanızı öneririm hocam.

[mistek]

FxDev hocam bilgi ve tecrübeniz benim gibi yeni mezun biri için çok faydalı oluyor şahsım adına bende teşekkür ederim. Sağlıcakla gidip dönmeniz dileğiyle...

[F.T]

Fırat Hocam bende müsait olursan 3 faz inverterlerin kontrol  yapısı hakkında bilgi istiyorum.3 fazın elde edilişi ve sürülmesi hakkında.

[mcn]

Fırat askerden yeni dönmüş sayılan birisi olarak orayla ilgili sorun olursa genel manada sana yardımcı olmaya çalışırım. Ne kadar anlatsamda yine herkesin askerliği kendine tabi.

Ben de rejeneratif özelliği bulunan motor sürücülerde bu rejeneratif nasıl yapılıyor onu öğrenmek istiyorum.

Standart bir 10 kw lık bir DC fırçalı motor diyelim basit olması açısından. Sürerken H bridge tamam. Ama enerjiyi rejeneratif frenleme ile geri almak isterken ek olarak nasıl bir devre kurmamız gerek ve bunun kontrolünü nasıl yapmalıyız.

Şimdiden hayırlı teskereler, hastalık mastalık bişey olmadıkça çabucak geçiyor merak etme.

[Erhan YILMAZ]

Temel bir SMPS tasarımını detaylarıyla(özellikle trafo ve bobin sarımı ile ilgili detaylar), püfleriyle referans olacak şekilde anlatır mısın? Hangisi en çok tercih edilir bilmiyorum ama örneğin 110-220 AC giriş 12V/5V 2 amper çıkış veren bir kaynak olabilir mesela. Hangi topoloji idealdir bilmiyorum ama flyback olabilir.

Şimdiden hayırlı teskereler. Beynini evde bırakabilirsin orda lazım olmıcak.
mesaj birleştirme:: 08 Aralık 2013, 11:16:57
Böyle bir şey mesela
http://www.ti.com/tool/pmp9074

[AsHeS]

trafo ve bobin sarımı ile ilgili detaylar

Sadece yüksek frekans için nüve dahil bobin sarma ve  trafo hesaplarını anlatabilirsende güzel olur.

[FxDev]

FxDev hocam bilgi ve tecrübeniz benim gibi yeni mezun biri için çok faydalı oluyor şahsım adına bende teşekkür ederim. Sağlıcakla gidip dönmeniz dileğiyle...

Ben teşekkür ederim.

Fırat Hocam bende müsait olursan 3 faz inverterlerin kontrol  yapısı hakkında bilgi istiyorum.3 fazın elde edilişi ve sürülmesi hakkında.

Inverterler konusu oldukça detaylı bir konu. Ben 44kW (144V 300A) BLDC motor sürücü yapmak için bir inverter devresi yapmış ve kullanmıştım. Asenkron motor sürmek için ise piyasa da oldukça fazla inverter bulunmakta.
3 faz invertere geçmeden önce 1 faz inverteri anlamak gerekiyor. Diğerleri onun 120 şer derece faz farklı tek faz inverterler çünkü.



Yukarıdaki yapı bir tek faz inverterin yapısıdır. Şebekeden çalışan inverterlerin büyük çoğunluğu önce gerilimi DC'ye çevirirler. Daha sonraki anahtarlama asenkron motorlar için V/f oranı sabit kalacak şekilde anahtarlanır. Burada en önemli unsurlardan biri sürücünün çıkış akımını ölçmektir. Burada da PID akım kontrolü kullanılabilir. Özellikle mikroişlemcilerin güçlenmesiyle birlikte vektör kontrol inverter devrelerinde önemli bir yer teşkil etmeye başlamıştır.

Daha önce şebekeye bağlı solar inverter yapmış biri olarak ise; şebekeye enerji basarken gerilim ile değil akım ile çalışması gerektiğini söylemem gerekiyor.

Buradaki arkadaş güzel anlatmış sistemi: http://www.tntech.edu/files/cesr/StudThesis/asuri/Chapter2.pdf

Fırat askerden yeni dönmüş sayılan birisi olarak orayla ilgili sorun olursa genel manada sana yardımcı olmaya çalışırım. Ne kadar anlatsamda yine herkesin askerliği kendine tabi.

Ben de rejeneratif özelliği bulunan motor sürücülerde bu rejeneratif nasıl yapılıyor onu öğrenmek istiyorum.

