300 A evirici tip kaynak makinesi için akım modlu denetleyici tasarımı
Current mode controller design for 300 A  inverter type welding machine
Yazar: CANSU ÖZTÜRK YILMAZ
Danışman: PROF. DR. MEHMET TİMUR AYDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde elektrik ark kaynak makinalarının kullanım alanları gittikçe artmaktadır. Bu makinaların kalbinde yüksek frekansta anahtarlanan bir güç elektroniği dönüştürücüsü bulunmaktadır. Bu dönüştürücü tarafından üretilen yüksek frekanslı AA gerilim, yüksek frekanslı bir transformatörün sekonderindeki doğrultucu tarafından doğrultularak yüke uygulanır. Kaynak makinalarında gerilimden çok arkı oluşturan akım önemli olduğundan, akımın denetimi gerekmektedir. Akımı istenen değerde sabit tutmak için DA-DA dönüştürücünün doluluk oranı kontrol edilir. Bu tez kapsamında kaynak akımı 300 A olan bir kaynak makinasının tasarımı gerçekleştirilmiştir. T.C. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenen bir SANTEZ projesi çerçevesinde yürütülen çalışmanın uygulaması proje ortağı kuruluş tarafından gerçekleştirildiği için tez çalışmasında uygulama sonuçlarına yer verilmemiş, yalnızca benzetim sonuçları ve denetleyici tasarımı sunulmuştur. DA-DA dönüştürücü olarak basitliği ve transformatörde doyma sorunu yaşatmaması nedeniyle ikili ileri yön dönüştürücü yapısı seçilmiştir. Bu dönüştürücülerden iki tanesi girişleri seri, transformatör sekonderleri paralel olacak biçimde bağlanmış, böylece anahtarların akım ve gerilim değerlerinin düşük olması sağlanmıştır. Akım modlu denetleyici olarak PI denetleyici seçilmiştir. Denetleyici tasarımı için devrenin küçük işaret modeli elde edilmiş ve transfer fonksiyonları üretilmiştir. Önerilen sistemin uygulanabilir bir çözüm olabileceğini göstermek için hem güç katının hem de denetleyici devresinin benzetim çalışmaları LTspice ve MATLAB SIMULINK programlarıyla yapılmıştır. Çeşitli dengesizlik durumları için yapılan benzetimler tasarlanan denetleyicinin başarılı olduğunu göstermektedir.

Abstract:
Electric arc welding machines have been increasingly used in several areas. At the heart of these machines are high frequency switching power electronic converters. The high frequency AC voltage generated by these converters are rectified by a converter at the secondary side of a high frequency transformer before applied to the load. Rather than the voltage, the current that produces the ark is important in welding machines and therefore it's control is required. The duty cycle ratio of the converter switches are controlled to keep the current at the required level. A 300-A welding machine has been designed in this thesis as part of a SANTEZ project supported by the Turkish Ministry of Science, Industry and Technology. The experimental work has been carried out by the project partner and therefore only the simulation and controller design work have been presented here. Dual Forward Converter has been selected as the power converter due to its simplicity and inherent capability for preventing the saturation of the transformer. Two of these converters have been connected to have series inputs and parallel outputs to reduce the device voltage and current stresses. PI controller has been selected as the current-mode controller. Small signal model of the complete circuit has been developed to design controller and to obtain the transfer functions. The simulation of the hardware and the controller has been carried out in LTspice and MATLAB SIMULINK to show that the suggested solution is applicable. Various unbalanced conditions have been simulated to show the effectiveness of the controller.