Asenkron motor kontrolü için yeni bir rezonanslı DC hatlı inverterin geliştirilmesi ve bir uygulama devresinin gerçekleştirilmesi

Abstract

ÖZET Yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontrol kolaylığı nedeniyle darbe genişlik modülasyonu (PWM) tekniği endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha yüksek güç yoğunluğu ve daha hızlı geçiş cevabı için çalışma frekansının yükseltilmesi gerektiği, fakat bu durumda yan iletken elemanların anahtarlama kayıpları ile elektromanyetik girişim (EMİ) ve radyofrekans girişimi (RFI) gürültülerinin arttığı bilinmektedir. Bu kayıp ve gürültülerin düşürülmesi ve frekansın yükseltilebilmesi, ancak sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) tekniklerinin kullanılmasıyla sağlanabilmektedir. Bu düşünce son yirmi yıl içerisinde cazibesini gittikçe artan bir şekilde sürdürmüş ve sürdürmeye devam etmektedir. Bu tezde, asenkron motor hız kontrolü için, yeni bir aktif bastırmalı paralel rezonans geçişli de hat (ACQPRDCL) devresi ve geliştirilen bir PWM kontrol yöntemi ile gerçekleştirilen, yeni bir yumuşak anahtarlamalı inverter (SSI) sunulmaktadır. İnverterin S S altında ve PWM kontrolü ile çalışmasını sağlayan bu yeni ACQPRDCL devresi, aynı zamanda oldukça basit yapılı ve kolay kontrollüdür. Sunulan aktif bastırmalı paralel rezonans geçişli de hatlı inverter (ACQPRDCL!) sisteminde, bütün yan iletken elemanlar tam veya yaklaşık sıfır gerilimde anahtarlama (ZVS) veya sıfır akımda anahtarlama (ZCS) altında kapanır ve açılır. Bütün inverter elemanları ile inverted besleyen ana anahtar üzerinde hiçbir ek gerilim stresi oluşmaz. İnverteri besleyen de bara geriliminin sıfıra düşmesi garanti edilir ve sıfırda kalma süresi ayarlanabilir. Önerilen ACQPRDCLI sisteminin detaylı bir kararlı durum analizi yapılmıştır. Bu teorik analiz, 220 VA, 50 Hz ve 1,5 kW değerlerine sahip olan bir asenkron motoru besleyen IGBT' li bir prototip ile doğrulanmıştır. Sert anahtarlamalı duruma göre, sunulan sistemde ACQPRDCLI devresi güç kaybının % 45 civarında azaldığı görülmüştür. Anahtar Terimler : Yumuşak anahtarlama, rezonanslı de hat ve yumuşak anahtarlamalı inverter.

ABSTRACT Pulse width modulation (PWM) technique has been widely used in industry due to its high power density, fast transient response and ease of control. Working frequency must be increased in order to obtain higher power density and faster transient response but in that case electromagnetic interference (EMI) and radiofrequency interference (RFI) noises and switching losses in semi-conductor devices increase as well. In order to decrease these noises and losses, soft switching (SS) techniques must replace hard switching (HS) techniques. This approach has been very popular for the last 20 years and continues to be so. In this thesis a new soft switching inverter (SSI) that has been realized with an improved PWM control strategy and with a new active clamped parallel resonant dc link (ACQPRDCL) circuit is presented. The proposed ACQPRDCL circuit that enables the inverter to work under SS with PWM control has simple structure and ease of control. In the presented active clamped parallel resonant dc link inverter (ACQPRDCLI) system, all semi-conductor devices are turned on and off under zero voltage switching (ZVS) or zero current switching (ZCS) exactly or approximately. Neither the inverter devices nor the main switch feeding the inverter are subjected to additional voltage stress. DC link voltage feeding the inverter is guaranteed to drop zero and the time period during which this value remains zero can be adjusted. A detailed steady state analysis of the proposed ACQPRDCLI system has been carried out. This theoretical analysis has been verified with a ACQPRDCL prototype feeding an induction motor with values of 1,5 kW, 50 Hz and 220 V A. As compared to hard switching, the overall power loss of the presented ACQPRDCLI system has decreased approximately 45 %. Keywords : Soft switching, resonant dc link and soft switching inverter.