Kesintisiz Güç kaynağı Nedir ?

KGK

Kesintisiz güç kaynakları; bilgisayar, tıbbi sistemler, iletişim sistemleri, endüstriyel kontrol sistemleri gibi kritik yüklere kesintisiz ve temiz bir kaynak gücü aktarma amaçlı kullanılmaktadırlar. KGK sonsuz bir enerji kaynağı değildir. Kesintisiz Güç Kaynağı nedir; bilgisayarı olumsuz şebeke koşullarından koruyan ve AC kesintisi sırasında enerji sağlayarak bilgi aktarma işlemlerinin devamlılığına imkan veren bir cihazdır. Bilgi işleme
teknolojilerindeki baş döndürücü gelişme, işlenen verilerin zarar görmeden depolanması gereksinimini de beraberinde getirmiştir. Bilgisayarların güç kaynakları ancak, elektrik kesintisinin yaklaşık 100 msn.den daha kısa sürmesi durumunda, RAM belleklerde 0-1 sayısal seviye olarak tutulan verilerin (elektriksel CMOS gerilim seviyeleri) silinmesini önler ve bilgisayar bu elektrik kesintisini hissetmeden çalışmasını sürdürebilir. Anakart
üzerinde yer alan tümleşik güç kaynağı, 100 ms.den sonraki 50 msn. boyunca, tutulan verilerin yedeklenmesini sağlayabilir, ancak bu sürenin sonunda, toleransları içinde kalan (ortalama olarak -/+ %10) şebeke elektrik enerjisi gelmezse, tüm güç kaynaklarının gerilimi hızla azalır ve bellek taponlarında tutulan tüm veriler silinir. Kesintisiz Güç Kaynakları (KGK), bilgisayarlara sürekli enerji sağlamak üzere tasarlanmış güç elektroniği disiplinin tipik bir örneğidir. Çıkış güçlerigeniş bir aralıkta değişebileceği gibi, güç dönüştürme yapıları da ev kullanımına uygun olarak bir fazlı, sanayi/ticari kullanıma uygun olarak üç fazlı olabilir. Evlerde kullanılan kişisel bilgisayarların (PC) güç kaynakları, çıkış güçleri, kullanılan bilgisayar ve çevre donanımlara (CPU, VGA, Monitör, yazıcı, fax-modem vs.) bağlı olarak 500 VA ile 1000 VA arasında değişen bir fazlı KGKlardan beslenir. Çoğu kez hat-interaktif yapıdaki KGKlar, PC kullanımında yeterli olmakla beraber, gelişmiş mimarilerde (örneğin sunucu sistemlerinde) on-line KGK sistemleri yaygın olarak kullanılmaktadır.

Günümüzde, hayatımızın her alanında kullanımları artarak yaygınlaşan medikal sistemler, veri işleme sistemleri, hava trafik kontrol sistemleri, haberleşme sistemleri, yarı-iletken ve cam endüstrisi gibi yüksek teknolojiye dayalı endüstrilere ait sistemlerin çok "yüksek kaliteli" ve kesintisiz enerji ile beslenmesi gereksinimi vardır. Bu tür hassas yükler genellikle, ana beslemenin gerekli kalitede enerjiyi sağlayamadığı veya ana beslemenin kesildiği durumlarda, yedek besleme sistemleriyle beslenmektedir.. Yedek bir güç kaynağı kullanmanın genel olarak iki temel amacı
vardır: Birincisi, ana beslemenin kesildiği durumlarda enerji sağlamak; ikincisi de, kritik veya hassas yükleri, enerji düşmesi, enerji artması, frekans dalgalanması gibi geçici durumlarda korumak. Yedek güç iki farklı formatta sağlanır: Kesintisiz güç kaynağı (KGK) ve yedek (stand-by) güç kaynağı. Yedek güç kaynağı ana beslemenin kesildiği durumlarda kullanılır.

Kısacası KGKnın iki ana fonksiyonu vardır.
a-)Koruma sağlamak
b-)Yedek enerji sağlamak

