Birim güç faktörlü dayanıklı dönüştürücü devresinin tasarlanması ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of robust converter circuits with unity power factor
Yazar: KORHAN KAYIŞLI
Danışman: DOÇ. DR. SERVET TUNCER ; PROF. DR. MUSTAFA POYRAZ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Devreler ve Sistemler Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Modern elektronik devreler ve donanımlar, AA şebekesi için tam anlamıyla doğrusal bir yük olarak davranmamaktadırlar. Günümüzde, çoğu elektronik sistemde bir veya birden fazla anahtarlamalı dönüştürücü kullanılmakta ve bu dönüştürücüler şebekeden sinüzoidal olmayan bir akım çekmektedirler. Bu nedenle, güç hattına bağlı olan diğer donanımlar bundan etkilenerek problemler çıkarabilmekte, elektrik dağıtım hatlarında daha kalın kesitli kablolar kullanılması gerekmekte, şebekenin kullanılabilirliği ve verimi düşmektedir. Bu problemlerin üstesinden gelebilmek için şebekedeki harmonik bozulmanın kabul edilebilir bir seviyeye düşürülmesi gerekmektedir. Bu amaçla Güç Faktörü Düzeltme (GFD) yöntem ve devreleri geliştirilmiştir.Bu tez çalışmasında, klasik evirici sistemlerinin şebekeden çektikleri giriş akımını düzeltmek amacıyla eviricinin DA-link gerilimi bir GFD devresi üzerinden sağlanmıştır. DA-link gerilimi için kullanılan köprü doğrultucular, şebekeden Toplam Harmonik Bozulma (THB) değeri %70-80 seviyelerinde akım çekmektedir. Bu durumu ortadan kaldırmak için, tek katlı yaklaşım ile köprü doğrultucu çıkışına bağlanan yükseltici tip dönüştürücü devresini yüksek GF değeri elde edebilecek şekilde çalıştırmak ve regüleli değişken DA gerilim elde etmek amaçlanmıştır. GFD algoritmasında gerilim ve akım için iki adet denetleyici kullanılmaktadır. Yüksek GF ve değişken DA gerilim elde etmek için gerçekleştirilen GFD işlemi esnasında, giriş gerilimi, çıkış gerilimi, yük ve çekilen akımdaki değişimlerden ötürü dayanıklı bir akım denetleyiciye ihtiyaç duyulur. Bu çalışmada akım için hızlı ve daha dayanıklı olan Kayma Mod Denetleyici (KMD) yapısı tercih edilmiştir. KMD yönteminin değişken yapılı denetim özelliğinden ötürü ortaya çıkan çatırdama problemini azaltmak ve kararlılığı artırmak için bu denetim yöntemine Bulanık Denetim (BD) algoritması adapte edilerek Kayma Mod-Bulanık Mantık Denetim (KM-BMD) yöntemi akım denetleyicisi olarak kullanılmıştır. Tasarlanan denetleyici yapısının dayanıklılığı, giriş gerilimi, çıkış gerilimi ve yük değişimlerine karşı test edilmiştir. Tasarlanan GFD algoritması DS1103 Sayısal İşaret İşlemci (DSP) kullanılarak deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneğinin denetimi için MATLAB/Simulink' te hazırlanan algoritma MATLAB/Real Time Workshop and dSPACE Real Time Interface yardımıyla gerçek zamanlı kodlara dönüştürülmüştür. Bu şartlar altında 0.99 seviyesinde GF değerleri elde edildikten sonra, DA-DA dönüştürücü çıkış gerilimi iki seviyeli evirici için DA-link gerilimi olarak kullanılmış ve bu yapı ile asenkron motor sürülmüştür. Anahtarlama yöntemi olarak Uzay Vektör Darbe Genişlik Modulasyonu (UVDGM) algoritması tercih edilmiştir. Bu algoritma dsPIC30F4011 mikrodenetleyici kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Kullanılan algoritmaların, tasarlanan devrelerin ve sistemin bütününün farklı çalışma durumları altında performansı ortaya koyulmuştur. Elde edilen sonuçlar grafikler halinde sunularak, KM-BMD algoritmasının GFD işlemindeki başarısı gösterilirken, GFD' siz yapıya oranla gerçekleştirilen harmonik iyileştirme de tablolar ve grafikler halinde gösterilmiştir. Sonuç olarak, tasarlanan ve gerçekleştirilen bu sistem ile, 0.99 GF değeri, dayanıklı akım denetimi, değişken DA-link gerilimi ve düşük THB' ye sahip asenkron motor akımı sağlanmıştır.

Abstract:
Modern electronic circuits and equipment don?t behave exactly as a linear load for AC network. Today, one or more switching converter is used in most electronic systems and these converters attract non-sinusoidal current from the network. This current contains harmonics causing distortions at voltage and current. From these reasons, other equipments connected to network may be affected from these distortions and problems can occur at networks. Therefore, using of thicker wires is being a necessity and the availability and efficiency of network can reduce. To overcome all these problems in the network as an acceptable level of harmonic distortion is required to withdraw and for this purpose and method of power factor correction (PFC) circuits have been developed.In this thesis, DC link voltage of two-level inverter is provided over a PFC circuit in order to correct the input current of these inverter systems. Bridge rectifiers used for DC link voltage draw input current from network with 70-80% THD levels. It is aimed to eliminate this situation that a boost converter circuit is connected to the output of bridge rectifier and operated to achieve high PF values and obtain a variable regulated DC voltage. There are two controllers is used for voltage and current at PFC algorithm. When the converter circuit is operated for PFC operation and generating variable DC voltage, a robust controller is required to overcome changes in input-output voltage, load and input current. In this study, the fast and robust Sliding Mode Controller (SMC) for current is used. This control method has chattering problem because of variable structure of algorithm. Because of this situation, Fuzzy Control is adapted SMC to increase the stability and to cope with the chattering problem caused sliding mode or variable structure control algorithm. Obtained control algorithm is named Sliding Mode Fuzzy Control (SMFC). The robustness of the designed control structure used as a current controller is tested for changings of input voltage, output voltage and load. This PFC algorithm is implemented by using DS1103 Digital Signal Processor. The algorithm prepared with MATLAB/Simulink and Simpower is converter to real time codes by help of MATLAB/Real Time Workshop and dSPACE Real Time Interface. After obtaining 0.99 PF values, the output voltage of DC-DC converter is used as a DC link voltage of two-level inverter. Owing to the advantages of Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) is chosen for the system which is designed for driving asynchronous machine. This algorithm is implemented by using dsPIC30F4011 microcontroller.Performances of the used algorithms, designed circuits and all of the system put forth for different operating conditions. The achievement of SMFC algorithm at PFC is presented by using the obtained results with graphics and harmonic improvement is presented with tables and graphics by comparing structure without PFC. As a result, 0.99 PF value, robust current control, variable DC link voltage and low THD values for current of asynchronous machine are provided by the designed and implemented system.