---

İÇİNDEKİLER
Sayfa
İçindekiler .............................................................................................................. VII
Şekiller Dizini ...................................................................................................... XI
Çizelgeler Dizini .................................................................................................. XV
Simgeler Dizini ...................................................................................................... XVI
BİRİNCİ BÖLÜM
GİRİŞ
1. Giriş………………………………………………………………………. 1
1.1 İndüksiyon Isıtmanın Tarihçesi…………………………………………... 1
1.2 İndüksiyon Isıtma Yönteminin Diğer Isıtma Yöntemlerine Göre
Üstünlükleri…......………………………………………………………...
4
1.3 Tezin tanımı……………………………………………………………… 5
İKİNCİ BÖLÜM
İNDÜKSİYON ISITMA YÖNTEMİNİN TEMEL
TEORİSİ VE UYGULAMA ALANLARI
2. İndüksiyon Isıtma Yönteminin Temel Teorisi ve Uygulama Alanları…... 7
2.1. Giriş…………………….………………………………………………… 7
2.2. Temel Teorisi...…………….…………………………………………….. 8
2.2.1 Elektromanyetik İndüksiyon..……………………………………………. 9
2.2.2 Histerezis Kayıpları………..…………………………………………….. 11
VIII
2.2.3 Eddy Akımlarının Oluşumu ve Kayıpları…………………………….….. 11
2.2.4 Dalma Derinliği……………………………………………………….…. 12
2.2.5. Isı Transferi Aşamaları….……………………………………………….. 13
2.3 İndüksiyon Isıtma Uygulama Alanları………………..………………….. 14
2.3.1. Kaynak Frekanslı Sistemler….…………………………………………... 15
2.3.2 Motor Alternatör Sistemleri…...…………………………………………. 16
2.3.3 Statik İnvertör Sistemleri…...……………………………………………. 17
2.3.4 Yüksek Frekanslı Sistemler……………………………………………… 18
ÜÇÜNCÜ BÖLÜM
STATİK İNVERTÖR SİSTEMLERİ
3. Statik İnvertör Sistemleri………………………………………………... 20
3.1. Giriş…………………………..………………………………………….. 20
3.2 Gerilim Kaynaklı İnvertörler….…………………………………………. 21
3.3 Akım Kaynaklı İnvertörler…...………………………………………….. 23
3.4 Rezonans İnvertörler………….…………………………………………. 24
3.4.1 Gerilim Kaynaklı Seri Rezonans İnvertör……………………………….. 29
3.4.2 Akım Kaynaklı Paralel Rezonans İnvertör…...………………………….. 32
3.4.3 E Sınıfı Rezonans İnvertör……..………………………………………... 34
3.5 İnvertör Devrelerinde Kullanılan Anahtarlama Elemanları ve Anahtar
Seçimi…………………………………………………………………….
35
3.6 İnvertör Devrelerinde Anahtarlar Üzerinde Meydana Gelen Güç
Kayıpları ve Azaltma Teknikleri…………………………….......……….
39
3.6.1 Anahtar Güç Kayıpları…………..………………………………………. 39
3.6.2 Anahtarlama Kayıplarını Azaltma Teknikleri…………………………… 42
3.6.2.1 Koruma Devrelerinin Tasarımı…………...……………………………... 43
3.6.2.2 Rezonans Anahtarlama Teknikleri…..…………………………………... 46
IX
DÖRDÜNCÜ BÖLÜM
MUTFAK TİPİ ISITMA UYGULAMALARI İÇİN
YARIM KÖPRÜ SERİ REZONANS İNVERTÖR
4. Mutfak Tipi Isıtma Uygulamaları için Yarım Köprü Seri Rezonans
İnvertör…………………………………………………………………..
49
4.1. Giriş……………………………………………………………………... 49
4.2. Devrenin Çalışma Prensibi…..………………………………………….. 50
4.2.1 Devrenin Analizi………………………………………………………... 52
4.2.2 Rezonans Frekansının Altında Çalışma Durumu(fa<fr)…………………. 57
4.2.3 Rezonans Frekansının Üstünde Çalışma Durumu(fa>fr)………………... 59
4.3 Çift Yarım Köprü Seri Rezonans İnvertör………………………………. 61
4.4 Üç Yarım Köprü Seri Rezonans İnvertör……………………………….. 64
4.4.1 Üç Yarım Köprü Seri Rezonans İnvertör Dizaynı……..………………... 68
4.4.2 Üç Yarım Köprü Seri Rezonans İnvertörün PSPICE Benzetimi……..…. 75
BEŞİNCİ BÖLÜM
ÜÇ YARIM KÖPRÜ SERİ REZONANS
İNVERTÖRÜN LABORATUAR ORTAMINDA
UYGULANMASI
5. Üç Yarım Köprü Seri Rezonans İnvertörün Laboratuar Ortamında
Uygulanması………………………………………………………………..
