180-250 VAC tek faz giriş beslemeli güç faktörü düzeltme devresi
180-250 VAC power factor correction circuit with single phase input supply
Yazar: AYŞE TANATAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ BÜLENT DAĞ
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Harmonik distorsiyon = Harmonic distortion

Özet:
Son 20 yılda özellikle ilerleyen teknoloji ile birlikte, elektrikli araç ve cihazların kullanımı artmaktadır. Bu durum, enerji kaynaklarının hızla tükenmesine neden olmaktadır. Mevcut enerjinin daha verimli kullanımı bu sürecin en önemli parçası haline gelmektedir. Bu çalışmada, dünyada artan enerji talebi ile birlikte ortaya çıkan enerji verimliliğinin artırılmasına yönelik bir güç faktörü devresi tasarlanmıştır. Devre, Aktif Güç Faktörü Düzeltme Devresi, Ani Akım Koruma Devresi ve Mikroişlemci Devresi olmak üzere 3 aşamada tasarlanmıştır. Aktif güç faktörü düzeltici devre olarak Boost modeli seçilmiş ve devre CCM iletim modunda çalıştırılmıştır. Boost devresi için UC3855 entegresi kullanılmış ve devre hesaplamaları bu entegrede verilen formüllere yapılmıştır. Devrenin geliştirme aşamasında, devre ihtiyaçlarına göre devre elemanlarının değerleri belirlenmiştir. PFC devrelerinde genellikle kullanılan akım trafosu yerine hızlı opamp kullanılarak THD değeri azaltılması planlanmıştır. Ani akımı koruma devresi elektronik olarak çalışacak şekilde tasarlanmış ve yüksek bir PFC değeri hedeflenmiştir. Ani akım koruma devresinin tasarımında yapılan hesaplamalar ve geliştirmeler sayesinde, sadece PFC değeri değil, ayrıca devredeki güç kesintileri sırasında oluşan darbe akımından hem şebekenin hem de yükün korunması sağlanmıştır. Mikroişlemci devresinde yazılan yazılım sayesinde, simülasyon ve test aşamaları kolaylaştırılmış ve devrenin kritik değerlerde çalıştırılmaması ile olası aksaklıklar önlenebilmiştir. Tasarlanan devre önce tasarım hesaplamalarıyla belirlenmiş ve daha sonra gerçeklenen testler ile doğrulanmıştır. Devrede güvenli bir işletme sağlanmış ve yazılım sayesinde testler hızlandırılmıştır. Deney sonuçlarına göre, 180-250 VAC girişli 1 kW yük ile bağlanabilen, 0,95'ten büyük bir güç faktörüne ve % 3'ten az harmonik bozulma oranına sahip bir devre tasarlanmıştır. Çalışmanın başında belirlenen hedeflere ulaşılmış ve test sonuçları beklentileri karşılayarak başarılı olmuştur.

Abstract:
In the last 20 years, especially with the advancement of technology, the use of electric vehicles and devices has increased, leading to a rapid depletion of energy sources. Efficient utilization of existing energy has become the most important part of addressing the increasing energy demand worldwide. In this study, a power factor correction circuit was designed to increase energy efficiency that arises with the increasing energy demand. The circuit was designed in three stages, namely Active Power Factor Correction Circuit, Instantaneous Current Protection Circuit, and Microcontroller Circuit. The Boost model was selected as the active power factor correction circuit, and the circuit was operated in Continuous Conduction Mode (CCM). UC3855 integrated circuit was used for the Boost circuit, and the circuit calculations were performed using the formulas provided in this integrated circuit. During the development phase of the circuit, the values of circuit elements were determined according to the needs of the circuit. In order to reduce Total Harmonic Distortion (THD), a fast op-amp was used instead of the current transformer commonly used in PFC circuits. The instantaneous current protection circuit was designed to operate electronically, and a high PFC value was targeted. Through the calculations and improvements made in the design of the instantaneous current protection circuit, protection for both the network and the load against the surge current that occurs during power interruptions in the circuit was provided in addition to the PFC value. The simulation and testing stages of the circuit were facilitated by the software developed for the microcontroller circuit, and possible malfunctions were prevented by avoiding critical values in the operation of the circuit. The designed circuit was first determined by the design calculations and then verified by realized tests. Safe operation of the circuit was ensured, and tests were accelerated through the software. According to the experimental results, a circuit capable of being connected to a 1 kW load with an input of 180-250 VAC, with a power factor greater than 0.95 and a harmonic distortion rate of less than 3%, was designed. The objectives set at the beginning of the study were achieved, and the test results were successful, meeting expectations.