PROJELER
Çok Anahtarlı Dönüştürücüler için Kolay Uygulanabilir, Modüler ve İzoleli Yeni Bir Aktif Yumuşak Anahtarlama Hücresinin Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi

PROJE YÜRÜTÜCÜSÜ: Prof. Dr. Hacı BODUR

PROJE ÖZETİ:

Güneş ve rüzgar enerji sistemleri, kesintisiz ve anahtarlamalı güç kaynakları, motor kontrolü, vb. uygulamalarda, yarı iletken güç dönüştürücüleri ve güç elemanlarının kullanımı günbegün artmaktadır. Bu sistemlerde, uluslararası standartların da gereği olarak, düşük toplam harmonik distorsiyonu (THD), yüksek güç faktörü (PF), düşük dalgalanma faktörü (RF), düşük elektro manyetik girişim (EMI), yüksek verim, küçük hacim ve düşük maliyet çok istenen parametrelerdir. Bu parametrelerin çoğu anahtarlama frekansını yükselterek sağlanabilmektedir, ancak frekans arttıkça anahtarlama kayıpları ve EMI da artmaktadır. Anahtarlama kayıpları, frekansı artırmanın önündeki en önemli engeldir. Anahtarlama işlemlerinde sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) teknikleri kullanıldığında, anahtarlama kayıpları ve EMI önemli ölçüde azalmakta, frekans yükseltilebilmekte, istenen parametrelere önemli katkılar sağlanabilmektedir. SS teknikleri pasif ve aktif olmak üzere iki ana gruba ayrılır. Pasif tekniklerinde, SS tam olarak sağlanamaz, anahtarlama enerjisinin tamamı geri kazanılamaz, zorunlu bir yardımcı anahtar gerekmez. Aktif tekniklerinde ise, SS tam olarak sağlanabilir, anahtarlama enerjisinin tamamı geri kazanılabilir, bir yardımcı anahtar gerekir.

Genellikle DC-DC dönüştürücüler gibi az anahtarlı dönüştürücülerde, SS teknikleri çok çalışılmakta ve uygulanmaktadır. Ancak, inverterler gibi çok anahtarlı dönüştürücülerde, karmaşıklığın artması ve uygulamanın zorlaşması nedeniyle, SS teknikleri çok az çalışılmakta ve uygulanmaktadır. Bu sorunun aşılabilmesi için, topoloji devresine dokunulmadan, her bir güç elemanının uçlarına bağlanabilecek, tamamen bağımsız, modüler ve izoleli SS hücrelerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Son yıllarda, bu konu üzerinde çalışılmaktadır, hatta Pre-Switch Firması tarafından modüler bir SS hücresinin ticari üretimi yapılmıştır. Bu hücrelerde, genellikle izolasyon gerekmekte, bu amaçla geri dönüşlü (fly-back) tabanlı devreler kullanılmakta ve bu devrelerin de bazı dezavantajları bulunmaktadır.

Bu projede, özellikle çok anahtarlı dönüştürücüler için, az sayıda olan benzerlerine göre daha üstün ve daha kolay uygulanabilir, ileri yönlü (forward) tabanlı, aktif, modüler ve izoleli yeni bir SS hücresinin geliştirilmesi ve uygulanması hedeflenmektedir. Burada, ileri yönlü tabanlı tasarımla, SS enerjilerinin daha kolay aktarımı, trafo ve yardımcı anahtarın akım, gerilim ve güç değerlerinin düşürülmesi amaçlanmaktadır. Önerilen yeni SS hücresinin, son yıllarda özellikle solar sistemlerde popüler hale gelen ve her bir fazı bağımsız olarak çalışabilen, şebeke bağlantılı üç fazlı T türü üç seviyeli invertere (T-3LI) uygulanması düşünülmektedir. Değişken sinüzoidal gerilim içeren bu sistem, SS için oldukça zor bir uygulamadır. Önerilen hücrenin ön tasarım ve simülasyonu yapılmış, ümit verici ve başarılı olan ilk sonuçlar alınmıştır. Proje kapsamında, etraflı bir literatür araştırması yapılacak, önerilen sistemin tam analiz ve tasarımı gerçekleştirilecek, osiloskop, güç analizörü, vb. cihazlarla THD, PF, EMI, verim, vb. ölçümler yapılacak, önerilen hücrenin üstünlüğü ve uygulanabilirliği gösterilecektir.

Ayrıca, proje kapsamında en az bir adet doktora tezi ve bir adet uluslararası makale, en az bir patent veya faydalı model başvurusu, önerilen modüler SS hücresinin endüstriyel bir ürüne dönüştürülmesi hedeflenmektedir. Proje ekibi, güç elektroniği ve özellikle yumuşak anahtarlama konusunda, yeterli bilgi birikimi ve deneyim ile çok sayıda ulusal ve uluslararası yayına sahiptir. Projenin başarılı bir şekilde yürütüleceği ve tamamlanacağına inanılmaktadır.

PROJE EKİBİ:

Danışman: Prof. Dr. A. Faruk BAKAN

Araştırmacı: Dr. Öğr. Üyesi Nihan ALTINTAŞ

Bursiyer 1: Arş. Gör. Abdülkerim GÜNDOĞAN

Bursiyer 2:  Arş. Gör. A. Talha DUDAK

Yeni Modüler ve İzoleli Aktif Bastırma Hücresi ile Donatılan Solar Tek Fazlı T-3L İnverterin Prensip Devre Şeması