Doğrusal olmayan yüklerin akım harmoniğini bastırmak için yumuşak anahtarlamalı aktif güç filtre tasarımı

Güç elektroniği alanında son yıllarda yaşanan teknolojik ilerlemeler nedeniyle yarıiletken güç elemanları, AA/DA dönüştürücüleri, anahtarlamalı güç kaynakları, motor sürücüleri, ark ocakları ve diğer güç elektroniği dönüştürücüleri gibi doğrusal olmayan yüklerin kullanımı çok fazla oranda artmıştır. Başta akım harmonikleri olmak üzere gerilim harmonikleri ve dengesizlikleri de bu yüklerin kullanımından kaynaklanarak güç kalitesi problemlerine neden olmaktadır. Doğrusal olmayan yüklerin meydana getirdiği akım harmoniklerinin filtrelenmesinde her ne kadar pasif filtreler kullanılsa da performans ve güvenirlik açısından birçok eksikleri mevcuttur. Gelişen mikro işlemci ve güç elektroniği mimarileri sayesinde pasif filtrelere göre birçok üstünlüğü bulunan aktif güç filtresi (AGF) adı verilen aktif anahtarlamalı sistemlerin kullanımı mümkün hale gelmiştir. Yarıiletken anahtarların güç kayıpları performans ve verimi etkileyen unsurlar olduğundan bu tez çalışmasında, verimi yükseltmek için PAGF'ye yumuşak anahtarlamalı paralel rezonans da hat (PRDCL) yapısı uygulanmış ve bu topoloji için yeni bir anahtarlama kontrol tekniğinin analiz, tasarım, benzetim ve deneysel gerçekleştirimine odaklanılmıştır. Bu tez çalışması kapsamında PAGF'lerde kullanılan teorilerin ve topolojilerin genel bir analizinin ardından referans çıkartım, akım kontrol yöntemleri, anahtarlama metodları, önerilen yumuşak anahtarlama kontrol tekniğinin uygulamaları ve anahtarlama güç kayıp hesaplaması Matlab/Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. Matlab/Simulink ortamında gerçek modeller kullanılarak hazırlanan üç fazlı PAGF'ye önerilen teknik uygulanmış, anahtarlama kayıp enerjileri büyük ölçüde azaltılmış ve deneysel çalışma ile doğrulanmıştır. Yarıiletken anahtar güç kayıplarının hesaplanmasına ilişkin bir yazılım modeli hazırlanarak yarıiletken anahtarların katalog verilerinden detaylı güç tüketimleri hesaplanmış ve kayıp analizi yapılmıştır. Belirlenen PAGF anma değerlerine göre eleman seçimi ve güç katının oluşturulmasına yönelik ön tasarım çalışmalarından sonra laboratuvar prototipi kurulmuştur. Deneysel sonuçlara göre PAGF evirici verimi 15 kHz frekansı ve tam yükte %3,65 oranında yükselmiş olup akım harmonik seviyesi (THBi) belirlenen sınır limitler dahilinde olduğu ölçülmüştür.