Harmonik Filtre Nedir? Nerelerde Kullanılır? Kompanzasyonda Harmonik Filtre Kullanımı

Elektrik enerji sistemlerinde lineer (doğrusal) olmayan yüklerin meydana getirdiği harmonik bozunumlar sanayi tesislerinde arızalara neden olarak ciddi problemleri beraberinde getirebilir.

Harmonik nedir?

Elektrik dağıtım şebekelerinde üretilen gerilim bilindiği üzere 50 hz (bazı ülkelerde 60 hz de olabilmektedir) frekansında ve sinüzoidal şekildedir. Sağlıklı bir sistemde çekilen akımın da sinüs şeklinde olması beklenir. Ancak günümüzde modern elektrikli ekipmanlar, yarı iletken teknolojilerinin kullanıldığı cihazlar, lineer olmayan yüklerle akımı sinüzoidal olmayan dalga formunda çekerler. Bu bozulmaya harmonik adı verilir.

Harmonikler, güç sistemlerinde gerilim düşümlerine, kayıplara, kesicilerin hatalı çalışmasına, motorlarda sarsıntı ve verim düşümüne, hassas elektronik cihazların bozulmasına, kompanzasyon sistemlerinin aşırı yüklenerek arızalanmasına varıncaya kadar birçok ekonomik ve teknik probleme yol açarlar.

Harmonik Filtre Nedir?

Harmonik filtreler, harmonik üreten bir cihazdan beslenen yükün gerilim dalgasını düzelterek, sisteme katılan harmonik bozulmaların önüne geçerler. İşlevleri bakımından aktif ve pasif olmak üzere ikiye ayrılırlar.

Aktif filtreler kontrollü akım ya da gerilim kaynağına sahiptirler ve çekilen harmonikleri analiz ederek uygun bir fazda harmonik bileşenleri yüke uygularlar. 

Harmoniklerin giderilmesi için özel olarak geliştirilmiş bu filtreler ileri güç elektroniği temellerini kullanırlar ve pasif filtrelere göre çok daha pahalı bir çözüm sunarlar.

Harmoniklerin önüne geçilmesi için en çok kullanılan harmonik filtre reaktörü ise pasif filtrelerdir. Pasif filtreler kaynak ile alıcı arasına yerleştirilen seri bağlı endüktans ve kondansatör bileşimidir. Harmonik kaynağı ile şebeke arasına seri bağlanan pasif filtreler, temel frekans dışındaki bileşenleri yok ederler. 

Harmonik filtreler, sanayi tesislerinde ve enerji sistemlerinde harmonik kaynaklı problemlerin önüne geçmek için kullanılırlar. Harmoniklerin filtrelenmediği sistemlerde oluşan gerilim düşümleri ve kayıplar, verimliliği düşürmekle birlikte tesis güvenliğini de riske ederler. 

Harmoniklerin olumsuz etkilerinin önüne geçmek, kompanzasyon sistemlerinin sağlıklı çalışmasını sağlamak ve tesislerdeki enerji verimliliğini arttırmak için mutlaka harmonik filtre kullanılarak harmoniklerin filtrelenmesi gerekir.

Kompanzasyonda Harmonik Filtre Kullanımı

Kompanzasyon sistemlerinde yaşanan arızaların en büyük nedenlerinden biri harmoniklerdir. Eğer tesisinizde kullanılan kompanzasyon sistemindeki kondansatörlerde aşırı ısınma sorunu varsa, kondansatörler sıklıkla arızalanıyor ve sürekli kondansatör değiştirmek durumunda kalıyorsanız sisteminizde harmonikleri filtrelemeniz gerekir. 

Bunun için kondansatörlerinizin önüne harmonik filtre reaktörleri yerleştirilerek pasif filtreleme yapılabilir. Kondansatörlerin güç ve gerilim değerlerine göre tasarlanmış harmonik filtre reaktörleri kondansatörlere seri bağlanarak, harmonikten kaynaklanan bozulmaların önüne rahatlıkla geçilebilir.

Kaynak: Entes

Akım Trafosu Nedir? Ne İşe Yarar? Nerelerde Kullanılır? Çeşitleri Nelerdir?

Akım Trafosu Nedir?

Akım trafoları devreden geçen akımı ölçmek için kullanılan ölçü transformatörleridir. Yüksek akımların ölçü aletleri tarafından direkt ölçülmesi, yüksek maliyetli olmasının yanı sıra kimi zaman oldukça tehlikeli ve zordur. Bu yüzden devreden geçen akımın ölçülebilmesi için belirli bir değere indirgenmesi gerekir. Devreye seri olarak bağlanan akım trafosu, primer devreden geçen akımın meydana getirdiği manyetik alanı küçülterek sekonder denilen ikinci devreye aktarır. Sekonder devrede meydana gelen döngüsel akım sayesinde sekonder sargıya paralel bağlanan ölçü aletiyle primer devrede geçen akım miktarı ölçülebilir.

