Yumuşak anahtarlamalı üç seviyeli eviricilerin incelenmesi

Abstract

Malzeme teknolojisinde kaydedilen ilerlemelerle beraber güç elektroniği devrelerinin maliyet ve boyutları da iyileştirilmiş ve solid-state dönüştürücüler enerji sistemlerinin vazgeçilmez donanımları haline gelmiştir. Motor güçlerinin de çağa uygun olarak büyümesiyle yüksek güçlü sürücü sistemlerinin ihtiyacı artmış, bunun sonucu olarak da motor sürücüleri olarak kullanılan eviriciler geliştirilerek çok seviyeli evirici topolojisi geliştirilmiştir. Az sayıda devre elemanı kullanılarak oluşturulması, kontrol kolaylığı ve diğer bariz üstünlükleri olması sebebiyle de özelikle üç seviyeli eviriciler önemli bir alternatif haline gelmiştir.Güç elektroniği topolojilerinde güç yoğunluğunun arttırılması amacıyla yüksek anahtarlama frekansına sahip uygulamalar yaygınlaşmaktadır. Ancak frekansla orantılı olarak artan anahtarlama kayıpları, devre verimini düşürmektedir. Bu sebeple yumuşak anahtarlama teknikleri geliştirilmiş ve tüm topolojilere uygulanmaya başlanmıştır. Yumuşak anahtarlamalı üç seviyeli eviriciler, yakın bir tarihte gündeme gelmiş ve kısa süre içerisinde üzerinde oldukça önemli çalışmaların yapıldığı, uygulamalar için ideal topolojilerden birisi haline gelmektedir. İlave eleman ve kontrol zorluğuna sebep olmayan bastırma hücrelerinin geliştirilmesi sonucu, devre gücü ve frekansını etkin şekilde yükselten tasarımlar gerçekleştirilmektedir.Bu tez çalışmasında öncelikle çok seviyeli ve üç seviyeli eviriciler, yumuşak anahtarlama ve kontrol teknikleri hakkında bilgi verilmiş, ardından literatürde yer alan üç seviyeli evirici topolojileri tanıtım amacıyla incelenmiş ve son olarak üç seviyeli ZVZCS bir eviricinin tam analizi verilerek PSIM simülasyonu yapılmıştır.Bu konunun seçilmesindeki amaç, motor kontrolü gibi endüstriyel uygulamaların yanı sıra, başta güneş enerjisi santralleri olmak üzere alternatif enerjili sistemlerde yaygın bir şekilde kullanımı olan eviricilerde yüksek verim ve frekanslarda çalışabilme olanağı sağlayan yumuşak anahtarlamalı üç seviyeli eviricilerin tanıtılmasıdır.

Developments on material science provided great advantages to the solid-state converters such as minimized size and lower costs. As a result, solid-state converters have become indispensable devices for energy systems. Thus, in accordance with the increased motor powers, high-power driver systems have become the most important and most-preferred motor drive systems. So, lots of inverter topologies have been developed and still there are lots of ongoing studies. Usage of a few component, easy control and the other advantages of three-level (3L) inverters make them an important alternative between converters.High frequency studies in order to obtain higher power density became widespread. However, higher frequency causes higher switching losses and lower the efficiency of topology. Thus, soft switching techniques were developed and they have been applied to all topologies. Soft switching three level inverters (S3L) have came up in recent times and become one of the most worked-on topologies. By using active auxiliary circuits which does not require an additional control signal or passive auxiliary circuits, frequency and output power of circuits are increased effectively.This study presents a general knowledge about multi-level and three-level inverters, soft switching and control techniques and then analysis of three level inverters those exist in the literature. At last, a zero-voltage-zero-current-switching (ZVZCS) three level inverter is fully analyzed and simulated on PSIM.The aim of working on this subject is to introduce soft switching three level inverters which are an important alternative for alternative (especially solar) energy systems in addition to high-power industrial systems.