Elektrik Mühendisliği Bölümü Güç Elektroniği Pratik Dönem Ödevi Raporu

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ

Mühendislik Fakültesi

Elektrik Mühendisliği Bölümü

Güç Elektroniği

Pratik Dönem Ödevi Raporu

180205001 Sinan …..

Kocaeli-Kasım 2017

İÇİNDEKİLER SAYFA

1. GİRİŞ 3

2. DİMMER DEVRESİ 3-5

2.1.DİMMER DEVRESİ NEDİR?

2.2.DİMMER DEVRESİNDE KULANILAN ELEMANLAR 6
3.DEVREDE KULLANILAN ELEMANLARIN TANITIMI 6

3.1.DİRENÇ 6

3.2.AMPUL 6

3.3.KONDANSATÖR 6

3.4.DİYAK 7

3.5.TRİYAK 8

3.6.POTANSİYOMETRE 9
4.BASKI DEVRE YAPIMI 10-14
5.ÖDEVİN YAPIM AŞAMALARI 14

5.1.DEVRE ŞEMASI 14

5.2.DEVRENİN PROTEUS’TA ÇALIŞTIRILMASI 15

5.3.PROTEUS ÇIKTISI 15

5.4.BASKI DEVRENİN YAPILMASI 15

5.5.DEVRENİN GİRİŞ VE ÇIKIŞ BÜYÜKLÜKLERİNİN DEĞİŞİMİ 16-17

5.6.ONAYLATILMIŞ DEVRE ŞEMASI 18
6.KAYNAKÇA 18
1.GİRİŞ
Yapılan baskı devrenin amacı; elemanlarının tanıtımı, çalışma prensibi ve yapım aşamalarının adım adım açıklanması…


2. DİMMER DEVRESİ
Dimmer devreleri alternatif akımla çalışan sistemlerde diyak, triyak gibi güç elektroniği malzemeleriyle yapılan ve aydınlatmada parlaklık, ısıtma sistemlerinde sıcaklık kontrolü gibi amaçlar için tasarlanan devrelerdir.

Şekil.1-Dimmer görünümü

Dimmer’lar genellikle aydınlatma sistemlerinde parlaklıkları ayarlamak için kullanılan cihazlardır. Dimmer devreleri aydınlatma sistemlerine uygulanan gerilimin dalga formunu değiştirerek ışığın parlaklığının ayarlanmasını sağlarlar.Dimmer devreleri ısıtıcılar, üniversal motorlar gibi çok çeşitli yerlerde kullanılsalar da dimmer terimi genellikle aydınlatma kontrol devreleri için kullanılır. 1896 yılında Granville Woods, devrelerde istenilen miktarda enerjinin yük üzerine aktarılıp, geri kalan kısımlarındaki saf dışı bırakan bir devre yapısı ile güvenli dimmer devresinin patentini almıştır.
 
Günümüz profesyonel aydınlatma endüstrisinde, ışık şiddetinde dimmerla sağlanan değişim sönümlenme olarak adlandırılır. Modern dimmerlar değişken dirençler yerine yarı iletkenlerle inşa edilirler çünkü yarı iletkenlerin verimi çok daha yüksektir. Değişken dirençlerde ısı kaybı ve üzerinde gerilim indüklenmesi olacağında verimleri yarı iletken malzemelere göre daha düşüktür. Yarı iletken ya da katı hal dimmerlarının anahtarlamaları düşük dirençli iletim ve yüksek dirençli tıkama durumu arasında gerçekleşir.  Bu anahtarlamalar kontrollü yüklerin yer aldığı bir sistemde kullanıldıklarında çok az yük harcarlar. 



Şekil.2-Triyak kontrollü dimmer devresi

Şekil.2’de örnek bir basit bir aydınlatma dimmer devresi verilmiştir. Kaynaktan beslenen L1 lambasının parlaklığı RV1 potansiyometresinden ayarlanmaktadır. Bu devre diyagramı basit bir aydınlatma ya da fan dimmer devresi olarak kullanılabilir. Örnekte bir lambadan oluşan aydınlatma devresi kurulmuştur. Devrede çalışma prensibi bir triyakla güç kontrolünün yapılmasına dayanmaktadır. Devrenin çalışma mantığı triyakın tetikleme açısını değiştirerek enerji akışını sağlamaktır. Devrede bulunan potansiyometrenin değeri değiştirilerek diyaktan geçen akımın dalga şekli değiştirilir yani tetikleme akımının faz açısı diyakla toprak arasında bulunan kondansatör yardımıyla değiştirilir. Tetikleme açısı bu bileşenlerin herhangi birinin değerinde değişiklik yaparak değiştirilebilir. R1 direnci de burada değişken unsur olarak seçilebilir. R1 direncinin değeri de değiştirilerek triyakın tetikleme akımının faz açısı değiştirilebilir. L1 yükü triyak tarafından sürülmeye başlandıktan sonra yük üzerindeki harcanan güç doğrudan kontrol edilebilir. Devrede triyakın tetikleme darbeleri ise D1 diyakı tarafından sağlanmaktadır.