Akım Trafolarının Yapısı

Akım trafoları temel olarak manyetik demir bir nüve, bu nüve üzerine sarılmış primer bir sargı ve bu primer sargıya ters yönde sarılmış sekonder sargı olmak üzere üç bölümden oluşmur. Primer sargı üzerinden geçen akım, manyetik demir nüve üzerinde bir manyetik akı oluşturur. Nüvede oluşan bu manyetik akı, sekonder sargı üzerinde bir gerilim indüklenmesine sebep olur. Sekonder sargıya paralel bağlanan ölçü aleti, sekonder devreden geçen akım sarım yönünün ters olması sebebiyle manyetik demir nüvede ters yönde bir manyetik akı oluşturur. Oluşan bu manyetik akı, primer sargı üzerinden geçen akımın oluşturduğu manyetik akıyı dengeler. Bu sebeple akım trafolarının sekonder uçları mutlaka bir ölçü cihazı ya da bir yük ile kısa devre edilmelidir. Aksi durumda ters yönde bir manyetik akı oluşmayacak ve akı dengelenmediği için manyetik demir nüve ısınarak arızalanabilir. Ayrıca bu durum sekonder uçlardaki gerilimi artıracağı için, kullanıcılar için tehlike oluşturur.

Akım Trafosu Kullanım Alanları ve Çeşitleri

Akım trafoları kullanıldıkları gerilime, soğutma ve yapım şekillerine göre farklı çeşitlere ayrılır. Bunlar;

Alçak Gerilim Akım Trafoları
Yüksek Gerilim Akım Trafoları
Kuru Tip Akım Trafoları
Yağlı Tip Akım Trafoları
Sargılı Akım Trafoları
Bara Tipi Akım Trafoları olarak sınıflandırılabilir.

Akım trafoları temel olarak ölçüm amacıyla kullanılırlar. Akım trafosu kullanılmazsa yüksek akım değerlerini ölçmek için büyük boyutlu ölçü aletlerinin kullanılması, daha büyük boyutlu koruma rölelerinin imal edilmesi gerekir. Bu hem yüksek maliyetli hem de son derece tehlikeli bir seçimdir. Akım trafosu kullanılması daha küçük boyutlu ölçü aletlerinin ve koruma rölelerinin kullanılmasına imkan verir. Bu çok daha ekonomik bir çözüm sunarken güvenli çalışmaya da imkan sağlar. Çünkü sekonder uca bağlanan ölçü aletleri ve koruma rölelerini primer gerilimden izole edilmiş olur.

Osiloskop Ölçüm İçin Bir Elektrik Elektronik Devresine Nasıl Bağlanır?

Osiloskop, bir elektrik veya elektronik devrede gerilim ölçen bir ölçü aletidir. Bu nedenle tıpkı voltmetre gibi devreye paralel bağlanır.

Osliloskopların devreye bağlanması için farklı tiplerde osiloskop probları mevcuttur.

Osiloskop probları, cihaza BNC adı verilen vidalı konektörler ile bağlanır.

Bu probların ucunda yaylı bir mekanizma bulunur ve bu sayede devredeki çeşitli noktalara veya ucu açık kablolara kolay bir şekilde bağlantı yapılabilir. 

Ayrıca bu tip probların üzerinde bulunan krokodil yapıdaki toprak hattı da ölçüm yapılacak devrenin toprak hattına (GND) veya güç kaynağının negatif kutbuna bağlantı yapmayı kolay bir şekilde sağlar.

Osiloskop Üzerinde Bulunan Düğmeler ve Görevleri Nelerdir?

Volts/Div: 

Osiloskopta görüntülenmekte olan sinyalin dikey çözünürlüğünü belirler. Ekranda görünen her bir karenin dikey adımlarda kaç V gerilime denk düşeceğini bu düğmeyi çevirerek ayarlayabiliriz. Genellikle 1mV ile 5V arasında çeşitli adımlarla bu çözünürlüğü değiştirme imkanımız mevcuttur.

Secs/Div: 

Ekrandaki sinyalin yatay çözünürlüğünü belirler. Her bir yatay karenin kaç saniye, milisaniye ya da mikrosaniyeyi temsil edeceğini bu düğme aracılığıyla ayarlarız.