Kritik yüklerin kesintisiz beslenmesinin yanı sıra gerilim, frekans ve dalga şekli gibi tipik büyüklüklerini şebekeninsağlayamayacağı doğrulukta verir.Gerilim ve frekans regülasyonunun yanı sıra aşırı yük ve kısa devre koruması sağlar.
KGKların işlevinin anlaşılmasındaki en büyük yanlışlardan biri jeneratörlerle karıştırılmalarıdır. KGKların kullanım amacıelektrikler kesildikten sonraki 5-10 dakika içinde açık dosyaları kapamak ve saklamak veya acil işlemleri tamamlamakiçin kullanıcıya zaman kazandırmaktır. KGKlar jeneratörler gibi uzun süreli enerji sağlamazlar ve kullanım amaçları da
zaten bu değildir.İleride KGK ile Jeneratör karşılaştırılması anlatılacaktır.KGK sistemleri; enerji kalitesi problemlerinin oluştuğu anda kritik yükleri korumak için kullanılır. Kritik yükler,
KGK'ya paralel olarak veya KGK üzerinden ana besleme kaynağına bağlanır. KGK'nın aküleri daima tam şarjlı olaraktutulur. Enerji azalması veya kesintisi gibi bir enerji kalitesi problemi oluştuğunda kritik yükleri çalışır durumda tutmakiçin gereken enerji, KGK tarafından sağlanır. Ana besleme kesildiği zaman, kritik yük, transfer anahtarı yardımıyla KGK'yaaktarılır. Transfer anında kısa süreli bir güç kesintisi söz konusudur. Bundan dolayı, bu tür KGK'ları yedekli güç kaynağıolarak da anılabilir. Kritik yükün özelliğine bağlı olarak, KGK üç-fazlı veya tek-fazlı olabilir. Çok büyük güçteki yüklerikorumada, hem kapasiteyi ve hem de güvenirliği arttırmak için, bir kaç adet KGK paralel olarak bağlanabilir. Süreklidevrede olan KGK sistemleri, kritik yükleri ana besleme kaynağından iki şekilde izole edebilirler :

1. Çifte konversiyon (AC-DC-AC)
2. Özel tasarımlanmış bir transformatör yardımıyla

Böylece; hem kritik yük şebeke tarafında meydana gelebilecek anormal durumlardan korunmuş olur, hem dekritik yükün kendisinden kaynaklanan herhangi bir arızanın veya istenmeyen durumun şebekeyi etkilemesi önlenir.Bunların yanı sıra; KGK'ların doğrusal-olmayan yükleri ve PWM (pulse width modulation - darbe genişlik modülasyonu)kontrollü inverterleri, enerji şebekesinin içine harmonik enjekte edebilirler. Bu harmonikler de aşırı ısınma gibiproblemlere sebebiyet verebilmektedir.Bundan dolayı; bir KGK kullanılacağı zaman, mutlaka neden olacağı harmonikproblemleri de göz önünde bulundurulmalıdır.

KGKLARIN ÖNEMİ

Ülkemiz enerji bakımından oldukça sorunlu bir ülkedir. Artık eskisi kadar sık elektrik kesintileriyle karşılaşmasakda uzun süreli yüksek veya düşük gerilim, ani voltaj sıçramaları ve frekans değişimleri gibi sorunlarla sık sık karşılaşmaktayız.Yeterli koruması bulunmayan cihazlar bu gibi durumlarda karşılaşacakları sorunlar;
- Güç kartları yanabilir
- Ekranlar kararabilir
- Hard diske yazarken elektrikler kesilirse tüm bilgiler kaybolabilir
- Path hatalarıyla karşılaşılabilir
- Hard diskte şifre koruması kullanılıyorsa ve oku/yaz sırasında enerji kesilirse şifre kaybedilebilir
- Donanımın herhangi bir parçası zarar görebilir

KGKLAR NASIL ÇALIŞIR?
Piyasada yer alan KGKlar 3 farklı sistemde çalışırlar. Bunlar;
a)Off-line sistemler
b)Line Interactive sistemler
c)On-line sistemlerdir

Off-line Sistemler(KAPALI SİSTEM KGK):
Şebekede herhangi bir kesinti olmadığı sürece beklemede kalan (inverter off), ancak kesinti anında devreye
girerek yüke enerji sağlayan sistemlerdir..

Off-Line Sistem bir KGK

Şebekeden gelen gerilim herhangi bir şekilde aküler üzerinden geçmediği için regülasyon söz konusu değildir.Bu sistemde şebekenin kesilmesi anında yaklaşık 2 5ms ( iki beş milisaniye ) içinde bir röle devreye girer. Bu süreçok kısa bir süre olsa bile oluşabilecek arktan zamanla sorunlar yaşanacaktır. Küçük güçlerde kullanılır.

On- line Sistemler(SÜREKLİ DEVREDE OLAN KGK):
Her zaman devrede olan (inverter on) sistemlerdir. Bu şekilde çalışan KGKlarda inverter her zaman devredeolduğu için herhangi bir kesinti anında off-line sistemlerde görülen transfer gecikmesi meydana gelmez. Sürekli
devrede olan KGK sistemlerinde, kritik yük her zaman KGK üzerinden beslenir. KGK sistemi yük akımını sürekli taşımakzorundadır. Ana besleme kesildiği zaman, KGK'nın aküleri yük için gerekli olan enerjiyi inverter üzerinden sağlar.Bundan dolayı yük uçlarında herhangi bir enerji kesintisi meydana gelmez. KGK, yükü besleme tarafından tamamenizole ederek, o yönden gelebilecek herhangi bir probleme karşı korumuş olur. Ayrıca yük tarafında meydana gelebilecekbir arızanın şebekeyi etkilemesi de önlenmiş olur. Sürekli devrede olan bir KGK, üç çalışma konumuna (moduna) sahiptir.
Bunlar sırasıyla normal çalışma durumu, acil çalışma durumu ve yedek çalışma durumlarıdır. Şekil 3'de süreklidevrede olan bir KGK sistemi görülmektedir.

