Güç faktörü düzeltme yöntemlerinin incelenmesi ve bir aktif güç faktörü düzeltme devresinin gerçekleştirilmesi

Abstract

Gelişmekte olan ülkelerde enerji ihtiyacı her yıl artmaktadır. Güç sistemlerinde enerjinin verimli kullanılması ve sistem kapasitesinden maksimum fayda sağlanması için gerilim ve akım arasındaki faz açısının mümkün olduğunca küçük olması, başka bir deyimle bu açının kosinüsü olan güç faktörünün 0,95 ilâ 1,00 arasında bir değerde tutulması istenir. Ancak günümüzde çoğu tüketici cihaz, manyetik enerji gereksiniminden vb. sebeplerden dolayı endüktif enerjiye de ihtiyaç duymakta, güç faktörü (GF) değerleri 0.6 ilâ 0.8 arasında değişmektedir. Bu nedenle de dağıtım şebekesinden başlayarak iletim sistemi ve üretim santrallerine kadar tüm elektrik sistem bileşenlerinin kapasitesinden yeterince yararlanılamamaktadır. Çünkü üretilen görünür gücün önemli bir kısmı reaktif güç olarak harcanmaktadır. Ayrıca gerilim düşümlerine, enerji kayıplarına da neden olmaktadır. Öte yandan günümüzde elektronik devreler içeren cihazların daha çok kullanılması ve bu tür yüklerin hem güç faktörlerinin düşük ve hem de harmonik akım içermesi nedeniyle sorun karmaşık hale gelmiştir. Bu çalışmada öncelikle güç faktörünün önemi, teknik özellikleri, makro ve mikro ekonomik ülke kalkınmasına faydaları, analiz yapılarak araştırılmıştır. Çalışmada ayrıca güç faktörü düzeltme yöntemleri pasif ve aktif yöntemler olmak üzere ayrı ayrı incelenerek birbirlerine göre üstünlükleri araştırılmıştır. Çalışmada ayrıca 150 W gücünde anahtarlama modlu bir güç kaynağı için sürekli iletim modunda çalışan boost tipi güç faktörü düzeltme (GFD) devresi tasarlanarak MATLAB/Simulink Toolbox'da simüle edilmiş ve GF'nin 0,99 olduğu görülmüştür. Çalışmanın son bölümünde söz konusu GFD devresi gerçekleştirilmiş ve test edilerek simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve giriş gerilimine bağlı olarak GF'nin %97 ilâ %99 arasında olduğu anlaşılmıştır. Ayrıca gerçekleştirilen GFD devresinin THD analizi yapılmış ve IEC 61000-3-2'ye uyumlu olduğu sonucuna varılmıştır.

Energy needs in developing countries are increasing every year. For efficient use of energy in power systems and maximum benefit from system capacity, it is desired that the phase angle between the voltage and current is as small as possible, in other words keeping the power factor (PF) between 0.95 and 1.00. But nowadays, most devices need inductive reactive energy and PF values vary between 0.6 and 0.8. For this reason, the capacity of all electrical system components, from distribution network to transmission system and power plants, cannot be utilized sufficiently. Because a significant part of the apparent power produced is spent as reactive power. It also causes voltage drops and energy losses. On the other hand, nowadays the problem is complicated by the use of devices containing electronic circuits and the fact that such nonlinear loads have both low PF's and harmonic currents. In this study, first of all, the importance of power factor, technical features, benefits of macro and microeconomic are investigated. In addition, power factor correction (PFC) methods were examined separately and passive and active methods were investigated. In addition, in the study, the boost type PFC circuit, which is running in continuous conduction mode for a 150 W switching mode power supply, is designed and simulated in MATLAB/Simulink Toolbox and calculated PF value is 0.99. In the last part of the study, this PFC circuit was performed and tested and compared with the simulation results and it was found that the PF is between 97% and 99% depending on the input voltage. In addition, the THD analysis of the PFC circuit was performed and it was concluded that it was compliant with IEC 61000-3-2.