 


Şekil.3-Dimmer devresi sinyalleri

Şekil.3’deki grafiklerden bir dimmer devresindeki sinüsoidal giriş geriliminin grafiği, alttakinde ise devredeki yük üzerinde görülen gerilimin zamana göre değişim grafiği gösterilmiştir. Yukarıdak grafikte triyaka verilen tetikleme gerilimin yükseldiği noktalarda yapılmıştır. Dimmer devrelerinde tetikleme sinyallerinin zaman aralıkları potansiyometre ile ayarlanır. Bu aralıklar yük üzerindeki gerilimin tetikleme açısını da belirlediği için, yük üzerinde oluşan güç potansiyometre ile ayarlanmış olur. Bu şekilde aydınlatma sistemlerinin parlaklığı ya da kontrol edilen paramatre üzerinde harcanacak enerji ayarlanır. Örneğin yukarıdaki grafikte sinüsoidal bir sinyal tepe değerine gelmeden tetiklenerek alternatif gerilim kaynağından gelen enerjinin bir kısmı yük üzerine aktarılmıştır.

-5-

2.DİMMER DEVRESİNDE KULANILAN ELEMANLAR
2.1.DİRENÇ

Şekil.4-Dirençler

Direncin kelime anlamı, birşeye karşı gösterilen zorluktur. Devre elemanı olan dirençte devrede akıma karşı bir zorluk göstererek akım sınırlaması yapar. Elektrik enerjisi direnç üzerinde ısıya dönüşerek harcanır. 

Direncin birimi ''Ohm'' 'dur. Ohm 'un ast katları; pikoohm, nanoohm, mikroohm, miliohm, üst katları ise; kiloohm, megaohm ve gigaohm 'dur. 

Dirençler devrelerde;

-Devreden geçen akımı sınırlayarak belli bir değerde tutmak,

-Devrenin besleme gerilimini bölüp küçülterek diğer elemanların çalışmasını sağlamak,

-Hassas devre elemanlarının yüksek akımdan zarar görmesini engellemek,

-Yük (alıcı) görevi yapmak ve Isı enerjisi elde etmek gibi amaçlarla kullanılır.

2.2.AMPÜL

Ampul Fransızca (une ampoule) elektrik akımıyla temas ettiğinde akkor durumuna gelerek ışık yayan içinde argon gazı bulunan armut biçimli cam şişedir. Ampulün içinde çok ince biçimde tasarlanmış filaman adı verilen, genelde volfram tungsten metalinden yapılmış, iki ince destek çubuğu ile tutulmakta olan bir tel bulunur. Bu telden geçen elektrik akımı bu teli aşırı derecede ısıtır (yaklaşık 3000 °C) ve sonuç olarak tel ışık yaymaya başlar. 21 Ekim 1879 de Ampul, Thomas Edison tarafından icat edilmiştir. Bu buluş Edison'un binlerce buluşundan sadece biri olmasına rağmen en büyük buluşudur. Edison’un bulduğu ilk ampul, cam bir yuvarlak içine koyduğu kömürleşmiş pamuk ipliğinden ibaretti. Elektrik ampullerinden bazılarının havası tam olarak boşaltılmıştır.

2.3.KONDANSATÖR

Kondansatör: Elektronların kutuplaşması sonucu, elektrik yüklü bir alanın içerisinde depolayabilme özelliği taşıyan, 2 metal levha arasına bir yalıtkan levha konularak üretilen elektronik devre elemanı olarak bilinmektedir. Kondansatörler genel olarak 3 grupta incelenir.

