Yeni Bir Alçaltıcı-Yükseltici Çevirici Tabanlı Tek Fazlı Evirici Tasarımı Ve Prototip Yapımı

Abstract

ÖZET Bu proje çalışmasında, kuplaj transformatörü ve pasif filtre kullanmadan ideal sinüs formuna oldukça yakın çıkış gerilimi üretebilen ve düşük maliyetli alçaltıcı-yükseltici çevirici tabanlı bir fazlı evirici için yeni bir topoloji tasarlanmış ve 0-100 Vp, 0-50 Hz, 0,5 kW çalışma değerlerine sahip bir prototip gerçeklemesi yapılmıştır. Tasarlanan alçaltıcı-yükseltici çevirici tabanlı bir fazlı evirici yeni bir topolojiye sahip olmakla beraber, evirici kontrolünde “kontrol kuralı” olarak ifade edilen yeni geliştirilen açık çevrim kontrol tekniği ile geri beslemeli PID kontrolcü desteklenerek özgün bir evirici kontrol tekniği tasarlanmıştır. Böylece, farklı evirici çalışma parametrelerinde de eviricinin kararlı ve yüksek performansta çalışması sağlanmıştır. Ayrıca eviricide bulunan tüm güç elektroniği anahtarlama elemanları için evirici topolojisine uygun olarak söndürme (snubber) devreleri tasarlanmış, böylelikle anahtarlama elemanlarının korunması ve eviricinin sağlıklı şekilde çalışması sağlanmıştır. Önerilen evirici topolojisi, literatürde iyi bilinen DA-DA alçaltıcı-yükseltici çeviricinin, çıkışında sinüsoidal gerilim üretecek şekilde yeniden dizayn edilmesi ve buna göre çalıştırılması temeline dayanmaktadır. Güç elektroniği anahtarlama elemanlarının uygun kontrolü ile tasarlanan DA-DA alçaltıcı-yükseltici çeviricinin girişine uygulanan doğru gerilimin polaritesi değiştirilebilmektedir. Böylelikle çevirici çıkışında farklı polaritede alternatif gerilimin elde edilmesi sağlanmıştır. Hem pozitif hem de negatif alternansta sabit değerde çevirici girişine gelen sabit gerilim değerlerinden, anahtarlama oranının sürekli uygun değerlerde değiştirilmesi ile evirici çıkışında yarı sinüsoidal gerilimlerin üretilmesi sağlanmıştır. Böylece periyodik olarak çevirici çıkışında idealde saf sinüsoidal, gerçek zaman uygulamasında ise ideal sinüse çok yakın bir gerilim üretilmiştir. Tasarlan evirici topolojisi için yapılan hem simülasyon hem de gerçek zaman prototip uygulaması testlerinden, tasarlanan bir fazlı eviricinin farklı çalışma parametrelerinde gerilim THD değerleri %5’in altında saf sinüsoidale çok yakın bir fazlı gerilim üretebildiği gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Evirici, bir fazlı evirici, güç elektroniği, alçaltıcı-yükseltici çevirici, harmonik

ABSTRACT In this project, a new topology for a single-phase inverter based on buck-boost converter which can produce output voltage very close to sine form without using a filtering coupling transformer and passive filter is designed and a prototype with the values 0-100 Vp, 0-50 Hz, 0,5 kW is built. The designed single-phase inverter based on buck-boost converter has a new topology, also, a novel control technique is developed through supporting the feed-back PID controller by the new designed open-control technique called as “control law”. Thus, inverter operating in stable and with high performance under various operating parameters is provided. Besides, snubber circuits are designed for all of the power electronics switches considering the inverter topology. Thus, the switching elements are protected and healthy operation of the inverter is provided. The proposed inverter topology is based on the well-known DC-DC buck-boost converter. For this aim, the DC-DC converter topology is modified and controlled properly to achieve sinusoidal alternative voltage at the output. The polarity of the input voltage can be alternated through proper control of the power electronics switching devices. Thus, an alternative voltage can be obtained at the output of the converter. Through controlling the switching duty cycle continuously in both the positive and the negative input voltage stages, in each stage, half-sinusoidal voltage wave forms are produced from the constant input voltage. So, an ideal sinusoidal alternative voltage is obtained ideally, a close sine wave alternative voltage is obtained practically at the output of the converter. It is shown from both the simulation tests and the experimental tests of the designed prototype that, the designed single-phase inverter can produce closely sinusoidal single phase voltage with les than 5% voltage THD values under various operating parameters. Keywords: Inverter, single phase inverter, power electronics, buck-boost converter, harmonics