Modern dünyamızın büyük bir kısmı alternatif akım (AC) ile çalışmaktadır. Evlerimiz, ofislerimiz, altyapımız, endüstrilerimiz, teknolojilerimiz ve elektronik cihazlarımız bazen doğrudan, bazen de dolaylı olarak AC'ye bağımlıdır. AC güç kaynakları gibi test cihazları, tüm bunların güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlar.
Bu makalede, AC güç kaynaklarının ne işe yaradığını, nerede kullanıldıklarını ve nasıl çalıştıklarını keşfedin.
AC güç kaynağı nedir?
Alternatif akım, iki terminal arasındaki potansiyel farkın, her bir terminalin elektrik potansiyelinin bir döngünün bir yarısında diğer terminalinkinin üzerine çıkması ve diğer yarısında altına düşmesi nedeniyle periyodik olarak pozitif ve negatif değerler arasında değiştiği bir elektrik akımıdır. Başka bir deyişle, bir AC'de kutuplar periyodik olarak tersine döner.
AC güç, orta ve yüksek gerilim uygulamaları için en yaygın elektrik gücü türüdür. Dünyanın dört bir yanındaki ulusal elektrik şebekeleri, 50-60 hertz (Hz) polarite ters frekanslı AC ile çalışır. Evlerdeki aydınlatma ve cihazlar AC ile çalışır. Dizüstü bilgisayarlar ve telefonlar gibi doğru akım (DC) cihazlarımız bile DC güç kaynaklarına ve AC'yi DC'ye dönüştüren pil şarj cihazlarına ihtiyaç duyar. Bu nedenle, farklı cihazlara AC güç beslemesinin test edilmesi birçok sektörde yaygın bir ihtiyaçtır.
Bir AC güç kaynağı veya AC güç kaynağı, bir cihaza veya devreye belirli bir çıkış voltajı, akımı ve frekansı ile kararlı AC gücü sağlar. Bazı ekipmanlarda, normal işleyiş için gerekli olan temel bir bileşendir. Ancak daha sık olarak, test ve kalite kontrol için bir cihaza AC gücü sağlamak için kullanılır.
Programlanabilir AC güç kaynağı, mühendislerin test edilen bir cihazın (DUT) davranışını ve güvenilirliğini incelemesine yardımcı olmak için elektrik kesintileri, harmonikler ve güç dalgalanmaları gibi elektrik şebekesi senaryolarını simüle edebilen bir test aracıdır.
Farklı AC güç kaynağı türleri nelerdir?
İster test ister normal operasyonlar için kullanılıyor olsun, çoğu AC güç kaynağı aşağıdaki tiplerden biridir.
Tek fazlı AC güç kaynağı
Şekil 1. Tek fazlı AC güç dalga formu
Tek fazlı AC güç kaynakları, iki çıkış terminali arasında sadece bir AC voltajı üretir. Çıkış güçleri çoğu ev aleti ve küçük cihaz için yeterlidir.
Şebekeye bağlı güç kaynaklarında, terminallerden biri canlı veya sıcak olarak adlandırılır ve her zaman yüke giden akımı taşır. Nötr olarak adlandırılan diğer terminal, sadece akım için dönüş yolu görevi görür ve ideal olarak şebeke toprağına göre sıfır volttadır.
Bununla birlikte, izole edilmek üzere tasarlanmış bazı güç kaynaklarında, şebeke toprağına doğrudan elektrik yolu olan belirlenmiş bir nötr olmayabilir. Bunun yerine, 120/240V bölünmüş faz düzenlemesinde zıt fazlı iki canlı kabloya sahip olabilirler.
Üç fazlı AC güç kaynağı
Şekil 2. Üç fazlı AC güç dalga şekilleri
Üç fazlı bir AC güç kaynağı sadece bir değil, hepsi aynı büyüklük ve frekansa sahip ancak birbirlerinden 120 derece faz kaydırılmış üç AC gerilimi üretir. Bu, eşdeğer bir tek fazlı sistemden daha az elektrik kaybıyla daha fazla güç sağlamasına olanak tanır.
Tek fazlı bir kaynağın yönetebileceğinden daha sabit bir voltajda daha sabit bir elektrik enerjisi kaynağına ihtiyaç duyan ağır hizmet tipi endüstriyel ekipman ve elektrik motorları için idealdir.
Üç voltaj, üç canlı kablo ve topraklanmış ortak bir nötr kablo aracılığıyla sağlanır. Her bir sıcak kablo güç kaynağının bir fazını taşır.
