Tesisat Dergisi 206. Sayı (Şubat 2013)

104 Tesisat Dergisi Say× 206 - ûubat 2013 MAKALE fanlar×, AC filtre kapasitörleri, Çevrim fanlar×. Kritik parçalar listesinde deùer kayb× analizleri temel al×narak, IGBT’ler ve DC Bara kapasitör- ler, ALT planlar×na odaklanmak üzere seçilir. Seçim, FMEA tasar×m×, bileüen deùer kayb× ve güvenilirlik tahminleri incelenerek yap×l×r. Fanlar, AC filtresi ve DC Bara Kapasitörlerin- de, tedarikçi verileri, elektrik ve termik gerilim koüullar× ve ( η ) ve eùim ( β ) ile karakteristik kullan×m ömrü temel al×narak ek güvenilirlik hesaplamalar× gerçekleütirilir. 4. ALT Testi Güvenilirlik hesaplamalar× temel al×narak mühendisler ve bileüen tedarikçileri ile ger- çekleütirilen görüümelerde IGBT ve DC Bara kapasitörünün eskimesi, ürün eskimesinin ana etmeni olarak tan×mlanm×üt×r. Bu nedenle redresör köprüsü ALT plan×, IGBT eskimesini dikkate alacak üekilde bir alt sistem düzeyi ALT olarak ve DC Bara kapasitörü eskimesini dikkate alacak üekilde bir sistem düzeyi ALT plan× olarak tasarlanm×üt×r. Her iki ALT plan×nda, %80 oran×nda bir güve- nilirlik hedefi ve köprü için 6 ve sistem için 2 örnek boyut s×n×rlamas× belirledik. Bu pilot ça- l×ümada temsili kullan×m ortam× hava durumu için Güney Ontario bölgesi seçilmiütir. 4.1 Redresör köprüsü alt sistemi ALT IGBT’ler, Güneü Enerjisi Redresörlerinde termik marj ile tasarland×klar×ndan, termik döngü, es- kimeye neden olan ana gerilim faktörüdür. Ter- mik döngü kaynakl× ar×za nedenlerinden ger- çekleüme olas×l×ù× en yüksek olan ikisi, baù teli yorgunluùu ve lehimli baùlant× yorgunluùudur. Yüksek çal×üma s×cakl×klar×, malzeme yoùun- luùu ve yay×lmaya neden olan termik genleüme uyumsuzluùu katsay×s× nedeniyle monte edilen malzemelerin hareketliliùini art×r×r. Köprü testi plan×, büyük ölçüde IGBT eskime- sine neden olan ana gerilim faktörü olarak s×cakl×k döngüsü temel al×narak oluüturulmuü- tur. Bu uygulaman×n karakteristik bir özelliùi olmayan baù teli yorgunluùuna, h×zl× anahtar- lama uygulamalar×nda daha fazla rastlan×r. Bu nedenle lehimli baùlant× yorgunluùunun ana faktör olmas× beklenmelidir. Bu çal×ümada test süresini belirlemek için Güney Ontario verileri incelenmiü ve Coffin-Manson denklemi ve te- darikçinin saùlad×ù× parametre temel al×narak ALT plan× h×zland×rma faktörü (AF) hesaplan- m×üt×r. n, örnek boyutu, C, örneklemenin güvenilirliùi (tip I hata veya alfa istatistiksel hata), m, test edilen örneùin kullan×m ömrü say×s×, R , süreç içinde baüar×l× çal×üman×n güvenilirliùi veya olanakl×l×ù×d×r. Maliyet nedeniyle örnek say×- s×n× 6 ile s×n×rland×rarak, ALT plan× için %80 güvenilirlik ve %74 güven sergileyebiliyoruz. ALT plan× üu üekilde özetlenebilir: 6 Köprü- nün, bir birimin ar×zas×z bir üekilde çal×ümas× durumunda %80 güvenilirlik ve %74 güven sergileyeceùi Ontario 90. yüzdelik dilim hava koüullar×nda 10 y×ll×k s×cakl×k döngüsü simüle edilerek, -40°C - 90°C aras×nda 108 döngü gerçekleütirecek üekilde ayarlanan bir test hücresi içinde test edilmesidir. 