Çok seviyeli invertörler için yeni bir SDGM tekniğinin geliştirilmesi
Development of a novel SPWM technique for multilevel inverters
Yazar: ERSAN KABALCI
Danışman: PROF. DR. İLHAMİ ÇOLAK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education
Dizin: Eviriciler = Inverters ; Harmonik analiz = Harmonic analysis ; Harmonik distorsiyon = Harmonic distortion ; Sayısal işaret işleyicisi = Digital signal processor

Özet:
Çok seviyeli eviricilerin denetiminde SDGM, UVDGM ve SHE-DGM teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. SDGM tekniği diğerlerinden farklı olarak herhangi bir başlangıç ve anahtarlama açısı hesabı içermediğinden dolayı gerçek zamanlı uygulamalarda kullanılması güç olan bir yöntemdir. Yan bant harmoniklerinin bastırılamaması da SDGM tekniğinin bir dezavantajı olarak görülmektedir. SDGM kontrol tekniği doğrusal modülasyonun yanı sıra aşırı modülasyon aralığında da belirli sınırlara kadar kullanılmaktadır. SDGM işaretleri aşırı modülasyon aralığında üretilecek olursa, hat gerilimleri giriş geriliminin %86'sı ile %109'u arasında elde edilecektir. Tez çalışmasında, taşıyıcı frekanslarından ve taşıyıcının yan bant harmoniklerinden kaynaklanan THD oranının düşürülmesi için yeni bir SDGM tekniği tasarlanmıştır. Gerçekleştirilen tasarımda, sayısal filtreleme yöntemleri içerisinde en verimli sonuçları üreten Bessel fonksiyonu kullanılmıştır. Modülasyon algoritmasının analitik ifadesi, taşıyıcı frekanslarında ve bu frekansların yan bantlarında meydana gelen girişimleri engelleyecek şekilde Bessel fonksiyonları eklenerek düzenlenmiştir. Böylece, sadece modülasyon indeksinden kaynaklanan girişimleri dikkate alan bir algoritma yerine modüle edici ve taşıyıcı işaret ile bunların yan bantlarında meydana gelen girişimleri de bastırarak THD oranını düşürecek yeni bir SDGM tekniği elde edilmiştir.Tez çalışmasında, belirtilen analitik ifade ile sayısal filtreleme işlemini gerçekleştiren SDGM modülatörü tam köprü ve H-köprü eviriciler için TMS320F2812 Sİİ ile tasarlanarak çeşitli modülasyon indeksi ve anahtarlama frekanslarında evirici topolojilerine uygulanmıştır. Tasarlanan SDGM modülatör ile denetlenen her iki eviricinin THDv, THDi'lerinin hat ve faz değerleri uluslararası standartları sağlamakla birlikte, tasarlanan eviriciden literatürde yer alan çeşitli kontrol algoritmaları ile uygulaması gerçekleştirilen çok seviyeli eviricilere göre daha düşük THD değerleri elde edilmiştir.

Abstract:
In the control of multilevel inverters, SPWM, SVPWM, and SHE-PWM are widely used. In contrast of others, it is hard to utilize the SPWM algorithm in real time application since it does require pre-calculations and switching angle calculations. It is also a disadvantage of regular SPWM unable to eliminate side band harmonics. SPWM can be utilized up to a limited range in over modulation area besides linear modulation. If this is the case, the output voltage level will be generated between 86% and 109% of input line voltage. The SPWM method implemented in this thesis is designed in order to eliminate THD ratios caused by carrier frequencies and side band harmonics of carrier signal. The Bessel function which is the most effective digital filtering method among others is used in the developed SPWM technique. The analytical equation of the modulation technique is arranged by adding Bessel functions in order to eliminate interferences occurred in the carrier signal and it?s side bands. In this way, an SPWM modulation technique is obtained which is not only eliminating the interferences caused by modulation index but also eliminating the interferences caused by side bands. The SPWM modulator which carries out the digital filtering in its analytical equations is applied by generating switching signals with TMS320F2812 DSP to control a full bridge and an H-bridge inverter in various modulation indexes and switching frequencies. The measured THDv, THDi, values in phase and line of the inverter topologies are found lower than international standards. In addition, the developed technique provided lower THD ratios compared to previous studies which are based on various control techniques in the literature.