84
5.1 Giriş………………………………………………………………………... 84
5.2. Bobin Tasarımı……………………………………………………..……… 85
5.3 Kontrol Birimi……………………………………………………………... 89
5.3.1 PIC Programlama………………………………......……………………… 89
5.3.2 Sürücü Devre…………………………………….………………………... 97
X
5.4 Deneysel Sonuçlar…...……………………………………………………. 104
5.5 İndüksiyon ısıtma sistemi ile rezistanslı bir ısıtma sisteminin verimlerinin
karşılaştırılması…………………………………………………………….
113
ALTINCI BÖLÜM
SONUÇ VE DEĞERLENDİRME
6. Sonuç ve Değerlendirme..………………….……………………………. 116
6.1 Sonuç ve Değerlendirme………………………………………………… 116
KAYNAKLAR
Kaynaklar……........................................................................................................ 118
EKLER
Ek 1 ………............................................................................................................ 124
Ek 2 ………............................................................................................................ 126
Özgeçmiş…............................................................................................................. 147
XI
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa
Şekil 1.1: Ev tipi indüksiyon ısıtma sistemi blok diyagramı ……..………….. 5
Şekil 2.1: (a) Transformatör eşdeğer devresi, (b) İndüksiyon ısıtma eşdeğer
devresi …………………………………….………………………..
8
Şekil 2.2: Elektromanyetik indüksiyonun meydana gelişi ….………………... 10
Şekil 2.3: Dalma derinliğinin üstel olarak azalması ...………………………... 13
Şekil 2.4: Kaynak frekanslı sistem blok diyagramı ...……………………….... 15
Şekil 2.5: Statik invertör sistemi blok diyagramı ......……………………….... 17
Şekil 3.1: (a) GKİ konfigürasyonu, (b) AKİ konfigürasyonu ..……………..... 21
Şekil 3.2: (a) Yarım köprü GKİ, (b) GKİ’ e ait anahtar ve çıkış gerilimlerinin
dalga şekilleri …………….………………………………………...
22
Şekil 3.3: Akım kaynaklı tam köprü invertör .…………………….......…….... 24
Şekil 3.4: (a) Seri rezonans devresi, (b) Paralel rezonans devresi .………….... 26
Şekil 3.5: Çıkış akımının frekansa bağlı değişimi ………..…….…………….. 28
Şekil 3.6: Gerilim kaynaklı yarım köprü seri rezonans invertör ..…………..... 30
Şekil 3.7: Gerilim kaynaklı yarım köprü seri rezonans inverterin değişik
çalışma durumlarındaki dalga şekilleri ………………………….....
30
Şekil 3.8: Gerilim kaynaklı tam köprü seri rezonans invertör devresi………... 31
Şekil 3.9: Akım kaynaklı yarım köprü paralel rezonans invertör…………….. 32
Şekil 3.10: Akım kaynaklı yarım köprü paralel rezonans inverterin değişik
çalışma durumlarındaki dalga şekilleri……………………………..
33
Şekil 3.11: (a) E sınıfı rezonans invertör, (b) Anahtar iletimde iken E sınıfı
rezonans invertör, (c) Anahtar yalıtımda iken E sınıfı rezonans
invertör……………………………………………………………...
