Güç elektroniği dönüştürücülerinde endüktans tasarımı ve optimizasyonu
Inductor design and optimization in power electronics converters
Yazar: AREN SEMERCİYAN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. A. FARUK BAKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dönüştürücüler = Transformers ; Elektrik mühendisliği = Electricity engineering ; Endüktans = Inductance ; Güç elektroniği devreleri = Power electronic circuits ; Manyetizma = Magnetism ; Optimizasyon = Optimization ; Tasarım = Design

Özet:
Güç elektroniği dönüştürücülerinde kullanılan endüktansların tasarım ve optimizasyonu, dönüştürücü verimi, güç yoğunluğu ve ekonomik kriterler açısından oldukça önemlidir. Biot-Sawart, Amper, Gauss, Tesla, Faraday, Lenz, Lorentz ve Maxwell gibi bilim adamları elektromanyetik alan teorisinin temelini oluşturmuşlardır. Ancak çağımızın gereksinimlerine cevap verebilecek tasarımlar için teorik altyapının anlaşılması ile birlikte verimliliğin ve ekonomik kriterlerin de dikkate alınması gerekir.Bu tez çalışmasında manyetizma, endüktans, transformatör ve nüve konularındaki kaynaklar incelenmiş, teorik bilgiler derlenerek matematiksel ifadeler verilmiştir. Kayıpları azaltacak çözümler ve verimi artıracak yöntemler incelenmiştir. Optimizasyon çalışmalarına ışık tutacak yöntemler tartışılmıştır. Literatürde mevcut olan bilgiler sentezlenerek tasarım detayları verilmiştir. Teorik çalışmaların sonuçları dikkate alınarak, güç elektroniği dönüştürücülerinde kullanılan endüktans ve transformatörlerin tasarımları için bir temel oluşturulmaya çalışılmıştır. Özellikle bakır ve nüve kayıplarını önemli ölçüde etkileyecek, sarım sayısı, sargıların dağılımı, hava aralığı, nüve boyutu, nüve malzemesi, iletken kesiti ve iletken cinsi gibi parametrelerin nasıl belirleneceği modellenmiştir. Üç farklı tasarım örneği için algoritmalar verilerek, bilgisayar yardımıyla çözümler bulunmuş ve sonuçlar değerlendirilmiştir.Anahtar Kelimeler: Manyetizma, endüktans, transformatör, tasarım ve optimizasyon

Abstract:
Design and optimization of the inductances used in power electronics converters are very important in terms of converter efficiency, power density and economical aspects. Biot-Sawart, Ampere, Gauss, Tesla, Faraday, Lenz, Lorentz and Maxwell have formed the basis of electromagnetic theory. In order to meet today?s needs, it is required to consider productivity and economic criteria in addition to understand the theoretical knowledge.In this thesis, the literature on magnetism, inductors, transformers, and the cores are studied and mathematical equations are derived. Solutions to reduce losses and methods to increase efficiency are examined. The methods which are shed light on the optimization studies are discussed. The information available in the literature is synthesized and design details are given. Taking into account the results of theoretical studies, a basis for design of inductors and transformers used in power electronic converters is created. The parameters which affect copper and core losses significantly like the number of turns, air gap, core size, core material, the conductor cross sectional area and conductor type are modeled. Algorithms are given for three different design examples, solutions are performed with computer, and results are evaluated.Key words: Magnetism, inductor, transformer, design and optimization