• 
  Kondasatörün plakaları arasında bulunan yalıtkan levha cinsine göre,
  
• 
  Çalışma prensibi ve dayanma gerilimlerine göre
  
• 
  Depolabilir kapasitelerine göre
  

Kondansatörler genellikle depolayabildiği yüke göre isimlendirilirler.
Örneğin mikrofarad, nanofarad gibi.

Birimler en çok kullanılan.
Mf: Mikrofarad
Nf: Nano farad

Kondansatörler elektronik devre elemanlarının vazgeçilmezleridir. Her türlü entegre devrede kondansatör kullanılmalıdır.

Şekil.5-Kondansatörler

2.4.DİYAK

Diyak, alternatif akımda anahtarlama elemanı olarak kullanılan ve çift yönlü çalışabilen bir diyottur.
           
Bir zener diyot çeşidi olan diyak yapı olarak shockley diyota benzer. Yapısında birbirine ters bağlanmış iki adet dört bölgeli diyot bulunur. Diyaklar devrelerde hem doğru polarlama hem de ters polarlama altında çalışabilirler. Genellikle devrelerde triyakları tetikleme amacıyla kullanılırlar. Bundaki en önemli nedenlerde biri diyaklarda gerilim koruyucu özelliğin olmasıdır. Gerilim koruyucu özelliklerinde de anlaşılacağı gibi diyakların iletime geçtiği belirli gerilimleri vardır. Diyaklar genelde 28-42 volt arasında bir devrilme gerilimine sahip olacak şekilde üretilirler. İki yönlü bir eleman olan diyakta iki uç arasına uygulanan gerilim farkı grafikteki VBO'yu (Kırılma Gerilimini) aştığında diyak iletime geçer. Diyak paralel bağlandığı elemanı VBO değerinden yüksek gerilimlerinden de korur. Gerilim her iki yönde de VBO değerini aşamaz. Grafikteki IH akımı diyakı iletimde tutacak minimun akım değeridir.

Şekil.6-Diyak öz eğrisi

2.5.TRİYAK
Triyak ; N kapılı ve P kapılı olmak üzere iki adet tristörün birbirine ters, paralel bağlanması ile oluşturulmuş ve AC ( Alternatif Akım ) da her iki yönde akım geçiren yarı iletken devre elemanlarına Triyak denir. Triyakların üç adet bağlantı bacağı vardır. Bu bacaklar Anot [A1], Anot [A2] ve Gate ( geyt) uçlarıdır. Triyaklar hem alternatif akım hem de doğru akımda çalıştırılabilirler. .

Triyak Nasıl Çalışır ; Triyaklar alternatif akım altında çalışırken, AC'nin pozitif alternansı için bir tristör, negatif alternansı için de diğer tristör iletim haline geçer. Yandaki şemada iç yapısına bakıldığında iki tristörün birbirine paralel ve ters olarak bağlandığı görülecektir. Burada, Bağlantı noktaları Anot ve katot olarak değil, A1 ve A2 olarak isimlendirilmiş, kontrol ucunada G ( geyt ) denmiştir.

Şekil.7-Triyak İç Yapısı ve Sembolü

Tristörlerin Alternatif akımda çalışmaları, geyt ucunun tetiklenmesine bağlıdır. Alternatif akımda A1 ve A2 uçlarının arası sıfır volta düştüğünde kesime gider. Bunun dışında iletimdedir. DC 'de ise tristörler gibi geyt ucunun birkez tetiklenmesi yeterlidir. 

Şekil.8-Triyak Karakteristik Eğrisi

Triyak Özellikleri ; 

• 
  Triyaklar genel olarak AC devrelerinde kumanda amacı ile kullanılırlar.
  
• 
  Yüksek akımları, küçük akımlarla kontrol edebilirler.
  
• 
  Triyaklar sessiz bir çalışma yapısına sahiptirler.
  
• 
  Bakım gerektirmezler.
  
• 
  Rölelere kıyasla oldukça hızlı açma kapama yaparlar.
  
• 
  Açma kapama esnasında ark oluşmaz.
  
• 
  Triyaklar 220v altında on amper geçirirken, uçlarında bulunan gerilim yalnızca 1,5v civarındadır.220v 10A değerindeki örnek durumunda, triyak üzerinde harcanan güç 15w iken, yük üzerinde harcanan güç 2200watt olabilir.
  