AC/DC güç kaynakları
Test için modern güç kaynaklarının önemli bir alt kümesi yukarıdaki kategorilerden çok daha çok yönlüdür ve AC'den AC'ye güç kaynağını ayrı bir cihaz türü yerine işlevlerinden sadece biri olarak ele alır. Bunlar, aşağıdaki gibi ek programlanabilir güç kaynağı işlevleri sağlayabilir:
- DC-AC güç kaynağı: Böyle bir güç kaynağı, bir bataryadan, güneş dizisinden veya yakıt hücresinden gelen bir DC voltajını AC voltajına dönüştürür. Bu işlev ve cihaz kategorisi invertör olarak adlandırılır.
- AC-DC güç kaynağı: Bu, modern güç kaynaklarının ortak bir işlevi ve aynı zamanda yaygın bir DC dönüştürücü cihaz türüdür. Tüketici cihaz şarj cihazlarımızın ve güç adaptörlerimizin çoğu, sinüzoidal AC voltajını sabit bir düzenlenmiş DC voltajına dönüştüren dönüştürücülerdir. Tipik olarak, AC'yi DC çıkışlarına dönüştürmek için kullandıkları mekanizmaya bağlı olarak ya anahtarlamalı güç kaynakları ya da doğrusal güç kaynaklarıdır. Laboratuvarlarda ve testlerde, tezgah üstü güç kaynakları AC-DC cihazlarının popüler örnekleridir.
- DC-DC güç kaynağı: Bunlar esasen bir DC voltajını başka bir voltaj seviyesine yükselten veya düşüren veya DC dalga biçimini değiştiren DC güç kaynakları veya DC voltaj regülatörleridir.
Değişken ototransformatörler
Değişken ototransformatörler veya variac'lar, test edilen bir cihaza manuel olarak ayarlanabilir tek fazlı AC voltajı sağlamak için ototransformatörleri kullanır. Normal güç kaynakları kadar sofistike değildirler ve geniş bir çıkış voltajı aralığına sahip değildirler. Bazı endüstrilerde ve hobi çevrelerinde belirli ekipman türlerini test etmek veya çalıştırmak için popülerdirler.
Hangi sektörlerde AC güç kaynakları kullanılır?
Şimdi AC güç kaynaklarının bazı endüstriyel uygulamalarına bakalım.
Aviyonik
Aviyonikte, yüksek frekanslı (400, 800 ve hatta 5.000 Hz gibi) üç fazlı AC gerilimleri tercih edilir çünkü:
- Üç fazlı akım daha küçük kablolama ve dolayısıyla daha az ağırlık gerektirir.
- Üç fazlı endüksiyon motorları havacılık ve uzay uygulamalarında yaygındır.
- Yüksek frekans daha küçük transformatörler gerektirir ve bu da toplam ağırlığı azaltır.
- Yüksek frekanslı AC'nin DC'ye doğrultulması daha az bileşen ve daha küçük kapasitörler gerektirir, bu da yine ağırlığı azaltır.
Aviyonikler farklı alt sistemlere güç sağlamak için yüksek frekanslı üç fazlı AC güç kaynakları kullandığından, aynı tür AC güç kaynakları bunları test etmek için de kullanılır.
Savunma
AC güç kaynakları birçok kara ve gemi tabanlı savunma ekipmanı ve silahında da kullanılmaktadır. AC güç kaynakları, güvenilirlik ve askeri standartlara uygunluk açısından test etmek için kullanılır.
Veri merkezleri
Enerji tüketimini optimize etmek için büyük veri merkezleri, merkezi batarya tabanlı kesintisiz güç kaynakları kullanmak yerine sunucuları şebekenin üç fazlı AC beslemesinin bir fazıyla çalıştırmak gibi hileler kullanmaktadır. AC güç kaynakları, bu tür sunucuların şebeke beslemesindeki bozukluklarla başa çıkabileceğini doğrulamak için kullanılır.
Elektronik
Programlanabilir AC güç kaynakları, tüketici cihazlarına yönelik güç adaptörlerini test etmek için yaygın olarak kullanılır. Ayrıca osiloskoplar, tezgah üstü güç kaynakları ve AC gücüyle çalışan veri toplama sistemleri gibi diğer test ekipmanlarını doğrulamak için de kullanılırlar.
Elektrikli araçlar
Elektrikli araçlara güç sağlayan elektrik motorları AC gücüyle çalışır. Yerleşik bataryalardan gelen DC gücü, motorları çalıştırmak için yüksek voltajlı AC'ye dönüştürülür. Bunları test etmek için AC güç kaynakları kullanılır.