AC/DC Coupling: 

Osiloskopun göstereceği sinyalin DC yada AC gerilim şeklinde ayarlanmasını sağlar. Bu şu demektir: Elimizde bir 9V batarya olduğunu düşünelim. Osiloskopumuz da DC coupling modunda olsun. Osiloskop probunun uçlarını bataryanın + ve – kutuplarına bağladığımızda düz bir çizgi şeklinde bataryanın gerilimini görmüş olacağız. Fakat AC coupling seçeneğine getirdiğimizde, bataryanın gerilimi herhangi bir AC sinyal içermediğinden dolayı ekranda herhangi bir görüntü olmayacaktır. Fakat 9V batarya yerine bir anahtarlamalı güç kaynağını ölçtüğümüzü düşünelim. Bu durumda ölçeceğimiz sinyalde yüksek hızlı anahtarlamadan kaynaklı bazı AC sinyaller bulunacağından dolayı, AC coupling modu, sinyalin üzerindeki küçük AC varyasyonlarını daha kolay görebilmemiz mümkün olacaktır.

Trigger: 

Bu ayar yalnızca dijital osiloskoplarda bulunur. Osiloskopun sinyal hangi seviyeye ulaştığında ölçmeye başlayacağını bu düğme ile ayarlarız. Ekrandaki görüntü sürekli olarak sağa soğla doğru sıçramalar yapmaktaysa bu ayar oldukça işimize yarayacaktır.

Horizontal Pos: 

Ekrandaki sinyalin yatay olarak konumunu ayarlamak için bu ayar kullanılır. Ekrana sığmayacak uzunlukta sinyaller için oldukça kullanışlı bir fonksiyondur.

Vertial Pos: 

Ekrandaki sinyalin dikey konumunu ayarlamak için bu ayar kullanılır. Özellikle aynı anda iki farklı sinyal incelenirken bu özelliği kullanarak iki sinyalleri dikeyde farklı konumlarda bulunması oldukça faydalı olabilmektedir.

Auto: 

Bu buton yalnızca dijital osiloskoplarda bulunur. Ölçülen sinyalin ekrana en uygun bir biçimde dikey ve yatay çözünürlüğünü bu butona basarak kolay bir şekilde ayarlayabiliriz.

Stop: 

Sadece dijital osiloskoplara özel olan bu buton, sinyalin o anki halinin anlık bir görüntüsünü alıp daha detaylı şekilde incelememize olanak tanır.

Osiloskop İle Yapılabilen Elektrik ve Elektronik Ölçümler Nelerdir?

Voltaj ölçme ve dalga şekli görüntüleme: 

Osiloskop’un bant genişliğine bağlı olarak DC veya AC zamana bağlı voltaj dalga şekli izlenebilir ve seviyesi ölçülebilmektedir.

Akım ölçme ve dalga şekli görüntüleme: 

Düşük omajlı bir direnç yardımıyla (10-200 mΩ) akım dalga şeklini ve değerini okuyabilirsiniz.

Frekans ölçme: 

Ekranda görülen sinyal dalga şeklinin tam bir periyodunun aldığı zamandan hareketle frekans ölçümleri yapılabilir. Bir periyot için ölçtüğünüz zamanı bire bölerek sinyalin frekansına ulaşabilirsiniz.

Frekans = 1/T       (T=Periyot)

Bir darbenin yükselme zamanını bulma: 

Aynen frekans ölçümündeki yol ile işaretin yükselme zamanı (rise time) bulunabilir. Yükselme zamanı (rise time) işaretin %10 seviyesinden %90 seviyesine ulaşıncaya kadar geçen süreyi tarif etmektedir.

Kapasite ölçme: 

Basit bir RC devresi ile osiloskop kullanarak kapasite değeri ölçülebilmektedir. RC devresi ve eşdeğer bağlantı aşağıdaki resimdeki gibi olacaktır. Devrenin eş değer empedansı ve faz açısı ölçülerek aşağıdaki formül ile belirlenir.

Kapasite = -1/(2*π*Frekans*Z*sin(α))

Kazanç ölçme: 

Osiloskop’un her iki kanalını kullanarak devrenin kazancını ölçebiliriz. Birinci kanala giriş sinyali ve ikinci kanala çıkış sinyal kaynağı bağlayarak aradaki fark ölçülür ve rahatlıkla kazanç hesaplanabilir.