2.6.POTANSİYOMETRE

Ana direnç üzerinde gezen, döner bir mil veya doğrusal bir sürgü vasıtasıyla direnç değeri değiştirilebilen/ayarlanabilen elektriksel rezistansa potansiyometre denir. Kullanıldıkları elektrik devresindeki gerilimi bölerler. Potansiyometreler genellikle üç bağlantı terminallidir. Üç bağlantı terminali A, B, C diye adlandırılırsa, A-C potansiyometrenin toplam direncidir ve ayarlanamaz. B ucu gezer sürgünün bağlı olduğu uçtur. A-B ve B-C direnç değerleri B sürgüsünün bulunduğu konuma göre değer alır. A-B ve B-C direnç değerlerinin toplamı A-C direncine eşittir. B hareketli sürgüsü A noktasına en yakın iken A-B direnci 0, B-C direnci de A-C direncine eşit olur. B sürgüsü C noktasına en yakınken B-C direnci 0, A-B direnci de A-C direncine eşit olur.

Şekil.9-Potansiyometre görünümü

3.BASKI DEVRE YAPIMI

Tasarlanan elektronik devreler bakır veya epoksi plakete aktarılırken, baskılı devre kartının ilk adımdan lehimleme kısmına kadar olan adımları takip edilir. Kusursuz baskı devre kartları için dikkat edilmesi gereken noktaları yazılabilir.

Şekil.10-Baskı devre kartları

Şekil.11-elemanları lehimlenmiş baskı devre

 PCB (Baskılı Devre Kartı) elektronik elemanları üzerine monta edilen ve üzerinde elektronik elemanların bacak bağlantıları için bakır yüzeylerin bulunduğu plakalardır.

 

Şekil.12-PCB (Baskı Devre Plakası) kartları
PCB tek taraflı olduğu gibi çift taraflı, 3 katlı, 4 katlı ya da daha çok katlı olabilir. Bu projeye ve imkanlara bağlı olarak değişir. Genellikle "Baskı Devre" tek katmanlı ve çift katmanlı olarak yapılır ve bu çalışmada tek katmanlı PCB yapılmaktadır. Gerekli araç ve gereçler;

► Baskı devre şemasına uygun ölçüde bakır veya epoksi plaket

► PNP veya Yağlı (kuşe) kağıdı
► Ütü
► Bulaşık süngeri
► Deterjan (Cif, Sıvısabun)
► Asitat Kalemi
► Tuzruhu
► Perhidrol Asiti
► Plaketin yatay olarak sığabileceği plastik kap 


1.Adım

Bilgisayarda çizilerek hazırlanan baskı devre şemasının ters görüntüsü lazerli yazıcıdan kağıda çıktısı alınır. Burada baskının kalitesi tonerin kalitesi ile doğru orantılıdır.

Şekil.13-PCB (Baskı Devre Plakası) kağıdı
2.Adım

Baskı devre şemasının boyutunda hazırlanan bakır ya da epoksi plaketi deterjan ve bulaşık süngeri yardımıyla iyice temizlenir. Yeni plaketlerin üzerine parmakla dokunulmamalıdır. Yağlanarak kararmalar oluşur.

 

Şekil.14-PCB (Baskı Devre Plakası) plakanın temizlenmesi

3.Adım

Yağlı kağıda çıkartılmış xevrenin ön yüzü bakır plaketin ön yüzene bakacak şekilde yerleştirilir. Yerleştirilirken kenarları bakır plaketin arkasına katlanabilir veya bant yardımıyla yapıştırılabilir. Plaket ve kağıt iyi hizalanmalıdır.

 


Şekil.15-PCB (Baskı Devre Plakası) plaka ve kağıdın uygulanması

4.Adım

Ütüleme bölümü zor olabilir. Ütüleme yapmadan önce kağıdı ıslatmamak için, ütünün içindeki suyu boşaltmak gerekebilir.  Sonra ütü sıcaklığını pamuklu ayarına getirilir. 7-12 dakika arasında ütü plaketin her tarafına gezdirilir ve üzerine baskı uygulayarak bekletilir. Kağıt üzerinde yolların belirdiğinden birkaç dakika sonra plaket kabarmadan ütü kaldırılır.

 
 

5.Adım

Bakır plaketi birkaç dakika (1-3) soğuduktan sonra yavaş hareketlerle üzerindeki kağıt kaldırılır. Bu aşamada plakete tırnak veya sivri cisimler kullanılmaz. Çünkü yollar zarar görebilir. Kağıdı çıkarmada sudan yardım alınabilir. Suyun altında parmakların iç kısmı ile ovalanarak çıkartılabilir. Baskı devresi kaliteli bir şekilde çıkmaz ise bunun iki nedeni vardır. Birinci tonerin kalitesiz olmasıdır. Başka bir yazıcı denenebilir. İkinci nedeni ise ütüleme süresinin doğru ayarlanamamasıdır. Çözümü ise deneyim ve tekrarlamaktır.

