Katı hal transformatörü için yeni bir doğrusal tabanlı kapalı çevrim kontrol yöntemi ve uygulaması
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Fakültesi, Elektrik Müh.Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: METİN ÇAVDAR
Danışman: Selin Özçıra Özkılıç
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Güç elektroniği dönüştürücü devreleri, son yıllarda yarı iletken anahtar teknolojilerinde gerçekleşen ilerlemeler sayesinde, yüksek güçlerdeki uygulamalar için kullanılabilir hale gelmiştir. Bu duruma olanak sağlayan gelişmelerin başında ise yarı iletken anahtarların, düşük iletim kayıpları altında yüksek akımları geçirebilmesidir. Ayrıca anahtarlama işlemlerinin yüksek frekanslarda yapılabiliyor olması, dönüştürücü devrelerinin hacim ve ağırlığını azaltırken güç yoğunluğunu da önemli ölçüde artırır. Yüksek güçlü dönüştürücü devrelerinin uygulama alanlarından biri de elektrik iletim ve dağıtım sistemleridir. Bu sistemlerde AC-AC gerilim dönüşümü geleneksel düşük frekanslı (50/60 Hz) güç transformatörleri kullanılarak yapılır. Fakat son yıllarda geleneksel transformatörlerin alternatifi olarak Katı Hal Transformatörleri (KHT) önerilmiş olup bu sistem sırasıyla Aktif Front End (AFE) AC-DC dönüştürücü, Çift Aktif Köprü (ÇAK) DC-DC dönüştürücü ve bir adet inverterden meydana gelir. KHT sahip olduğu bu topolojik yapısından sebep tıpkı geleneksel güç transformatörleri gibi AC-AC gerilim dönüşümü işlemini gerçekleştirir. ÇAK DC-DC dönüştürücü devresinde bulunan Yüksek Frekanslı Transformatör (YFT), KHT'nin hacim ve ağırlığını oldukça azaltmaktadır. Ayrıca geleneksel transformatörlerde olmayan; reaktif güç kompanzasyonu (RGK) ve DC bara gibi önemli özelliklerde KHT'de mevcuttur. KHT'de verimi artırabilmek için anahtarlama kayıpları düşük olan yarı iletken anahtarlar tercih edilmeli ve bu anahtarlar sıfır gerilim veya sıfır akım altında iletim ya da kesim durumuna geçirilmelidir. Ayrıca yüksek frekansta çalışan transformatörün kaçak endüktans değeri hem yumuşak anahtarlamaya hem de transformatörün doyum değerine etki ettiğinden, genel sistem verimi için çok önemlidir. Tez kapsamında yapılan çalışmada, 3 kVA gücünde bir KHT için tasarım esasları belirlenmiş ve yeni bir doğrusal tabanlı, kapalı çevrim kontrol yöntemi önerilmiştir. Önerilen kontrol yöntemi sayesinde KHT'yi meydana getiren tüm alt devreler (AFE, ÇAK ve inverter) gerçek zamanlı olarak kontrol edilebilmekte ve bu sayede sistemin dinamik tepkisi oldukça hızlı olmaktadır. Dinamik tepkinin bu denli hızlı olmasındaki en önemli etken ise önerilen kapalı çevrim kontrol yönteminin hesaplama yükünün oldukça düşük olmasıdır. Önerilen kontrol yöntemi sayesinde, üç aşamada gerçekleşen AC-AC güç dönüşümü neticesinde, KHT'nin çıkış akım ve gerilimi; düşük harmonikli ve saf sinüzoidale çok yakın olmaktadır. Ayrıca KHT'nin genel çalışma performansında önemli iyileştirmeler meydana gelmiş olup, düşük frekanslı geleneksel güç transformatörlerinde mevcut olmayan; güç faktörü düzeltme ve DC bara gibi bazı üstün özellikler de elde edilmiştir. Önerilen kontrol yönteminde, birbirlerine "front-end" ve "back-end" mantığıyla bağlı olan dönüştürücüler gerçek zamanlı olarak haberleştirilmektedir. Söz konusu bu haberleşme süreci tamamen kapalı çevrim esaslara göre yapılmakta olup, bu kapsamda KHT'yi meydana getiren her bir dönüştürücü için ayrı ayrı akım ve gerilim döngüleri tasarlanmıştır. Akım ve gerilim döngüleri hem kendi bulunduğu dönüştürücü içerisindeki döngü yapılarıyla hem de diğer dönüştürücüler için tasarlanan akım ve gerilim döngüleri ile haberleşebilmektedir. Bu sayede KHT için bütüncül ve dinamik bir kontrol yapısı elde edilmiş olup, sistemin çalışma performansında önemli ölçüde artış sağlanmıştır. Tez çalışması neticesinde elde edilen sonuçların doğruluğu PSIM benzetim programında denenmiş ve önerilen kontrol yönteminin öngörülen performansta çalıştığı ispatlanmıştır. Ayrıca benzetim sonuçlarını destekleyici nitelikte deneysel çalışmalara dair sonuçlarda tezin son kısımlarında sunulmuştur. Elde edilen tüm bu sonuçlar göstermiştir ki üç aşamalı güç dönüşümü yapabilen bir KHT için önerilen doğrusal tabanlı ve kapalı çevrim yapıdaki kontrol yönteminin dinamik cevabının oldukça hızlı olduğu ve bu sayede genel çalışma performansını iyileştirdiği ispatlanmıştır. Anahtar Kelimeler: Katı hal transformatörü, yüksek frekans transformatörü, çift aktif köprü, kaçak endüktans