Kablo uzunluğu ölçme (TDR): 

Kablo uzunluğu ölçmek için Time Domain Reflectometer (TDR) tekniği kullanılır. Bu teknik ile kablo üzerinden yüksek frekanslı bir sinyal gönderilir. Kabloya uygulanan bu hızlı kare dalga kablo sonundan geri yansıyarak osiloskopa ulaştığı süre kaydedilir. Bu süre kablonun dielektrik sabiti ve kablo uzunluğuna bağlı olarak değişmektedir. Kablonun uzunluğu aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

Kablo uzunluğu = (Yayılma hızı*Zaman)/2

Diferansiyel sinyal ölçme: 

RS485, SPI, I2C gibi çift tel ile taşınabilen diferansiyel sinyallerde osiloskoplar ile ölçülebilmektedir. Bu gibi ölçümlerde her iki kanalın ölçek faktörü aynı olmasına dikkat edilmelidir.

Sinyal spekturumu ölçme (FFT): 

Dijital osiloskoplarda bulunan Math FFT fonksiyonu çağrılarak işaretin genliğine karşın frekans dalga şekli görüntülenebilmektedir. Bu fonksiyon ile periyodik bir sinyalin frekans bileşenlerini görebileceğimiz basit bir spektrum analizör yapma imkanı elde edebiliriz.

Darbe genişlik modülasyonlu (PWM) işaretin genişliğini ölçme: 

Osiloskop ekranında tam bir periyodu alacak şekilde işaretin görülmesini sağlayarak işaretin/darbenin genişliğini ölçebiliriz.

Osiloskop Çeşitleri Nelerdir?

Osiloskoplar dijital ve analog olmak üzere iki çeşittir.

1- Analog Osiloskop

Analog osiloskoplar günümüzde pek tercih edilmezler. Tıpkı eski tüplü televizyonlar gibi çalışırlar. Gelen sinyalin, katot ışın tüpünde oluşturulan elektron demetini saptırmada kullanılan bobinlere iletilmesi prensibi ile bir fosfor ekranda görüntü oluşması tekniği ile çalışırlar. 

2- Dijital Osiloskop

Dijital osiloskoplar mikroişlemciler sayesinde girişten gelen sinyalin yüksek frekanslarda oluşturulması prensibine göre çalışırlar. Bu yüksek hızlarda sinyalin örneklenmesi sayesinde izlenen sinyal istenildiği zaman durdurulabilir, istenilen seviyede tetiklenebilir, kaydedilebilebilir ve tekrar oluşturulabilir.

Analog osiloskoplarda teorik olarak herhangi bir frekans limiti bulunmamasına karşın teknolojisi gereği genellikle 50/60Hz olarak karşımıza çıkmaktadır. Ancak dijital osiloskoplarda ölçebileceğiniz sinyalin maksimum frekansını satın alacağınız cihazın örnekleme hızına bağlı olarak değişmektedir.

3- Analog ve dijital sinyal işleyebilen osiloskoplar (Mixed signal Oscilloscope)


Hem analog hem de dijital sinyalleri ölçebilmesinden hareketle karışık tip yani mixed signal osiloskop olarak isimlendirilmektedir.

4- Bilgisayar tabanlı osiloskoplar (PC USB Oscilloscope)



Çalışması için bilgisayar gereksinimi bulunan ve grafikleri bilgisayar ekranından görebileceğimiz, diğer osiloskop türlerine nispeten ciddi oranda uygun fiyatlı seçeneklerdir. Mixed sinyal osiloskoplara benzer özellikleri bulunmakla beraber doğrulukları ve özellikleri daha azdır.

5- Taşınabilir osiloskoplar



Batarya ile çalışan, labaratuar tipi osiloskoplar gibi yüksek doğrulukta sonuçlar verebilen cihazlardır. Özellikle saha uygulamaları, arıza ve keşif için kullanılmaktadır.

Osiloskop Nedir? Ne İşe Yarar? Hangi Ölçüm Yapılır?

Girişine yani kanallarına uygulanan elektriksel sinyalleri üzerindeki ekranda zaman ve genlik anlamında grafik halinde gösterebilen ekranı olan cihazlara osiloskop denir.

Her elektronikçinin bildiği ve kullandığı multimetrelerin daha gelişmişi olan osiloskoplar, işaretin dalga şeklinin, frekansının ve genliğinin aynı anda tespit edilmesini sağlayan ölçüm imkanına sahip cihazlardır.

Osiloskop, elektrik gerilimindeki zamana bağlı olan değişimleri görebilmemizi sağlayan bir ölçüm cihazıdır. 

Normal koşullarda elektrik gerilimini ölçmek için voltmetre kullanılmaktadır. 

Voltmetre, bize sadece devredeki gerilimin büyüklüğünü ve yönünü sayısal olarak gösterir. 

Osiloskop ise gerilimin zamana bağlı olarak değişimini iki eksenli bir grafik olarak anlaması daha kolay bir şekilde gösterir.