35
Şekil 3.12: Genel kontrol edilebilir anahtar…………………………………….. 36
Şekil 3.13: Yarım köprü invertör……………………………………………….. 40
Şekil 3.14: Endüktif bir akımın anahtarlama konumunda açma kapama işlemi.. 40
Şekil 3.15: Yalıtım koruma devresi…………………………………………….. 43
XII
Şekil 3.16: İletim koruma devresi……………………………………………..... 45
Şekil 3.17: Sıfır akım anahtarlama için anahtar konfigürasyonları…………….. 47
Şekil 3.18: Sıfır gerilim anahtar konfigürasyonu……………………………….. 47
Şekil 4.1: Yarım köprü seri rezonans invertör……………………………….... 50
Şekil 3.12: Genel kontrol edilebilir anahtar…………………………………….. 36
Şekil 3.13: Yarım köprü invertör……………………………………………….. 40
Şekil 3.14: Endüktif bir akımın anahtarlama konumunda açma kapama işlemi.. 40
Şekil 3.15: Yalıtım koruma devresi…………………………………………….. 43
Şekil 3.16: İletim koruma devresi……………………………………………..... 45
Şekil 3.17: Sıfır akım anahtar konfigürasyonları……………………………….. 47
Şekil 3.18: Sıfır gerilim anahtar konfigürasyonu……………………………….. 48
Şekil 4.1: Yarım köprü seri rezonans invertör devresi….………………..….... 50
Şekil 4.2: Yarım köprü seri rezonans invertör anahtarlama sinyalleri………... 51
Şekil 4.3: Rezonans akımının dalga şekli……………………………………... 52
Şekil 4.4: Yarım köprü seri rezonans invertörün çalışma durumları...………... 53
Şekil 4.5: Rezonans frekansının altındaki çalışma durumuna ait dalga şekilleri 59
Şekil 4.6: Rezonans frekansının üstündeki çalışma durumuna ait dalga
şekilleri……………………………………………………………...
60
Şekil 4.7: Çift yarım köprü seri rezonans invertör devresi…...……………….. 62
Şekil 4.8: Çift yarım köprü seri rezonans invertör anahtar tetikleme sinyalleri. 63
Şekil 4.9: Çift yarım köprü seri rezonans invertöre ait rezonans akımlarının
dalga şekilleri………………………..………………………………
64
Şekil 4.10: Üç yarım köprü seri rezonans invertör devresi……………………... 65
Şekil 4.11: Üç yarım köprü seri rezonans invertere ait anahtar tetikleme
sinyalleri…………………………………………………………….
66
Şekil 4.12: Üç yarım köprü seri rezonans invertere ait rezonans akımlarının
dalga şekilleri………………………………………………………..
67
Şekil 4.13: Matlab editöründen görünen dizayn sonuçları……………………... 73
Şekil 4.14: PSPICE ortamında oluşturulan üç yarım köprü seri rezonans
invertör devresi…………..………………………………………….
79
Şekil 4.15: Rezonans akımlarının dalga şekilleri ve maksimum değerleri……... 80
Şekil 4.16: M4 anahtarının sıfır gerilimde anahtarlaması………………………. 81
XIII
Şekil 4.17: M4 anahtar akımının ve geriliminin dalga şekilleri, maksimum
değerleri……………………………………………………………..
82
Şekil 4.18: Rezonans kondansatörleri gerilimlerinin tepe değerleri……………. 83
Şekil 5.1: Üç yarım köprü seri rezonans invertör devresi ….…………………. 85
Şekil 5.2: Dizayn edilen düz spiral tipi bobin ………...………………………. 87
Şekil 5.3: Asimetrik düz spiral tipi bobin……………………………………... 87
Şekil 5.4: Endüktans ve direnç ölçümü için kullanılan paralel rezonans
devresi……………………………………………………………….
88
Şekil 5.5: MPLAB editör penceresi………………………………………….... 91
Şekil 5.6: MPASM editör penceresi…………………………………………... 91
Şekil 5.7: PicUp editör penceresi…………………………………………….... 92
Şekil 5.8: PPK U-1.00 programlama kartı…………………………………….. 92
Şekil 5.9: PIC16F84 mikrodenetleyicisinin görünüşü………………………… 93
Şekil 5.10: PIC16F84 mikrodenetleyicisinden elde edilen kontrol sinyalleri
(a) PIC16F84 mikrodenetleyicisi B portu RB3 çıkışı (Volt/div=1 V,
Time/div=0.1 ms), (b) PIC16F84 mikrodenetleyicisi B portu RB2
çıkışı (Volt/div=1 V, Time/div=50 μs)……………………………..
95
Şekil 5.10: PIC16F84 mikrodenetleyicisinden elde edilen kontrol sinyalleri
(c) PIC16F84 mikrodenetleyicisi B portu RB1 çıkışı (Volt/div=1 V,
Time/div=50 μs), (d) PIC16F84 mikrodenetleyicisi B portu RB0
çıkışı (Volt/div=1 V, Time/div=50 μs)……………………………...
96
Şekil 5.11: TLP2200 pin görünüşü……………………………………………... 97
Şekil 5.12: TLP2200 sürücülerinden elde edilen tetikleme sinyalleri
(a) A1 anahtarı için kullanılan TLP2200 VÇ çıkışı (Volt/div=5 V,
Time/div=50 μs), (b) A2 anahtarı için kullanılan TLP2200 VÇ çıkışı
(Volt/div=5 V, Time/div=50 μs)………………………..…………..
