Uçak sistemleri için 115 V 400 Hz evirici tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of a 115 V 400 Hz inverter for aircraft systems
Yazar: BAHADIR ŞAFAK
Danışman: DOÇ. DR. BÜNYAMİN TAMYÜREK
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Uçağın aerodinamiğini etkileyen en önemli etmenlerden biri ağırlıktır. Uçaktaki ekipmanların ağırlığının ve boyutlarının küçültülmesi uçak sistemlerinin 400 Hz gerilim ile beslenmesi ile sağlanmıştır. Bu ekipmanların yer sistemlerinde test edilebilmesi, çalıştırılması, onarılması için MIL-STD-704F standardına uygun 115 V 400 Hz'lik AC gerilim üretebilen güç kaynaklarına ihtiyaç duyulmuştur. 
Bu çalışmada nominal gerilimi 220 V olan tek-faz AC şebeke doğrultularak elde edilen 310 V DC gerilimi 115 V 400 Hz AC gerilime dönüştüren 1 kW gücünde üç faz evirici sistemi tasarlanmış ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Sistem, bir köprü doğrultucu, DC bara, TO 247 kılıf IGBT tabanlı üç-faz evirici, IGBT kapı sürme devreleri, alçak geçiren LC filtre ve kontrol sisteminden oluşmaktadır. Eviricinin çıkış gerilimindeki harmonik bozunumun düşük olması ve doğru akım barasından daha iyi yararlanmak amacı ile anahtarlama elemanları Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonu (SVPWM) tekniği kullanılarak kontrol edilmiştir. Hem yüksek gerilim hem de düşük gerilim tarafındaki IGBT'lerin açma ve kapama kontrolleri 20 kHz anahtarlama frekansında IR2110 sürücü entegresi ile sağlanmıştır. Evirici çıkışında, anahtarlama sonucu elde edilen yüksek frekanslı darbe dizisi şeklindeki gerilim alçak geçiren filtre üzerinden geçirilerek 115 V 400 Hz sinüs dalga formu elde edilmiştir. Kontrol sisteminde ise akım çevrimi ve gerilim çevrimi olmak üzere iki çevrim kullanılmıştır. Zamana bağlı kontrol sinyalleri Clarke ve Park (dq) dönüşüm tekniği kullanılarak zamana bağlı olmayan sinyallere dönüştürülür. Döner referans eksenli bu sinyaller PI kontrol tekniğiyle kontrol edildikten sonra ters dq dönüşümü uygulanarak üç faz sabit referans eksen vektörlerine dönüştürülür. 
MATLAB/Simulink ve PLECS yazılımları kullanarak tasarımı doğrulanan kontrol sistemi Texas Instruments firmasına ait TMS320F28335 Dijital Sinyal İşleme (DSP) kontrolcüsünde gerçekleştirilmiştir. Deneysel doğrulama 1 kW prototip üzerinde gerçekleştirilmiş ve başarılı sonuçlar alınmıştır. Test sonuçlarına göre üç faz gerilimler yüksek doğrulukla ve tam yük altında %0,6 harmonik bozunum ile elde edilmiştir.

Abstract:
One of the most importing factors which affects aerodynamics of an aircraft is the weight. Reducing the weight and dimensions of the equipment in the aircraft was achieved by supplying the aircraft systems with 400 Hz voltage. The power source which can generate 115 V 400 Hz AC signal appropriate with MIL-STD-704F standard is requiremend for testing, working and repair of these systems at ground services.
In this study, a 1 Kw three phase inverter system is designed and implemented which converts 310 V DC voltage to 115 V 400 Hz AC voltage. The 310 V DC obtained by rectifying nominal voltage 220 V AC single phase grid voltage. The system consists of a bridge rectifier, DC bus, TO 247 package IGBT based three phase inverter, IGBT gate driver circuits, LC low pass filter and control system. The switching elements were controlled by using the Space Vector Puls Width Modulation (SVPWM) technique in order to make better use of DC bus and get low harmonic distortion in the output voltage of inverter. The on and off controls of the IGBTs on both the high voltage side and low voltage side are provided with the IR2110 driver integrate at a switching frequency of 20 kHz. At the output of the inverter, 115 V 400 Hz sine wave form obtained by the voltage in the form of a high frequency pulse sequence as a result of switching is passed through the low pass filter. Two loop which are current loop and voltage loop are used at control system. Time-varient control signals transform to time-invarient control signals by Clarke and Park (dq) transformation technic. After these rotating referance frame signals are controlled with PI control technic, these signals transform to three phase constant reference frame vectors with apply inverse dq transformation.
Desing of control system validated by using MATLAB/Simulink and PLECS softwares is performed with TMS320F28335 Digital Sinyal Processor (DSP) controller of Texas Instruments. Experimental verification was performed on 1 kW prototype and successful results were obtained. According to the test results, three phase voltages were obtained with high accuracy and 0,6% harmonic distortion at a full load.