Güç Elektroniği #01 | Derse Giriş: Güç Elektroniği Nedir? Doğrusal ve Anahtarlamalı Dönüştürme

Eğitmen: Dr. Süleyman Burak ÇELİK

Güç Elektroniği serisine hoş geldiniz. Güç elektroniği, elektrik enerjisini yükün istediği biçime çevirir: gerilimi, akımı, frekansı, hatta faz sayısını. Açılışta 3D animasyonda bir deney var: 24 voltluk bir akü, aynı 12 volt 5 amperlik led şeridini iki yoldan besliyor; solda doğrusal regülatör, sağda anahtarlamalı dönüştürücü, ikisi de aynı soğutucunun üstünde. Ledler aynı parlaklıkta yanıyor; ama soldaki soğutucu 115 dereceye çıkıyor, sağdaki 30 derecenin altında kalıyor. Neden? Her hesap adım adım, hiçbir işlem atlanmadan. Bu derste: - Güç elektroniği sistemi: kaynak, güç işlemci, yük; denetleyici, ölçüm ve referans; tersinir güç akışı - Doğrusal regülatör: transistör ayarlı direnç gibi; 24 − 12 = 12 V; 12 · 5 = 60 W kayıp; 24 · 5 = 120 W giriş; verim 60 / 120 = %50; 15 V girişte 15 W kayıp ve %80 - Anahtarlama fikri: iletimde v ≈ 0, kesimde i = 0, iki durumda da güç ≈ 0; 100 kHz, T_s = 10 μs; 5 μs 24 V, 5 μs 0 V; ortalama 24 · 5 / 10 = 12 V; doluluk oranı D = 0.5; V_o = D · V_d - Süzgeç ve anahtarlama frekansı: L-C alçak geçiren süzgeç; dalgalanmalar 100, 300 kHz …; frekans yükseldikçe süzgeç küçülür ama anahtarlama kaybı artar - Anahtarlamalı dönüştürücünün hesabı: %95 verim; giriş 60 / 0.95 ≈ 63.16 W; kayıp ≈ 3.16 W (19 kat az); akü akımı 63.16 / 24 ≈ 2.63 A; korunan akım değil güç; soğutucu 1.5 °C/W: 25 + 60 · 1.5 = 115 °C ve 25 + 3.16 · 1.5 ≈ 29.7 °C - Uygulamalar: onlarca vattan yüzlerce megavata; ev, sanayi, ulaşım, şebeke; vanalı pompa ve hızı ayarlı sürücü - Dönüştürücü sınıfları: AC-DC doğrultucu, DC-AC evirici, DC-DC, AC-AC; motor sürücüsü zinciri; üç anahtarlama ailesi - Üç klasik tuzak Bölümler: 0:00 Güç elektroniğine hoş geldiniz 0:53 Aynı yük, iki çözüm 1:31 Güç elektroniği sistemi 2:07 Doğrusal regülatör 3:03 Anahtarlama fikri 4:05 Süzgeç ve anahtarlama frekansı 4:50 Anahtarlamalı dönüştürücünün hesabı 5:52 Nerelerde kullanılır? 6:29 Dönüştürücü sınıfları 7:22 Üç tuzak 7:50 Özet ve sıradaki ders Sıradaki derste bu işi yapan anahtarları tanıyacağız: diyot, tristör, MOSFET ve IGBT. Kaynak kitap: Mohan, Undeland, Robbins — Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3. baskı — Bölüm 1 (konu sırası ve kavramlar). Örnekler özgündür. Elektrik-Elektronik, Mekatronik, Enerji ve Makine Mühendisliği öğrencileri için Güç Elektroniği serisinin ilk dersi.