Standart bir 10 kw lık bir DC fırçalı motor diyelim basit olması açısından. Sürerken H bridge tamam. Ama enerjiyi rejeneratif frenleme ile geri almak isterken ek olarak nasıl bir devre kurmamız gerek ve bunun kontrolünü nasıl yapmalıyız.

Şimdiden hayırlı teskereler, hastalık mastalık bişey olmadıkça çabucak geçiyor merak etme.

DC motor (bu BLDC de olabilir) ve regen. frenlemeyi anlamak için öncelikle senkron buck converter ve senkron boost converter devrelerinin nasıl çalıştığını anlamak gerekiyor.



Motorun tek yöne döndüğünü varsayarak işleme başlıyoruz. Motor döndükçe bir BEMF sinyali oluşturur. Bu BEMF sinyalinin genliği motor, motor olarak çalıştırıldığında giriş geriliminden düşük olacaktır. Sistemi yukarıdaki şemayla takip ederseniz sistem bir buck converter devresinin aynısını teşkil eder. Senkron doğrultma ile de verim kazancı elde edilir. Burada dikkat edilmesi gereken önemli konulardan biri motor akımının yönü ve dead time'dır.

Daha sonra yukarıdaki sistemi unutup motorun bir enerji kaynağı olarak kullanmayı düşüneceğiz. Burada BEMF sinyali giriş geriliminden düşük de olsa, sistemin yapısı bir boost converteri andırır. Dolayısı ile girişte bir batarya kullandığımızı varsayarsak, motordan girişe enerji çekeceğimizde girişteki gerilimi sürekli yükseltici yönde bir etki yaratılır. Bu sistemin doğası gereği böyledir.

Sistemi motor olarak kullanmak istediğimizde üst anahtarlama elemanın PWM'i, enerji kaynağı olarak kullanmak istediğimizde ise alt anahtarlama elemanın PWM'i kontrol edilir. Ayrıca sistemdeki akım yönü de sürekli takip edilerek PI kontrolle sınırlama yapılabilir. Bunun yanında regen frenleme yaparken, fren oranı akünün şarj limit gerilimini aşmayacak şekilde ayarlanır. Eğer aküye aktarılan enerji motoru durdurmaya yetmiyorsa ek bir breaker direnci sisteme eklenerek motorun durdurulması ya da frenlemesi sağlanabilir.

H biridge yaparken sistemde mosfet kullanılıyorsa ek hiç bir devreye gerek yoktur. Yalnız IGBT kullanılacaksa sisteme dışarıdan ek diyotlar eklenmesi gerekecektir.

Temel bir SMPS tasarımını detaylarıyla(özellikle trafo ve bobin sarımı ile ilgili detaylar), püfleriyle referans olacak şekilde anlatır mısın? Hangisi en çok tercih edilir bilmiyorum ama örneğin 110-220 AC giriş 12V/5V 2 amper çıkış veren bir kaynak olabilir mesela. Hangi topoloji idealdir bilmiyorum ama flyback olabilir.

Şimdiden hayırlı teskereler. Beynini evde bırakabilirsin orda lazım olmıcak.
mesaj birleştirme:: 08 Aralık 2013, 11:16:57
Böyle bir şey mesela
http://www.ti.com/tool/pmp9074

Sadece yüksek frekans için nüve dahil bobin sarma ve  trafo hesaplarını anlatabilirsende güzel olur.

Bu tasarımı birlikte yaparsak;

Giriş: 85-265Vac
Çıkış: 12V/5A, Amper değeri 2A

Toplam güç 34W olacaktır. Genellikle bu tür devrelerde verim değeri olarak estimate ettiğim değer 0,85 oluyor. Dolayısı ile girişten çekilecek güç 40W olacaktır.
Girişten çekilen akım ve giriş anahtarlama elemanı üzerine düşecek gerilim ile ben topolojileri seçiyorum. Giriş akım değeri ortalama 40W/85*sqrt(2)=0,33A olacağından topoloji Flyback olacaktır. Anahtarlama elemanı üzerinde düşecek maksimum gerilimin 650V'tu aşmamasını sağlarsak piyasada buna uygun bir çok mosfet bulunabilir. Hatta bu güç oranında kendi içerisinde mosfeti olan kontrolcüler dahi olabilir. Bkz. Fairchild, PI

