AA Gerilim Düzenleyici Devrelerinin Kısa Bir Derlemesi ve Faz Kaydırmalı Darbe Genişlik Modülasyonlu 20 kVA Gücünde Bir AA Gerilim Düzenleyicinin Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi A Short Review AC Voltage Regulators and Design and Implementation of a 20 kVA, Phase Shifted PWM AC Voltage Regulator Faruk Keskin 1 , Hüseyin Köse 2 , Harun Gül 2 , M. Timur Aydemir 1 1,2 Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü farukkeskin@gmail.com, aydemirmt@gazi.edu.tr 2 GESS OES Ortadoğu Elektronik San. Tic. Ltd. Şti huso481@gmail.com, harungul@gess.com.tr Özet Teknolojideki gelişmeler daha hassas cihazların üretimine olanak tanımıştır. Bu hassas cihazların zarar görmeden, verimli bir şekilde kullanılabilmesi için uygulanan gücün kalitesinin korunması gereklidir. Üretim santralleri ile iletim ve dağıtım hatlarındaki arızalar ve doğrusal olmayan yüklerin artması güç kalitesinde önemli bozulmalara sebep olmaktadır. Mekanik ve elektrikli transformatör kademe değiştiriciler veya doyurmalı reaktörler gibi geleneksel yöntemler artık istenilen güç kalitesini sağlamakta yetersiz kalmaktadır. Bunların yerine yarıiletken teknolojisinin kullanıldığı daha verimli sistemlerin kullanımı önerilmektedir. Yarıiletken teknolojisinin kullanıldığı birçok düzenleyici topolojisi üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmada bu topolojilerin sınıflandırılması yapılmış, farklı topolojiler ele alınarak olumlu ve olumsuz yanları belirtilmiştir. Ayrıca faz kaydırmalı darbe genişlik modülasyonuyla gerçekleştirilen gerilim düzenleyici ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Bu topolojiye dayalı olarak 20 kVA gücünde bir düzenleyici tasarlanmış, benzetim ve deneysel çalışma sonuçları sunulmuştur. Abstract Advances in technology have allowed the production of more sensitive equipment. In order to use these devices safely and efficiently, quality of the applied power needs to be preserved. Failures in the transmission lines, distribution lines and generation plants, and nonlinear loads are the main reasons causing power quality problems. Traditional devices such as mechanical and electronic transformer tap changers or saturated reactors are insufficient to ensure the required quality. More efficient systems utilizing semiconductor technology has been gaining importance. There are several regulator topologies proposed in the literature. Some of these topologies are analyzed in this paper. A comparison of these topologies is presented. One of them, phase shifted pulse width modulation regulator, is analyzed in detail. Simulation and experimental results of a 20 kVA regulator based on this topology are given. 1.Giriş Yüksek teknolojinin kullanıldığı CNC tezgâhları, fabrikalardaki motor sürücüler, hastanelerdeki tıbbi cihazlar, haberleşme cihazları, işyerlerinde ve evlerimizde kullanmakta olduğumuz bilgisayar ve elektronik cihazlar, evlerdeki elektronik beyaz eşyalar, klimalar ve kombiler gibi gelişen teknolojiyle beraber hayatımıza dâhil olan hassas cihazların uzun ömürlü ve verimli olması için yüksek güç kalitesiyle kullanılmaları gerekir. Hayatımızın vazgeçilmezleri arasına giren bu cihazlar güç kalitesinin de önemini arttırmıştır. Elektrik güç sistemi üretim, iletim, dağıtım ve tüketim olmak üzere dört aşamadan oluşmaktadır. Güç sisteminin kalitesinde her bir aşamanın etkisi bulunmaktadır. Üretim veya tüketimin ani olarak artması veya azalması, iletim ve dağıtım sistemlerindeki arızalar, yüklerin doğrusal ve dengeli olmaması güç sistemindeki bozulmaların en önemli sebepleridir. Elektrik güç sistemindeki başlıca bozulmalar da gerilim çökmesi, gerilim kabarması, kesinti, gerilim darbeleri ve harmoniklerdir. Gerilim çökmesi gerilimin bir periyottan daha uzun bir süreyle anma değerinin %80’inin altına düşmesi olarak tanımlanmıştır. Gerilim çökmesinin en önemli sebepleri özellikle demir-çelik sanayi gibi tüketimini hızlıca arttırabilen tüketiciler sebebiyle ani olarak tüketimin artması veya üretim merkezlerindeki veya iletim/dağıtım hatlarındaki arızalar sebebiyle üretimdeki azalma sonucu şebekenin yetersiz kalmasıdır. Gerilim kabarması ise tam tersi olarak gerilimin bir periyottan daha uzun bir süre boyunca anma değerinin %110’undan daha yüksek bir değere kabarmasıdır. Gerilim kabarmasının en önemli sebepleri de yine demir-çelik sanayi gibi büyük güçlü sistemlerin tüketimlerini önemli ölçüde azaltmaları veya iletim/dağıtım hatlarındaki arızalar sebebiyle meydana gelen büyük güçteki tüketim azalmalarıdır. Bunların yanı sıra düzenleyici sistemlerin yanlış kullanımı da gerilim çökme ve kabarmalarına sebep olabilmektedir. Kesinti de gerilimin en az yarım periyot süreyle sıfır değerini alması durumudur. En önemli sebepleri iletim dağıtım hatlarındaki arızalar ve üretim merkezlerindeki arızalar sebebiyle çevre iletim hatlarını korumak ve arızanın sınırlandırılması amaçlı koruma röleleri aracılığıyla yapılan bilinçli kesintilerdir. Gerilimdeki kısa süreli ciddi değişimler darbe olarak adlandırılır. Kesici arızaları, iletim/dağıtım hatlarındaki kısa devreler ve yıldırımlar darbelerin başlıca sebepleridir.