6.Adım

Baskı devre şeması orijinal devre ile karşılaştırılarak eksik yerleri tamamlanır. Çıkmamış yerleri asetat kalemiyle birkaç defa üzerinden geçerek kuruması beklenir. Gereksiz yerlerde birleşmeler ve kısa-devreler varsa ayrılır. Ayırırken sivri uçlu bir cisim işe yarar.  

7.Adım

Asit işlemi biraz risklidir.

► Asit işlemi havadar bir ortamda yapılmalıdır.
► Plaketi asite attıktan sonra asla asitin başında beklenmemelidir.
► Tuzruhu ve perhidrole elle dokunulmamalıdır.
► Cilde değdiğinde hemen bol suyla yıkanmalıdır.
► Güvenlik açısından birilerinden yardım alınmalıdır.
► Nefes darlığı ve astımı olanlar dikkatli yapmalı veya bu aşamada çalışmamalıdır.
Baskı devre asitte fazla bekletilirse, yolların tamamen plaketten ayrılmasına sebep olur. Plaket plastik kaptaki asite atıldığında zararlı gazlar meydan çıkar. Asit için 3 ölçek Tuz ruhu ve 1 ölçek Perhidrol kullanılabilir. Tuz ruhu, marketlerde Perhidrol asiti ise eczanelerde bulunabilir. Plaketi plastik kabın içindeki asite attıktan sonra bu işlem 5-15 dakika arasında sürer. Bu süre içinde asitin yanında durulmamalıdır. Kap bu sürede ara sıra sallanırsa işlem hızlanır. Sonuçta bir kağıt veya tahta parçası ile alıp bol su ile yıkanır.
 

8.Adım

Bulaşık süngeri ile cif yardımıyla yavaş hareketlerle temizleme yapılır. İşlemin çoğunluğu çıktıktan sonra kolonya yardımıyla da temizleyenebilir.

9.Adım

Plaketi masaüstü (baskı devre) matkabı ile delerek elemanlar lehimlenebilir.

4.ÖDEVİN YAPIMI
5.1.DEVRE ŞEMASI

220V 100W

R1

10k

V1

VSINE 220v

D1

2

RV1

DB3

500k

C1

100n

Şekil.16-Triyak kontrollü dimer şeması

4.2.DEVRENİN PROTEUS’TA ÇALIŞTIRILMASI

Elemanlar seçilerek protusta yerine yerleştirilip devre çalıştırılır.
4.3.PROTEUS’TAN ÇIKTISI
Şekil.17-PCB kağıdın uygulanması
4.4.BASKI DEVRENİN YAPILMASI

Şekil.18-PCB (Baskı Devre Plakası) plaka uygulanması

4.5.DEVRENİN GİRİŞ VE ÇIKIŞ BÜYÜKLÜKLERİNİN DEĞİŞİMİ
Ampul maksimum ışık şiddetinde yanarken

a) Ampulün b) Triyağın A1-A2 uçları c) Triyağın gate ucunun d) Diyağın gerilimi

a (volt/div düğmesi 10 V kademesinde)

b (volt/div düğmesi 10 V kademesinde)

c (volt/div düğmesi 20 mV kademesinde)

d (volt/div düğmesi 2 V kademesinde)

Ampul orta ışık şiddetinde yanarken a) Ampulün b) Triyağın A1-A2 uçları gerilimi 

A B
Ampul minimum ışık şiddetinde yanarken A) Ampulün B) Triyağın A1-A2 uçları gerilimi 

A B

4.6.ONAYLATILMIŞ DEVRE ŞEMASI

5.KAYNAKÇA

-http://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/baskili-devre-karti-yapimi-elektrikport-akademi/8940#ad-image-0

-http://www.robotiksistem.com/direnc_nedir_direnc_cesitleri.html

-http://www.trerk.com/teknik/7/potansiyometre/index.html

-http://www.teknolojiserdar.com/?pnum=533&pt=KONDANSAT%C3%96R

-http://www.elektrikte.com/2015/12/triyak-nedir-nasil-calisir.html