Distorsiyonlu giriş gerilimlerinde UVM kontrollü matris dönüştürücünün performansının iyileştirilmesi
Performance improvement of matrix converter controlled with SVM on the distorted input voltages
Yazar: HULUSİ KARACA
Danışman: DOÇ. DR. RAMAZAN AKKAYA
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Sayısal işaret işleyicisi = Digital signal processor

Özet:
Elektrik gücünün farklı formlara dönüştürülmesi, güç elektroniğinin en önemli konusudur. Dönüştürme işlemlerinin en önemlilerinden birisi AC-AC dönüştürücüler tarafından gerçekleştirilen güç dönüşümüdür. Bu dönüştürücülerde genellikle sabit genlik ve frekanslı AC gerilim, önce DC gerilime daha sonra tekrar farklı frekans ve genlikli AC gerilime dönüştürülmektedir. Son yıllarda, geleneksel AC-AC güç dönüştürücülerinin yerini almaya aday olan ve doğrudan AC-AC güç dönüşümü yapabilen matris dönüştürücüler üzerine yoğun çalışmalar yapılmaktadır. Bu teknoloji, geleneksel inverter temelli dönüştürücülerde kullanılan reaktif enerji depolama elemanlarına (büyük boyutlu C ve L) olan ihtiyacı ortadan kaldırdığından küçük boyutlu dönüştürücüler tasarlanabilmektedir. Ayrıca iki yönlü anahtarlar kullanılmasından dolayı şebekeye enerji geri dönüşümü yapılabilmektedir. Matris dönüştürücünün diğer önemli özellikleri ise, giriş ve çıkış akımlarının sinüzoidal olması, yükten bağımsız bir şekilde güç faktörünün ayarlanabilmesi ve dört bölgeli çalışmaya izin vermesidir. Ancak bu özelliklerinin yanında matris dönüştürücüler, AC-DC-AC dönüştürücülere göre daha çok güç anahtarına ihtiyaç duyması, karmaşık anahtarlama yapısına sahip olması, maksimum çıkış geriliminin giriş geriliminin %86,6'sı ile sınırlı olması ve şebeke tarafındaki herhangi bir bozukluğun doğrudan çıkışa yansıması gibi dezavantajlara sahiptir.Bu tez çalışmasında, öncelikle matris dönüştürücünün yukarıda bahsedilen dezavantajlarının üstesinden gelebilmek için Uzay Vektör Modülasyonu (UVM) metoduyla kontrol edilen bir matris dönüştürücünün simülasyonu yapılmış ve daha sonra sabit genlik ve frekanslı üç fazlı şebekeden değişken genlik ve frekansta üç fazlı AC çıkış gerilimleri elde etmek için TMS320F2812 sayısal işaret işlemcisi kullanılarak UVM metoduyla kontrol edilen bir matris dönüştürücü pratik olarak gerçekleştirilmiştir. Bu dönüştürücünün simülasyon ve deneysel sonuçlarının uyum içinde olduğu görülmüştür.Ayrıca giriş gerilimindeki bozukluğun çıkışa yansımasını azaltmak ve sistemin çıkış performansını iyileştirmek için iki adet yeni kompanzasyon metodu önerilmiştir. Bunların ilki, bulanık mantık kontrolör temelli geri beslemeli kompanzasyon metodu; diğeri ise, literatürde adı geçen ileri beslemeli kompanzasyon metodu ile önerdiğimiz bulanık mantık temelli kompanzasyon metodunun birlikte kullanıldığı hibrid kompanzasyon metodudur. Önerilen kompanzasyon metotlarının etkinliğini göstermek için 100 Hz'e kadar tüm çıkış frekanslarında matris dönüştürücünün çıkış akımının toplam harmonik distorsiyonları (THD) ölçülmüş ve elde edilen sonuçlar, kompanzasyonsuz ve ileri beslemeli kompanzasyon metotlarının sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Önerilen metotların distorsiyonlu giriş gerilimi koşulları altında, matris dönüştürücünün çıkış akımında meydana gelen harmonikleri önemli ölçüde azalttığı ve sistemin çıkış performansını iyileştirdiği gerçekleştirilen simülasyon çalışmalarıyla doğrulanmıştır.

Abstract:
Converting electric power to different forms is the most important topic in power electronics. One of the most significant conversion processes is power conversion performed by AC-AC converters. In AC ?AC power converters, firstly, AC voltage with constant amplitude and frequency is usually converted to DC voltage, and then back to AC voltage having different amplitude and frequency. In recent years, a large number of studies have focused on the matrix converter which is a candidate to replace the conventional AC-AC power converters and can directly perform power conversion. Because this technology eliminates need for reactive energy storage components (large size capacitors and inductors) used in the inverter based converters, the compact converters can be designed. In addition, the energy regeneration can be done to the mains thanks to bidirectional power switches. The other attractive features of the matrix converters are that they have sinusoidal input and output currents, they have adjustable power factor independent of load, and they are able to operate in four-quadrant. Besides these advantages, the matrix converters have some disadvantages such as needing more power switches than AC-DC-AC converters, having complex switching pattern, limiting the amplitude of maximum output voltage to 86.6% of input voltage, and directly reflecting any distortion on mains to output.In this thesis, to overcome these disadvantages of matrix converter, firstly some simulations of matrix converter controlled with space vector modulation (SVM) method have been performed. Afterwards experimental setup has been implemented using TMS320F2812 digital signal processor to obtain three phase output voltages from three phase supply with constant amplitude and frequency. Simulation and experimental results of this converter have been found to be in compliance with each other.Furthermore, two different compensation methods have been proposed in order to reduce the effect of distorted input voltage on output side and improve the output performance of the system. The first method is fuzzy logic controller based feedback compensation method. The latter is a hybrid method of the proposed method and the feed-forward compensation researched in the literature. To demonstrate effectiveness of proposed compensation methods, total harmonic distortion of output current of matrix converter for all frequencies up to 100 Hz has been calculated, and obtained results from proposed compensation methods have been compared with results of uncompensated method and feed-forward compensation method. The implemented simulations proved that proposed methods can considerably reduce harmonic contents on output current of matrix converter and improve the output performance of the system under distorted input voltage conditions.