Demiryolları
Yüksek hızlı ve diğer demiryolu elektrifikasyon sistemleri, daha düşük iletim kayıpları nedeniyle AC kullanır. AC güç kaynakları, normal operasyonlarının yanı sıra testler için de kullanılır.
İmalat ve endüstriler
Yüksek endüktif veya kapasitif yüklere sahip imalat ve endüstrilerde, güç faktörü düzeltmesi (PFC) süregelen bir sorundur.
Peki ama PFC tam olarak nedir? Ve enerji tüketimini ve AC güç kaynaklarını nasıl etkiler?
Şekil 3. Endüktif ve kapasitif yüklerin gerilim ve akım dalga şekilleri arasındaki faz farkları
Esasen, her yük gerilim ve akımın çarpımı olarak ölçülen bir miktar güç çeker. Ancak hem gerilim hem de akım sinüzoidal dalga biçimleridir. Yük endüktif veya kapasitif ise, bu iki dalga şekli fazda olmayacak, bunun yerine aralarında önemli bir faz farkı olacaktır. Bu tür yüklere sabit bir voltajda bir miktar nominal watt sağlamak için şebekeden daha yüksek bir akım seviyesi çekilmelidir. Gerçek gücün çekilen volt-amper (VA) değerine oranı güç faktörü (PF) olarak adlandırılır.
PFC, PF'yi mümkün olduğunca bire yakın hale getirerek enerji tüketimini azaltma tekniklerini ifade eder. Düşük reaktanslı AC güç kaynaklarının tasarlanmasını içerir. AC güç kaynakları, endüstrilerde bu tür PFC tekniklerini test etmek için kullanılır.
İyi bir AC güç kaynağının temel özellikleri nelerdir?
Test için çok yönlü bir AC güç kaynağı aşağıdaki istenen özellikleri içermelidir.
Çeşitli elektriksel parametreleri raporlama
Bu parametreleri en azından rapor etmelidir:
- Kök ortalama kare (RMS) gerilim ve akım
- Tepe gerilimi ve akımı
- Aşama
- Tepeden tepeye gerilim ve akım
- Gerçek güç
- Görünür güç (veya VA)
- Güç faktörü
Farklı ulusların AC gerilimlerini ve frekanslarını üretme
AC gerilimleri ve frekansları dünya çapında büyük farklılıklar gösterir. Test için iyi bir programlanabilir AC güç kaynağı, cihazların birden fazla pazar için güvenilir bir şekilde kalifiye edilebilmesi için geniş bir AC gerilimi ve çıkış frekansı seti üretebilmelidir.
Test ve kalibrasyon için çeşitli AC voltaj dalga formlarını simüle edin
İyi bir AC güç kaynağı, bir sıralayıcı işlevi kullanarak birden fazla karmaşık dalga formu üretebilmelidir. Şebekeden gelen gerçek elektrik gücünü simüle eden harmonikler üretmelidir. Dalgalanmaları, voltaj değişikliklerini ve sönük fazlı sinüs dalgalarını simüle edebilmelidir.
Güç hattı bozukluklarını (PLD'ler) simüle edin
Güç hattı kararlılığı, ticari ekipmanların ve tüketici elektroniğinin düzgün çalışması için çok önemlidir. İyi bir AC güç kaynağı, ekipmanı kapsamlı bir şekilde test etmek ve nitelendirmek için kesintiler, güç dalgalanmaları, sarkmalar, güç hattı gürültüsü, AC döngüsü kesintileri ve diğer anormal koşullar gibi PLD'leri yeniden oluşturabilmelidir.
Ani akımları test edin
Bir cihaz açıldığında, kısa bir süre için, sabit durumdaki çalışma akımından çok daha fazla miktarda akım çekebilir. Buna ani akım denir ve şarj edilmemiş büyük kapasitörler, transformatörlerdeki manyetik doygunluk, endüktif geri tepme veya termal etkilerin sonucu olabilir. AC güç kaynakları ani akım sınırlama tekniklerinin etkinliğini test etmek için kullanılır.
Dengesiz koşulları simüle edin
Şebekeden gelen üç fazlı AC, her fazdaki farklı yükleme nedeniyle her zaman dengeli değildir. İyi üç fazlı AC güç kaynakları bu tür koşulları simüle edebilir.
