İnverterlerde yumuşak anahtarlama tekniklerinin incelenmesi ve bir uygulama devresinin gerçekleştirilmesi

Abstract

Yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontrol kolaylığı nedeniyle darbe genişlik modülasyonu (PWM) tekniği endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha yüksek güç yoğunluğu ve daha hızlı geçiş cevabı için çalışma frekansının yükseltilmesi gerektiği, fakat bu durumda yarıiletken elemanların anahtarlama kayıpları ile elektromanyetik girişim (EMI) ve radyo frekans girişimi (RFI) gürültülerinin arttığı bilinmektedir. Bu kayıp ve gürültülerin düşürülmesi ve frekansın yükseltilebilmesi, ancak sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) tekniklerinin kullanılmasıyla sağlanabilmektedir.Bu tezde, inverterlerde yumuşak anahtarlama teknikleri incelenmiştir. Rezonans devreleri yarıiletken ve pasif elemanların stresleri bakımından analiz edilerek karşılaştırılmıştır. Uygulama için paralel rezonanslı DC hat inverter (PRDCLI) topolojisi seçilerek sert anahtarlama ile 10kHz'de çalışması mümkün olmayan bir inverter modülünün bu frekansta çalıştırılması amaçlanmıştır.Devre, temel olarak DC kaynak gerilimi ile yükü birbirine bağlayan bir ana anahtar ve çok kısa bir sürede DC bara gerilimini yumuşak bir şekilde sıfıra düşüren yardımcı devreden meydana gelir. Devredeki bütün yarı iletken elemanlar, tam veya yaklaşık olarak sıfır gerilimde anahtarlama (ZVS) ve/veya sıfır akımda anahtarlama (ZCS) altında iletime girer ve çıkar. Bütün inverter elemanlarının ve inverteri besleyen ana anahtar üzerinde hiçbir ek gerilim stresi oluşmaz. İnverteri besleyen DC bara geriliminin sıfıra düşmesi garanti edilir ve sıfırda kalma süresi ayarlanabilir.Çalışma prensibini doğrulamak için teorik analiz ve simülasyon yapılmıştır. Sonuçlar, 1,5kW, 50 Hz ve 220 V ? etiket değerlerine sahip bir asenkron motoru besleyen IGBT'li bir prototip ile doğrulanmıştır.Sonuç olarak, sert anahtarlama ile çalıştırılamayan inverter modülü yumuşak anahtarlama tekniğini kullanılarak 10khz'de çalıştırılmıştır. İnverter modül sıcaklığında 40 ? C gibi bir düşüş gözlenmiş ve bu koşullarda inverter verimi % 95,3 olduğu görülmüştür.