On-Line bir KGK

-Normal Çalışma
Sürekli devrede olan bir KGK sisteminde(on-line), normal çalışma durumunda, yükün bütün enerjisi şebekeden
çekilerek KGK üzerinden yüke gider. Ana beslemenin alternatif gerilimi (AC) doğru gerilime (DC) çevrilir ve eğergerekli ise, tekrar AC'ye çevrilir. Bundan dolayı bu ikili çevrim, yükü ana beslemeden izole eder. KGK, aynı zamanda
gerilimi regüle etmek için gerekli olan reaktif gücü de sağlayabilir. KGK, beslemeden kaynaklanan dalgalanmalarıemerek, olası negatif etkilenmeleri önler.

- Acil Çalışma Durumu
Acil çalışma durumunda, yük KGK'nın enerji depolama ünitesinden beslenir. Yük ile ana şebeke arasındakianahtarlı bağlantıdan dolayı yükün beslemesinde herhangi bir kesinti meydana gelmez. Yükün ana şebekeden
KGK'ya aktarılmasında herhangi bir geçici rejim dalgalanması meydana gelmez.

- Yedekli Çalışma
Bu çalışma konumunda yük direkt olarak ana şebekeye bağlanır. Bu uygulama bakım amacıyla, yükün gücüKGK'nın gücünden fazla olduğu durumlarda ve KGK'nın normal çalışmadığı durumlarda uygulanır. Yük geriliminin
genliği ve frekansı şebekeninki ile senkron edilmelidir.

Bu sistemde üretilen KGK ları şebekeden tamamen bağımsız olarak çalışırlar. Çift çevrim enerji transferiyaparlar. Şebeke gerilimi ne olursa olsun çıkış 220V ±%1 ve 50Hz ±%0.1 kalitesindedir. On-Line KGKlarında
şebeke enerjisi filtre edilerek doğrultulur ve eviricinin girişini besler. Aynı zamanda bu filtre edilmiş enerji akülerin
şarj edilmesi için kullanılır.
Daha sonra evirici filtre edilmiş DC gerilimi alternatif gerilime (sinüse) çevirerek tüm yüklerin, temiz enerji ilebeslenmesini sağlar. Frekans ve voltaj kararlılığı yüksektir.On-line sistemler şebekedeki voltaj ve frekans
düzensizliklerini regüle ederler ve gürültüleri filtre ederek düzgün bir sinüs dalgası üretirler. Ayrıca yük değişimlerinden
etkilenmezler. Her türlü en ideal korumayı online KGKlar sağlar.

Double(ÇİFT) DönüşümLÜ KGK:
Bu tip güç kaynağında gerilim hattındaki dengesizlikler filtreleniyor. Filtreleme işlemi,gerilimin pillere aktarılması, burada bekletilmesi ve bir devre sayesinde tekrardan 50Hze getirilerek yükü beslemesi ile
gerçekleşiyor. İşlem esnasında bu sistemin devre dışı kalması ve fazlaca bekletilmesi durumunda, anında bir bypassdevresi kontrolü ele alıyor ve yükü beslemeye devam ediyor. Bu tip güç kaynaklarında aküler sürekli şarj ediliyor.Aşırı şarj durumu yaşandığında ve toleransın üzerine çıkıldığında güç kaynağı kendisini gerilim devresinden kesiptek başına yükü besleme işlemine giriyor.

Şekil 5: n+1 modüler


Şekil 6: Hot stand by devresi


Şekil 7: Paralel bağlı 2 KGK Prensip Şeması

Kısaltmalar :

S1	: Evirici giriş şalteri
S2	: Statik By-Pass giriş şalteri
S3	: Bakım By-Passı şalteri
S4	: KGK çıkış şalteri
S5	: Akü sigortaları / Akü devre kesici (opsiyonel)
F1F2F3	: Doğrultucu giriş sigortaları

Bu çalışmanın ne kadar sürdüğü, ürünlerin sahip olduğu akülerin teknik değerlerine bağlı. Bu tip bir güçkaynağının dezavantajı ise elektronik filtrenin girişte meydana cos δ = 0.9 değerini oluşturması. Yani gerilim
hattının geri tepmesinde yüksek dalgalanmalar meydana geliyor. Diğer bir dezavantaj ise akülerin zamanla80 92 % kapasite ile çalışır hale gelmesi mümkündür. Bir diğer on-line KGK türü ise Delta Dönüşümlü KGK
olarak adlandırılır

