Anahtarlama elemanı sayısı ve harmonik optimizasyonu ile bir fazlı çok seviyeli evirici tasarımı
Design of a single phase multilevel inverter by performing switching element number and harmonic optimization
Yazar: ERSOY BEŞER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. BİROL ARİFOĞLU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Eviriciler = Inverters ; Harmonikler = Harmonics

Özet:
Bu tez çalışmasında öncelikle çok seviyeli eviriciler hakkında günümüze kadar yapılan çalışmalar incelenmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda var olan çok seviyeli evirici yapılarından farklı olarak bir fazlı çok seviyeli evirici tasarımı yapılmıştır. Önerilen evirici yapısı, anahtarlama elemanı ve anahtarlama sayısı bakımından literatürde yer alan yapılar ile karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sırasında elde edilen sonuçların olumlu çıkması neticesinde önerilen evirici yapısının simülasyon çalışmalarına geçilmiştir. Simülasyon çalışmaları sonucunda önerilen evirici yapısının uygulanabilirliği tespit edildikten sonra eviricinin prototipi imal edilmiştir. İmalatı yapılan prototip, omik, endüktif ve kapasitif yük durumlarında pratik olarak çalıştırılarak çıkış akımı (i0), çıkış gerilimi (V0), toplam harmonik bozunumu (THB) gibi parametrelerin ölçümleri yapılmıştır.Önerilen evirici yapısında bulunan yarıiletken elemanların tetikleme açılarını belirlemek amacıyla bir formül geliştirilmiştir. Geliştirilen formül yardımıyla elde edilen tetikleme açıları kullanılarak evirici için deneysel ölçümler yapılmıştır.Çok seviyeli eviricilerde kullanılmak üzere evirici çıkış geriliminin THB değeri için genelleştirilmiş formül elde edilmiştir. Bu formül yardımıyla THB değeri tetikleme açılarına ve seviye katsayılarına bağlı olarak kolaylıkla bulunabilmektedir. Ayrıca genelleştirilmiş THB formülü kullanılarak THB değerini minimize etmek amacıyla dört farklı yöntem ile harmonik optimizasyonu yapılmıştır. Yapılan harmonik optimizasyonu neticesinde minimum THB değerini veren tetikleme açıları ve seviye katsayıları elde edilmiştir. Ayrıca geliştirilen formül yardımıyla bulunan tetikleme açıları kullanılarak elde edilen çıkış geriliminin THB değerinin, harmonik optimizasyonu sonucunda elde edilen minimum THB değerine yakınsadığı yapılan analiz, simülasyon ve deneysel çalışmalarda görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, existing studies about multilevel inverters are examined. Based on these studies, a single phase multilevel inverter that is different from existing structures is designed. The designed inverter is compared to existing structures in terms of switching elements and switching number. After obtaining positive results in comparisons, simulation studies are performed. Proposed inverter is verified by means of simulation studies then a prototype is manufactured. Prototype is tested for resistive, inductive and capacitive loads. During the tests, output current (i0), output voltage (V0) and total harmonic distortion (THD) parameters are measured.A formula is structured to determine switching angles of semiconductor switching elements. The formula is used for switching angles during the experimental studies.Another formula is formed to calculate THD value of output voltages for multilevel inverters. By this formula THD value is easily obtained based on switching angles and level coefficients. Harmonic optimization is also performed with four different methods by using generalized THD formula for minimizing THD value. Switching angles and level coefficients providing minimum THD value are obtained through harmonic optimization. As a result, analyses, simulation and experimental studies show that THD value of output voltage by using switching angles is considerably converges to minimum THD value.