Çift aktif köprülü dönüştürücünün çalışması, analizi, tasarımı ve kontrol şemalarının karşılaştırılması
Operation, analysis, design and comparison of control schemes of dual active bridge converter
Yazar: ÜNAL ORDU
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ALİ USTA
Giresun Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Güç elektroniği = Power electronics ; Güç çeviriciler = Power converters ; Kontrol yöntemleri = Control methods ; Kıyıcılar = Choppers ; Modelleme = Modelling

Özet:
Bu tez çalışmasında, son zamanlarda endüstriyel uygulamalarda çokça yer edinen çift aktif köprülü (DAB) dönüştürücüler ele alınmıştır. Popüler DA-DA güç dönüşümü uygulamalarında kullanım alanları hakkında kısa bir tartışma yapılmıştır. Detaylı bir sürekli durum analizi yanı sıra çalışması, yumuşak anahtarlama geçişleri ve bölgesi üzerine araştırmalar yapılmıştır. Ayrıca bu çalışmada, dönüştürücü tasarımı için bazı önemli hususlar üzerinde durulmuş ve iki farklı örnek tasarım verilmiştir. Tasarlanan dönüştürücüler üzerinde benzetim çalışmaları yapılarak sürekli durum analizleri doğrulanmıştır.
Kararlılık analizi, denetleyici tasarımı ve durum geribeslemeli kontrol yöntemlerinde kullanılmak üzere bir dönüştürücü modeli sunulmuştur. Modelleme genelleştirilmiş ortalama alma tekniği kullanılarak elde edilmiştir. Üretilen modelin doğrulanması için hem frekans hem de zaman uzayında benzetimler gerçekleştirilmiştir. Ayrıca hem anahtarlamalı hem de parametrik modele küçük sinyal değişkenlerin kullanıldığı basit bir geribeslemeli kontrol de uygulanmıştır. Yapılan benzetim çalışmasından elde edilen her iki model çıkışları karşılaştırılmış ve böylece kapalı çevrim yanıtları üzerinden modelin üçüncü bir doğrulaması daha gerçekleştirilmiştir.
Dönüştürücü kontrol şemaların tartışması, geleneksel oransal-integral (PI) kontrolör tabanlı yöntemler üzerinden gerçekleştirilmiştir. Seçilen beş farklı kontrol şeması ve dahası hakkında detaylı açıklamalar yapılmıştır. Her kontrol şeması için üç farklı çalışma senaryosu belirlenerek benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar geçici yanıt ve dinamik performans üzerinden değerlendirilmiştir. Ayrıca, bu şemaların bir karşılaştırması yapılmış ve ele alınan kontrol stratejilerinden en iyi dinamik performansı veren şema belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, Dual Active Bridge (DAB) converters, which have gained a lot of places in industrial applications recently, are addressed. A brief discussion has been made on the areas of usage in popular DC-DC power conversion applications. A detailed steady-state analysis as well as research on its operation, soft switching transitions and region have been carried out. In addition, some important issues for converter design have been emphasized and two different exemplary designs have been given in this study. The steady-state analyses have been verified by performing simulation studies on the designed converters.
A converter model is presented for use in stability analysis, controller design, and state feedback control methods. Modeling has been achieved through the generalized averaging technique. Simulations were carried out in both frequency and time domains to verify the produced model. In addition, a simple feedback control using small signal variables was also applied to both the switching (non-parametric) and parametric models. Both model outputs obtained from the simulation study were compared and thus a third verification of the model has been realized through closed-loop responses.
The discussion of control schemes is established through conventional proportional-integral (PI) controller-based methods. Detailed explanations and more have been made of five different control schemes selected. Three different operating scenarios were determined for each control scheme, and simulations were conducted. The obtained results have been evaluated based on their transient response and dynamic performance. Furthermore, a comparison of these schemes has been made, and the scheme that gave the best dynamic performance was determined among the control strategies considered.