DELTA DÖNÜŞÜMLÜ KGK(DELTA CONVERSION):
Çift enerji dönüşümlü kesintisiz güç kaynaklarından farklı bir nesildir. Giriş ile çıkış arasındaki voltaj vereaktif güç farkını bir inverterle kapatma göz önünde bulundurularak oluşturulmuştur.Yüksek verimlidir.Frekans
kararlılığı on-line cihazlar kadar yüksek değildir .
Delta Dönüşümlü kesintisiz güç kaynakları, Double Dönüşümlü güç kaynaklarının daha gelişmiş bir versiyonudur.Başta gelen fark, cihazın girişinde bir delta dönüştürücüsünün yer almasıdır. Bu dönüştürücünün görevi akülerin
şarj işlemlerini kontrol altında tutmak. Yani giriş gerilimi ayarlanarak bir denge oluşturuluyor ve cos δ =1 değerielde ediliyor. Buna ek olarak delta dönüştürücüsü performansı direkt yüke iletebiliyor. Sistemin devre dışı kalması
durumunda burada da bir bypass devresi kontrolü alıyor. Farklı olarak bu sistemde de bir ana kontrol ünitesi var vedelta dönüştürücüsüyle senkronize bir şekilde çift yönlü olarak çalışıp aşırı yüklemelerin önüne geçiyor.


Delta Dönüşümlü KGK

Bu sistemin amacı Double Dönüşüm güç kayaklarının sahip olduğu dezavantajları yok etmek. Dolayısıylabu sistemin gerilim hattına herhangi bir ters etkisi yok, ayrıca cos δ nin düzeltilmiş değeri sayesinde performans
kaybı da çok düşük.

Delta Dönüşümlü KGK ile Çift Dönüşümlü KGKnın

Hat-interaktif Sistemler:
Çalışma sistemleri offline KGKlar ile aynıdır, yani normal şartlar altında inverter devrede değildir, ancak
enerji kesildiğinde yada KGKnın regüle edebileceği sınırların dışına çıktığında devreye girer. Bazılarında bu işlemmikro işlemci kontrollü olarak yapılır. Günümüzde tüm hat-interaktif modellerde gerilimi oransal olarak kullanan otomatik voltaj regülatörü (AVR:OVR) bulunmaktadır.
Bu sistemler de çalışan KGKlar da Smart Boost ve Smart Buck özellikleri vardır. giriş gerilimi normal değerininbelli bir yüzde kadar altına indiğinde yada üzerine çıktığında çıkış gerilimini belli bir katsayıyla çarparak azaltır
veya arttırır. Off- line sistemlerdeki gibi aküye geçme durumunda bir gecikme durumu söz konusudur.
 
Hat-interaktif KGK'lar normal şartlarda yük akımını çekmezler.
Sadece Akülerini şarj etmek ve kayıplarını karşılamak için gerekli olan gücü şebekeden çekerler. Bundandolayı Aküyü şarj etmek için ayrı bir doğrultucuya ihtiyaç duymazlar. İnverterin çift-yönlü akım geçirme özelliği,
aküleri şarj ve deşarj etmek için kullanılır. Ana şebekenin kesilmesi durumunda, KGK'nın akımı ters yöndeakarak yükü besler. Ana şebekenin kesilmesi üzerine, akımın yönünün değişim hızı, yük uçlarında görülen
geçici rejim dalgalanmalarına neden olur. Dolayısıyla, çok hızlı bir akım yönü değişimi ile minimum değişim
zamanı arasında bir dengenin sağlanması gerekir
Bu sistemle üretilen KGK ları kademeli olarak regülasyon yaparak (± %15-25 aralığında ) akü ve şebekeyivoltajın durumuna göre orantılı bir biçimde kullanır.Şebeke kesintilerinde off-line sistemler gibi röle kontağından
geçerek sistemi besler.Bu yüzden küçük güçlerde kullanılır.Hat-İnteraktif KGKlarda inverter katı anahtardansonra yer alır. Böylece offline sistemlere göre daha temiz dalga çıkış elde edilir ve anahtarlamadan
kaynaklanabilecek gürültüler azalır.

-Normal Çalışma

Yükün enerjisi direkt olarak ana beslemeden sağlanır. İnverter enerjiyi ters yönde geçirerek Aküyü şarj eder.
KGK, yükün gerilim regülasyonu için gerekli olan reaktif gücü sağlar. Yük tarafında meydana gelen geçici rejimdalgalanmaları KGK tarafından emilir ve kısa bir süre sonra yük tekrar ana beslemeye aktarılır. KGK, şebekedenancak kayıplarını karşılayacak kadar akım çeker.