Bundan sonraki aşamalar çok karışık olmasa da buraya yazacağımdan çok uzun. Ama benim en sevdiğim kaynaklar fairchild'ın AN-4137 AN-4138 kodlu app notları. Bundan sonra sırasıyla tasarım adımlarını anlatıyor.
* Püfleri verecek olursam; trafo ya da bobin sarımında tel kesitini skin effect'in iki katı seçmeye özen gösterin.
* Trafo tasarımınızda kaçak endüktansı azaltmak için zor olsa da sandwich yapısı kullanmaya özen gösterin.
* Anahtarlama olan hatları mümkün olduğunca kısaltın.
* Soğutucuları anahtarlama elemanından izole yapın ve mümkünse earth yani toprağa bağlayın.
* İlk prototipinizde kullanmayacak olsanız dahi anahtarlama elemanlarına snubber bağlayacak yer sağlayın.
* Köprüden sonra KOCAMAN kapasite kullanmak çok risklidir. Gereği kadar kullanın.

Ben örnek tasarımımı aşağıya koyuyorum, dökümandan adım adım gidip sizler de sağlamanızı yapabilirsiniz. Tasarım sistemini anladıktan sonra istediğin tasarıyı çıkarmak kolaylaşıyor.

http://img577.imageshack.us/img577/3272/jemu.png

Edit Subram: Kullandığınız resim boyutu çok büyük lütfen küçük resimler kullanın
https://www.picproje.org/index.php/topic,49397.0.html

[F.T]

FIRAT hocam zaman ayırdığın ve kaynaklar için teşekkürler.iyi günler.

[94220039]

Arkadaşlar merhabalar,
Askere gidecek ve bu ortamdan yaklaşık 168 gün uzak kalacağım için yavaştan arşivimi toparlıyordum.
Gitmeden önce güç tasarımlarınız ile ilgili sorularınız varsa bu başlık altında sorarsanız, geniş bilgi verecek anlatmaya çalışayım.

Kolay gelsin şimdiden

Öncelikle Teşekkürler

Benim sorum, H-Köprülü bir SMPS'te Anahtarlama elemanı IGBT'leri korumak için sadece C tipi Snubber kullandım. Fakat başarılı olamadım. Bunun yerine RC tipi snubber kullanmak istiyorum. Ne önerirsiniz. Giriş DC, üç fazın doğrultulması ile elde edilen 550 Volttur.

[FxDev]

Öncelikle Teşekkürler

Benim sorum, H-Köprülü bir SMPS'te Anahtarlama elemanı IGBT'leri korumak için sadece C tipi Snubber kullandım. Fakat başarılı olamadım. Bunun yerine RC tipi snubber kullanmak istiyorum. Ne önerirsiniz. Giriş DC, üç fazın doğrultulması ile elde edilen 550 Volttur.

Öncelikle snubberın neden kullanılır bunun esprisini anlayalım. Snubber devremizde bulunan kaçak endüktans ve kapasitelerde biriken enerjiyi almak için kullanılan bir devre yapısıdır. Eğer siz bu enerjiyi almadığınızda sisteminizde gerilim pikeları ve anahtarlama elemanlarında aşınma gözlersiniz. Devrenizi tasarlarken snubber kullanılmayacak şekilde tasarlamanız gerekmektedir. Bu da çoğunlukla layout işlemiyle ilgilidir.

Sizin uygulamanızda tüm anahtarlama elemanlarına RC snubber devresi en uygunu olacaktır. Snubber kapasite değerini 1000V seçmeniz uygundur ve elbette kutupsuz olacaktır. Gürültü frekanslarını bilemesemde şu yöntemle gitmek genelde doğru sonuç veriyor. Gürültü frekansını yarıya düşürecek kapasite değerini bulun, kapasite çok ısınabilir. Daha sonrasında bağladığınız kapasite değerini 3 te birine düşürün. Ve çıkacak kaçak gücü yoketmek amacıyla seriye mümkünse wattlı ama karbon direnç bağlayın. Karbon direnç önemli çünkü snubber devrelerinde taş direnç gibi sarmal dirençler KULLANILMAZ.

[drozk]

Sayın FxDev,  Yukarıda çıktısını resim olarak verdiğiniz programın ismi nedir.

[FxDev]

Sayın FxDev,  Yukarıda çıktısını resim olarak verdiğiniz programın ismi nedir.

Excel'den bahsediliyorsa o benim kendi yazdığım bir şey.
Grafiklerden bahsediliyorsa PSIM.