İndüksiyonlu ocak uygulamaları için geniş yumuşak anahtarlama aralığına sahip kısmi rezonanslı inverter tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AZAT ŞAHİN
Danışman: Erdem Akboy
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Enerji maliyetlerindeki artış, yüksek verimli cihazlara olan talebi önemli ölçüde artırmıştır. Isıtma sistemleri içerisinde en yüksek verime sahip yöntemlerden biri indüksiyonlu ısıtmadır. İndüksiyonlu ısıtma teknolojisi, günümüzde metal ısıtma, ergime işlemleri, yüzey sertleştirme ve kaynak uygulamaları gibi endüstriyel alanlarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bununla birlikte, indüksiyonlu ocaklar ev türü uygulamalarda, geleneksel gaz ve vitroseramik ocaklara kıyasla yüksek verimlilik, geniş güç aralığında yüksek kararlılıkla kontrol, daha hızlı ve güvenli ısıtma gibi olumlu özellikleri sebebiyle her geçen gün daha fazla tercih edilmektedir. Verimlilik açısından değerlendirildiğinde, gazlı ocakların %45, vitroseramik ocakların %60 seviyelerinde verim sağladığı; buna karşılık, indüksiyonlu ocakların verim değerinin %85 seviyelerine kadar ulaşabildiği gözlemlenmektedir. Ev tipi indüksiyonlu ocaklarda güç elektroniği topolojisi seçimi, maliyet, basit yapı, performans ve verimlilik kriterleri dikkate alınarak yapılmaktadır. Bu amaçla, ev türü uygulamalarda seri rezonanslı yarım köprü inverter ve tek anahtarlı kısmi rezonanslı inverter topolojileri sıkça tercih edilmektedir. Performans ve verim öncelikli uygulamalarda, genellikle seri rezonanslı yarım köprü inverter topolojisi tercih edilmektedir. Tek anahtarlı kısmi rezonanslı inverter topolojisi ise, düşük maliyet ve devre basitliği açısından öne çıkmaktadır. Bununla birlikte, performans ve verim açısından değerlendirildiğinde, kısmi rezonanslı topolojisinin en önemli dezavantajı dar yumuşak anahtarlama aralığıdır. Dar yumuşak anahtarlama aralığı, minimum sürekli güç değerinin yüksek olmasına ve sert anahtarlama nedeniyle yarı iletken anahtarda aşırı akım stresine sebep olmaktadır. Bu durum, yarı iletkenin zarar görme riskini artırarak güvenilirliği düşürmekte ve güç elektroniği topolojisinin verim değerini azaltmaktadır. Bu çalışmada, ev tipi uygulamalar için geniş bir güç aralığında yumuşak anahtarlamayı sağlayabilen, kısmi rezonanslı inverter topolojisine sahip yüksek frekanslı bir indüksiyon ocak sistemi analiz edilmiş ve tasarlanmıştır. Tasarımda, yumuşak anahtarlama aralığını genişletmek ve verimliliği artırmak amacıyla rezonans kondansatörünün değerinin dinamik olarak değiştirilmesine dayalı bir yöntem uygulanmıştır. Sistem, temel olarak bir indüksiyon bobini ile kontrol, koruma ve rezonans tank bloklarını içeren bir indüksiyon anakartından oluşmaktadır. İndüksiyon bobini, Maxwell programında analiz edilerek tasarlanmış ve prototipi üretilmiştir. İndüksiyon anakartı ise Altium programında tasarlanmış ve prototip üretimi gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan indüksiyon ocak sistemi, bilgisayar ortamında simüle edilerek 150 - 250 V AC şebeke gerilimi ve 500 W - 2000 W çıkış gücü aralığında yumuşak anahtarlamayı sağladığı gözlemlenmiş ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Elde edilen pratik dalga şekilleri, sistemin 500 W - 2000 W aralığında yumuşak anahtarlamayı başarıyla sağladığını doğrulamıştır.