Yüksek kapasitans değerleri gerektiren yüksek gerilim uygulamaları
özel kondansatör teknolojileri gerektirir. Yüksek gerilim disk kapasitörleri,
50 kV'a kadar çalışma gerilimi, 5000 pF üzerinde kapasitans, düşük endüktans ve
%0,5'in çok altında bir dağılım faktörü (DF) gerektiren uygulamalarda
kullanılır. Tipik uygulamalar arasında enerji depolama ve lazer boşalması yer
alır. X-ray sistemleri, yüksek gerilim güç kaynakları, parçacık hızlandırıcılar
ve iyon pompaları gibi bir çok uygulamada yarım dalga gerilim katlayıcıları kullanılır. Gerilim katlama için kullanılan bu
devreler iki diyot, iki kapasitör ve bir AC giriş gerilim kaynağından oluşur.
Yarım Dalga Gerilim Katlayıcı
Yarım dalga gerilim katlayıcının devre şeması Şekil 1'de
gösterilmiştir. Pozitif yarım dalga süresince D1 diyotu, içinden akım akacak
şekilde ileri yönde kutuplanmıştır. Bu akım C1 kondansatörüne akar ve onu giriş
gerilimi nin tepe değeri (VM)
‘ne şarj eder. Ancak, D2 diyotu ters yönde kutuplanmış olduğu için C2
kondansatörüne akım akmaz. D2 diyotu C2 kondansatörüne akacak akımı engeller.
Bu nedenle, C1 kondansatörü pozitif yarım dalga sırasında elektriksek yük
olarak dolarken, C2 kondansatörü dolmaz.
Şekil 1: Yarım dalga gerilim katlayıcının devre şeması
Negatif yarım dalga süresince D1 diyotu ters yönde
kutuplanmıştır. Bu nedenle, negatif
yarım dalga süresince C1 kondansatörü dolmaz.
Aksine bu kondansatörde depolanmış
olan yük (Qm) boşalır.
Negatif yarım dalga süresince, D2 ileri yönde kutuplanmıştır,
böylece giriş gerilimi VM ve C1 kondansatörünün
gerilimi VM, C2 kondansatörününün gerilimine eklendiğinden C2 kondansatörü 2 VM
değerine kadar dolar. Bu nedenle, C2 kondansatörü negatif yarım dalga süresince
hem giriş besleme gerilimi VM hem de C1 kondansatöründeki gerilim tarafından doldurulur.
Nihai durumda C2 kondansatörü 2VM büyüklüğünde bir gerilime
sahip olacaktır. Çıkış tarafından devreye
bir yük bağlanırsa, C2 kondansatöründe 2VM gerilim altında depolanmış yük boşalır ve
çıkışa doğru akar.
Bir sonraki pozitif yarım dalga süresince D1 diyotu ileri ve
D2 diyotu tıkama yönünde kutuplanmıştır. Bu nedenle C1 kondansatörü VM’ ye kadar dolarken C2 kondansatörü dolmadan kalır. Ancak C2 kondansatöründe depolanan yük boşalır
ve çıkış yüküne akar. Yarım dalga gerilim katlayıcı böylece çıkış yüküne
2VM'lik bir gerilim sürer.
Excimer lazer
Eksimer lazerin çalışma prensibi, bir eksimer molekülündeki
lazer etkisine dayanır. Bu, etki molekülün bağlı (birleşik) bir uyarılmış ,
ancak itici (ayrışan) bir temel duruma sahip olmasına dayanmaktadır. Ksenon ve
kripton gibi soy gazlar çok inerttir ve normalde kimyasal bileşikler
oluşturmazlar. Bununla birlikte, uyarılmış bir durumda (elektrik boşalmaları veya
yüksek enerjili elektron ışınları tarafından tetiklenme durumunda )
kendileriyle (excimer) veya flor ve klor gibi halojenlerle (exciplex) geçici
olarak bağlı moleküller oluşturabilirler. Bu şekilde uyarılan bağ, fazla
enerjisini kendiliğinden veya uyarılmış emisyonla serbest bırakabilir, bu da
temel durumda çok hızlı bir şekilde (bir pikosaniye mertebesinde) iki tane
bağlanmamış atoma geri ayrışan güçlü bir itici molekülle sonuçlanır. Bunun
sonuncunda da pompalama meydana gelir (Bkz : population inversion ).
Uyarılmış durum bir elektriksel boşalma ile başlatılırsa,
temel devre topolojisi tipik olarak bir kondansatör bankası olan depolama
kondansatörünün bir flaş lambasında kullanılacağı şekilde oluşturulabilir.
Darbeli uygulamalarda kondansatörleri doldurmak için en
yaygın kullanılan yöntemler tam ve kısmi boşalmadır. Adından da anlaşılacağı
gibi, tam boşalmada kondansatör her boşalmada sıfıra kadar boşaltılır. Akabinde akım beslemesi etkinleştirilir, kondansatör
ayarlanan gerilime kadar doldurulur ve boşalma döngüsü tekrarlanır. Yüksek gerilim
kesme anahtarı genellikle bir SCR veya daha yüksek gerilimli uygulamalar için
bir tiratrondur.
Kısmi boşalmada, kondansatörden yüke boşalma esnasında devreyi
açıp kapatmak için katı hal anahtarları kullanılır ve bu durum devre tasarımcısının temin
edilen enerji ile birlikte darbe genişliğini değiştirmesine olanak tanır. Uygun
olarak boyutlandırılan kondansatör genellikle her boşalmada enerjinin yalnızca
küçük bir yüzdesinin kondansatörden eksilmesine olanak sağlayacak kadar büyük
seçilir. Bu nedenle bu durumda "kısmi boşalma" terimi kullanılır.
Her iki durumda da, güç kaynağının boyutunu belirlemek ve
şarj süresini hesaplamak için standart formüller kullanılabilir. Bir uygulama
için gereken enerji miktarını tahmin etmenin en kolay yolu bu formülleri
kullanmaktır.
Sonuç
Disk kapasitörler oldukça basit bir prensibe dayanır, ancak
modern üretim yöntemleri sayesinde çok zorlu uygulamalarda bile tercih
edilmektedirler. Yüksek gerilimde sahip olduğu özellikleri ve kısa dolma
boşalma süreleri sayesinde hızlı bir
şekilde yüksek güç sağlayabilirler ve bu nedenle modern üretim sistemleri için
uygundurlar.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder