İnverterlerde yumuşak anahtarlama tekniklerinin incelenmesi ve bir uygulama devresinin gerçekleştirilmesi
Analysis of soft-switching techniques in inverters and implementation of an application circuit
Yazar: FATİH GENÇ
Danışman: DOÇ. DR. M. HADİ SARUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Yumuşak anahtarlamalı inverter = Soft switching inverter

Özet:
ÖZETYüksek 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 yarıiletken elemanların anahtarlama kayıpları ile elektromanyetik girişim (EMI) ve radyo frekans 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 tezde, inverterlerde yumuşak anahtarlama teknikleri incelenmiştir. Rezonans devreleri yarıiletken ve pasif elemanların stresleri bakımından analiz edilerek karşılaştırılmıştır. Uygulama için paralel rezonanslı DC hat inverter (PRDCLI) topolojisi seçilerek sert anahtarlama ile 10kHz'de çalışması mümkün olmayan bir inverter modülünün bu frekansta çalıştırılması amaçlanmıştır.Devre, temel olarak DC kaynak gerilimi ile yükü birbirine bağlayan bir ana anahtar ve çok kısa bir sürede DC bara gerilimini yumuşak bir şekilde sıfıra düşüren yardımcı devreden meydana gelir. Devredeki bütün yarı iletken elemanlar, tam veya yaklaşık olarak sıfır gerilimde anahtarlama (ZVS) ve/veya sıfır akımda anahtarlama (ZCS) altında iletime girer ve çıkar. Bütün inverter elemanlarının ve inverteri besleyen ana anahtar üzerinde hiçbir ek gerilim stresi oluşmaz. İnverteri besleyen DC bara geriliminin sıfıra düşmesi garanti edilir ve sıfırda kalma süresi ayarlanabilir.Çalışma prensibini doğrulamak için teorik analiz ve simülasyon yapılmıştır. Sonuçlar; 1,5kW, 50 Hz ve 220 V ? etiket değerlerine sahip bir asenkron motoru besleyen IGBT'li bir prototip ile doğrulanmıştır.Sonuç olarak, sert anahtarlama ile çalıştırılamayan inverter modülü yumuşak anahtarlama tekniğini kullanılarak 10khz'de çalıştırılmıştır. İnverter modül sıcaklığında 40 ? C gibi bir düşüş gözlenmiş ve bu koşullarda inverter verimi % 95,3 olduğu görülmüştür.

Abstract:
ABSTRACTPulse 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 and, to increase switching frequency, soft switching (SS) techniques must replace hard switching (HS) techniques.In this thesis, the topologies of resonance inverter have been studied. The resonant circuits have been analyzed and compared in terms of semiconductor and passive element stress. By choosing PRDCLI topology, an IPM module, which is not possible to operate under hard switching technique at 10khz switching frequency, has been aimed to operate at that frequency under soft switching technique.The circuit basically consists of a switch on the main current line and auxiliary circuit which provides the soft decrease of DC link voltage to zero in a very short period of time. All of the semiconductor devices in the circuit are turned on and off under exact or near zero voltage switching (ZVS) and/or zero current switching (ZCS). No additional voltage stresses on the inverter devices and the main switch feeding the inverter occur. DC link voltage feeding the inverter is guaranteed to drop zero and the time period during which this value remains zero can be adjusted.In order to verify operational principles, the PRDCL inverter has been simulated and theoretically analyzed. All results have been verified with a PRDCLI prototype feeding an induction motor with values of 1.5 kW, 50 Hz and 220 V ? .Consequently, IPM module has been successfully operated at 10khz switching frequency under soft switching technique. A decrease of about 40 ? C has been observed in the operation temperature of IPM module. Under this condition, efficiency of soft switched inverter is about 95.3%.