Diğer sistemlere sorunsuzca bağlanın
İyi AC güç kaynakları evrensel seri veri yolu, ethernet ve genel amaçlı arayüz veri yolu (GPIB) bağlantısı gibi yaygın bağlantı mekanizmalarını desteklemelidir. Bu tür bir bağlantı, uzaktan yapılandırma kullanılarak otomatikleştirilmelerini sağlar.
AC güç kaynaklarının temel özellikleri nelerdir?
Bunlar, AC güç kaynaklarını seçerken bakılması gereken bazı önemli hususlardır:
Çıkış gücü: Bu, AC güç kaynağının sağlayabileceği maksimum güçtür.
Çıkış voltajı (VAC): Bu, AC güç kaynağından alınabilen RMS voltaj aralığıdır.
Çıkış akımı: Bu, AC güç kaynağından gelen maksimum RMS akımıdır.
Çıkış frekansı: Bu, çıkışta desteklenen frekans aralığı veya kümesidir.
Verimlilik: Bu, AC güç kaynağının giriş enerjisini çıkış enerjisine ne kadar etkili bir şekilde dönüştürdüğünü gösterir.
Güç faktörü: Bu, AC gerilimi ve akımının faz hizalamasını temsil eder.
Toplam harmonik bozulma: Bu, ideal sinüs dalgasından AC dalga formundaki bozulmanın bir ölçüsüdür.
Yük regülasyonu: Bu, besleme üzerindeki yük değiştiğinde çıkış voltajının veya akımının kararlılığını gösterir.
Hat regülasyonu: Bu, giriş voltajı dalgalandığında çıkış voltajının veya akımının kararlılığını gösterir.
Kalibrasyon sertifikaları: Güç kaynağının uluslararası kalibrasyon standartlarına göre test edildiğini gösterir.
Bir AC güç kaynağı nasıl çalışır ve bileşenleri nelerdir?
AC çıkış voltajını ve akımını düzenlemek için tipik bir AC güç kaynağı aşağıdaki bileşenleri gerektirir:
- Bir transformatör giriş voltajını istenen çıkış voltajına yükseltir veya düşürür.
- Bir voltaj ve akım regülatörü devresi, transformatörün çıkışının sabit bir voltaj ve akım olmasını sağlar.
- Filtreleme devresi çıkış sinyallerindeki gürültüyü giderir.
Ancak bu elemanlar AC frekansını değiştirmek için yeterli değildir. Frekansı değiştirmek için AC güç kaynakları ayrıca aşağıdaki gibi çalışan bir invertör devresine sahiptir:
- Bir doğrultucu AC dalga biçimini DC dalga biçimine dönüştürür.
- Yarı iletken tabanlı anahtarlama transistör devreleri, yüksek frekanslı bir darbe sinyali oluşturmak için hızla açılır ve kapanır.
- Sinüs dalga formuna yaklaşmak için darbe genişlik modülasyonu kullanılır.
- Filtreleme ve yumuşatma devreleri modüle edilmiş sinyali yeni bir çıkış AC dalga formuna dönüştürür.
AC güç kaynağı teknolojisindeki bazı trendler ve gelişmeler nelerdir?
Modern AC güç kaynakları giderek daha akıllı özellikler ve enerji tasarruflu tasarımlar benimsiyor. Bunlar şunları içerir:
- Boşa harcanan enerjiyi ve işletme maliyetlerini azaltmak için bekleme/uyku modları ve dahili güç faktörü düzeltmesi
- Akıllı şebekelerde kullanım için esnek AC iletim sistemleri
- Operasyonel koşulların kendi kendine izlenmesi, hatalı veya anormal koşulların kendi kendine teşhisi ve otomatik uyarı
- Cihazların güç ihtiyaçlarını algılamak ve çıkışlarını buna göre ayarlamak
Her ihtiyaca uygun bir Keysight AC güç kaynağı
Bu makalede, AC güç kaynaklarının işlevleri, yapısı ve kullanımları hakkında bilgi edindik.
Keysight olarak, çeşitli yüksek güçlü, yüksek performanslı AC güç kaynaklarımız ve güç kaynağı test cihazlarımız bulunmaktadır:
320 Vrms, 18 kVA güç ve 5.000 Hz çıkış frekansı sağlayabilen en üst seviye AC6918H gibi üç fazlı AC güç kaynakları
AC6800 serisi tek fazlı AC güç kaynakları
IntegraVisionbenchtop AC güç analizörleri hem tek fazlı hem de üç fazlı çıkış dalga formlarını analiz etmek için
AC güç kaynağı cihazlarımızdan hangisinin ihtiyaçlarınıza uygun olduğunu görüşmek için bizimle iletişime geçin.