4.2 Redresör köprüsü sistemi ALT Birçok ar×za nedeni, sistemin çökmesini saùla- mak için adeta yar×ü içindedir. Belirli oranlarda yüksek s×cakl×k, nem, ak×m ve gerilim sapmas× deùerleri alt×nda en olas× ar×za nedenleri aüa- ù×dakileri içerir: metal migrasyonu, korozyon, elektro-migrasyon ve zamana baùl× dielektrik aksamalar ve diùerleri. Bu yaz×da daha önce sözünü ettiùimiz gibi, sis- tem seviyesi ALT plan×nda genellikle DC bara kapasitörlerinin eskimesine odaklan×lsa da Redresör köprüsü fanlar×, Endüktör fanlar×, AC filtresi kapasitörleri, Sirkülasyon fanlar× da bu test boyunca eskimeye devam etmektedir. Red- resör gibi karmaü×k bir sistemde, sistemin kul- lan×m ömrünü s×n×rlayan bask×n bir ar×za nedeni bulunuyor olabilir. Bu test, ar×za planlanan test s×ras×nda gerçekleüirse veya test süresi ar×za gerçekleüene kadar uzarsa, bu ar×zan×n nedeni- ni ortaya ç×karan kan×tlar bulmaya odaklan×r. 831 .3 c T 10 N ' 831 .3 t u t u T T N N AF ¸¸ ¹ · ¨¨ © § ' ' (6) (7) Tc, IGBT bak×r kaide plakas×n×n s×cakl×ù× ve N , %1 hata oranl× döngü say×s×d×r. Bu say×y×, 2,3 olarak varsay×lan (zaman içinde kademeli bir metal yoùunluùu göz önünde bulundurularak, [3] çal×ümas× temel al×narak ve Weibull++ daù×t×m× kullan×larak) β deùeri ile birlikte kul- lanarak, ortalama ar×za süresi daù×t×m× say×s×- n× tahmin edebiliriz. Denklem (4) ve (6) ile h×zland×rma faktörünü hesaplamak için: N, u (kullan×m seviyesi) ve t (test seviyesi) s×cakl×ù×nda döngü say×s×, ¨T , u (kullan×m seviyesi) ve t (test seviyesi) koüullar×ndaki s×cakl×k döngüsüdür. Güney Ontario hava du- rumu istasyonlar×ndan al×nan 20 y×ll×k verilere dayanarak, çevre verilerini aüaù×daki üekilde hesaplad×k. Verilerin elde edildiùi hava duru- mu istasyonlar×: Toronto, Londra, Gatineau, Ottawa, Peterborough, Sarnia, Sudbury, Ann Arbor, Detroit, Flint. Tablo 1. Güney Ontario Bölgesi Hava Durumu- nun (¨T) Temel Al×nd×ù× AF Hesaplamas× 480Vdc deùerinde çevresel ¨Tc AF B=-3,831 10 y×ll×k test döngüsü Ontario ¨Tc 90. yüzdelik dilim, 69,6°C 34 107 Ontario ¨Tc 50. yüzdelik dilim, 63,5°C 48,6 75 Ayr×ca, çevresel hücrenin -40°C’den (güç kapa- l×) +90°C’ye (tam güçte) ç×kart×lmas×yla, IGBT muhafaza s×cakl×ù× -40°C’den 135°C’ye yükse- lir. Bu nedenle, Ontario hava durumu verilerinin 90. yüzdelik dilimi için AF deùerini 34 olarak alacaù×z. H×zland×rma faktörünün yeniden he- saplanmas×n×n, bulut miktar×na baùl× olarak IGBT’deki mini s×cakl×k farkl×l×klar×n× dikkate alacak üekilde yap×ld×ù×n×, ancak genel etkinin minimum olduùunu unutmay×n. ALT plan× için güven seviyesini hesaplarken, köprülerdeki test s×ras×nda çal×üman×n ar×zas×z olacaù×n× varsa- yarak, örnek formülünü temel alan geniületilmiü baüar× testi üstel daù×t×m×n× kulland×k: R Inm c1 In n (8) Tablo 2. Ontario Hava Durumu Verilerini Temel Alan AF Hesab× Ontario Hava Durumu AF 10 Y×ll×k Test Saati 90. yüzdelik dilim, 30°C/%90 RH 19 4.660 50. yüzdelik dilim, 15°C/%70 RH 241 364 Tablo 2 ’de görüldüùü üzere, test maliyeti göz önünde bulundurulduùunda, ALT plan için test saatleri 50. yüzdeli dilim hava durumu verileri temel al×narak hesaplanm×üt×r. Sistemin karü×- laüacaù× s×cakl×k ve nem deùerleri sabit olma- yacak ve günlük ve mevsimlik deùiüimlerde en yüksek deùerlere maruz kalma zaman içinde k×s×tlanacakt×r. Bu iki gerilim faktöründe daha yüksek deùerleri karü×laman×n test edilmesi, test sonuçlar×n×n kullan×m koüullar×na çevril- mesi için ek marj saùlar.