98
Şekil 5.12: TLP2200 sürücülerinden elde edilen tetikleme sinyalleri
(c) A3 anahtarı için kullanılan TLP2200 VÇ çıkışı (Volt/div=5 V,
Time/div=50 μs), (d) A4 anahtarı için kullanılan TLP2200 VÇ çıkışı
(Volt/div=5 V, Time/div=20 μs)……………………………………
99
Şekil 5.13: Transformatör ile bağlantılı kapı sürme devresi……………………. 100
XIV
Şekil 5.14: İzole edilmiş kapı tetikleme sinyalleri (a) A1 anahtarı tetikleme
sinyali VGS1 (Volt/div=5 V, Time/div=50 μs).…………………...…
102
Şekil 5.14: İzole edilmiş kapı tetikleme sinyalleri (b) A2 anahtarı tetikleme
sinyali VGS2 (Volt/div=5 V, Time/div=50 μs), (c) A3 anahtarı
tetikleme sinyali VGS3 (Volt/div=5 V, Time/div=50 μs)……………
103
Şekil 5.14: İzole edilmiş kapı tetikleme sinyalleri (d) A4 anahtarı tetikleme
sinyali VGS4 (Volt/div=5 V, Time/div=20 μs)………………………
104
Şekil 5.15: Laboratuvar ortamında oluşturulan üç yarım köprü seri rezonans
invertör devresi……………………………………………………...
105
Şekil 5.16: Üç yarım köprü seri rezonans invertöre ait rezonans akımlarının
dalga şekilleri (a) Birinci rezonans devresi akımı IL1(Volt/div=5 V,
Time/div=50 μs), (b) İkinci rezonans devresi akımı IL2 (Volt/div=5
V, Time/div=50 μs).………………………………………………...
106
Şekil 5.16: Üç yarım köprü seri rezonans invertöre ait rezonans akımlarının
dalga şekilleri (c) Üçüncü rezonans devresi akımı IL3 (Volt/div=5
V, Time/div=50 μs)…………………………………………………
107
Şekil 5.17: Üç yarım köprü seri rezonans invertöre ait rezonans kondansatörü
gerilimlerinin dalga şekilleri (a) 10 kat küçültülmüş birinci
rezonans kondansatörü gerilimi VC1/10 (Volt/div=5 V,
Time/div=50 μs)………………………………………………….....
107
Şekil 5.17: Üç yarım köprü seri rezonans invertöre ait rezonans kondansatörü
gerilimlerinin dalga şekilleri (b) 10 kat küçültülmüş ikinci rezonans
kondansatörü gerilimi VC2/10 (Volt/div=5 V, Time/div=50 μs), (c)
10 kat küçültülmüş üçüncü rezonans kondansatörü gerilimi VC3/10
(Volt/div=5 V, Time/div=50 μs)…....................................................
108
Şekil 5.18: A2 anahtarına ait 10 kat küçültülmüş drain-kaynak gerilimi VDS2/10
ve kapı-kaynak gerilimi VGS2 (Volt/div=5 V, Time/div=5 μs)….….
109
Şekil 5.19: Değişik çalışma durumlarında her bir ısıtma yükünden elde edilen
güç değişimi..……………………………..…………………………
113
XV
ÇİZELGELER DİZİNİ
Çizelge 3.1: Kontrol edilebilir anahtarların bağıl özellikleri……………………. 38
Çizelge 4.1: ÜYKSRİ’in dizayn ve benzetim sonuçları………………………... 78
Çizelge 5.1: ÜYKSRİ’de ısıtma yüklerinin zamana bağlı sıcaklık değerleri…... 110
Çizelge 5.2: ÇYKSRİ’de ısıtma yüklerinin zamana bağlı sıcaklık değerleri…... 110
Çizelge 5.3: YKSRİ’de ısıtma yüklerinin zamana bağlı sıcaklık değerleri…….. 111
Çizelge 5.4: 200x200x1.4 mm’lik ısıtma yükünden alınan güç değerleri……… 112
Çizelge 5.5: 180x180x0.8 mm’lik ısıtma yükünden alınan güç değerleri……… 112
Çizelge 5.6: 160x160x1.4 mm’lik ısıtma yükünden alınan güç değerleri……… 112
Çizege 5.7: Rezistanslı ısıtıcıdan alınan sıcaklık değerleri…………………….. 114
Çizelge 5.8: İndüksiyon ısıtma sisteminden alınan sıcaklık değerleri…………...

---