Design and Implementation of a Three Level Inverter

Transkript

1 Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, -(008),77-84 Üç-Seviyeli Bir Eviriinin Tasarım ve Uygulaması Çetin ELMAS, Okan BİNGÖL * Gazi Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Elektrik Eğitimi Bölümü / ANKARA * Süleyman Demirel Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Elektrik Eğitimi Bölümü /ISPARTA Alınış tarihi:..006, Kabul: Özet: Bu makalede, üç-seviyeli diyot-tutmalı bir evirii tasarlanarak uygulaması gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen üç-seviyeli evirii ile, iki-seviyeli eviriilerin beslediği asenkron motorun faz akımları ve fazlararası gerilimleri karşılaştırılmıştır. Uygulama sonuçlarına göre üç-seviyeli eviriinin beslediği asenkron motorun faz akımları ve fazlararası gerilimlerinin harmonik bileşenlerinin iki seviyeli eviriiye göre daha düşük olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Üç-seviyeli evirii, Modülasyon teknikleri, Uzay vektör DGM Design and Implementation of a Three Level Inverter Abstrat: In this paper, a three-level neutral-point lamped (NPC) inverter is designed and implemented. Phase urrents and line to line voltages of the three-level inverter are ompared with a two-level inverter fed indution motor. Experimental results show that three-level inverter fed indution motor has been shown harmoni omponents of phase urrents and line to line voltages waveform more less than two-level inverter. Key Words: Three-level inverter, Modulation tehniques, Spae vetor PWM Giriş Son yıllarda yarıiletken güç elemanlarının anahtarlama frekanslarında ve kapasitelerindeki hızlı gelişmeler ile birlikte güç elektroniği teknolojisindeki sürekli ilerlemelerin sonuunu, statik güç dönüştürüüsü ve endüstriyel motor sürüü sistemlerinde birçok değişiklikler meydana gelmiştir (Lee vd., 994). Bu değişiklerin sonuunda, üç-seviyeli gerilim beslemeli darbe genişlik modülasyonlu (DGM) eviriiler ortaya çıkmıştır. Üç-seviyeli gerilim beslemeli eviriiler, yarıiletken güç elemanlarının birbirine seri bağlanması ile birlikte iki-seviyeli gerilim beslemeli eviriilere göre daha yüksek gerilim uygulamalarında kullanılmaya başlamıştır. Asenkron motorlarda (ASM) istenmeyen harmonikler, motor kayıplarının artmasına böylee motor veriminin düşmesine, momentte salınımların oluşmasına ve elektromanyetik girişime sebep olmaktadır (Nabae vd., 98; Elmas ve Bingöl, 00; Holtz, 994). Bu nedenle, değişken hızlı yüksek performanslı alternatif akım (AA) sürüü sistemlerinde kullanılan gerilim beslemeli DGM eviriilerin çıkışındaki gerilim ve akımların harmonik bileşenlerinin düşük genlikte olması istenir. Bu harmonikler, yüksek anahtarlama frekanslarında farklı DGM yöntemleri kullanılarak veya eviriilerin çıkış gerilim dalga şeklinin birçok gerilim seviyesinden oluşması sağlanarak en aza indirgenebilir. Klasik iki-seviyeli eviriilerde, çıkış gerilimi dalga şeklinin seviyesi, iki seviyeden ( Vd /, Vd / ) oluşurken her faz kolundaki anahtar sayısı iki olup eviriideki toplam anahtar sayısı altıdır. Bunun yanında, üç-seviyeli nötr-nokta tutmalı eviriinin çıkış gerilimi dalga şeklinin seviyesi üç seviyeden ( Vd /, 0,Vd / ) oluşurken, her faz kolundaki anahtar sayısı dört olup, eviriideki toplam anahtar sayısı onikidir. Bununla birlikte seviye sayısı arttıkça kullanılan anahtar sayısı da artaağından dolayı, evirii daha yüksek gerilim uygulamalarında da kullanılabilmektedir. Literatürde üç önemli çok-seviyeli gerilim beslemeli evirii vardır (Lai ve Peng, 996). Diyot-tutmalı çok-seviyeli eviriiler Kondansatör-tutmalı çok-seviyeli eviriiler Seri bağlı tam köprü çok-seviyeli eviriiler İlk pratik çok-seviyeli evirii 98 yılında Nabae ve arkadaşları tarafından üç-seviyeli nötr-nokta tutmalı (NNT) evirii olarak önerilmiştir. NNT evirii, diyottutmalı evirii olarak da bilinmektedir. Diyot-tutmalı çokseviyeli eviriilerde birbirine seri bağlanmış kondansatörler arasındaki düğüm noktası ile giriş gerilimi çeşitli seviyelere bölünür (Nabae vd., 98). Diyottutmalı çok-seviyeli eviriiye alternatif olarak, 99 yılında Meynard ve Foh tarafından kondansatör-tutmalı evirii önerilmiştir (Meynard ve Foh, 99). Kondansatör-tutmalı eviriinin yapısı diyot-tutmalı eviriiye benzemektedir. Tek fark tutma diyotları yerine, tutma kondansatörleri kullanılmaktadır. Seri bağlı tam köprü çok-seviyeli evirii genel yapı itibariyle, öneki iki eviriinin yapısı ile aynıdır. Marhesoni ve arkadaşları bu eviriinin ilk uygulamasını gerçekleştirenlerdendir (Marhesoni vd., 990). Eviriinin çıkışında arzu edilen gerilimi elde etmek için, birbirinden bağımsız birden fazla bir fazlı tam köprü olan eviriiye ihtiyaç vardır. Her bir Fazlı tam köprü evirii için, ayrı DA kaynağı gerekmektedir. elmas@gazi.edu.tr 77

2 Ç. ELMAS, O. BİNGÖL Bundan dolayı uygulama alanları biraz sınırlandırılmıştır. Üç-seviyeli eviriilerin temel avantajları aşağıda verilmiştir (Zhang, 995; Celanovi ve Boroyevih, 000). Yüksek güçlü uygulamalarda kullanılırlar. Anahtarlar seri bağlanarak daha yüksek gerilim istenen uygulamalarda kullanabilirler. Aynı anahtarlama frekansında üç-seviyeli eviriinin çıkış dalga şeklinin harmonik bileşenlerinin genliği iki seviyeli eviriilere göre daha iyidir. Böylee daha düşük anahtarlama frekanslarında çalışılabilir. Motor sargıları üzerindeki gerilim oranı dv/dt düşüktür. Bu çalışmada, üç-seviyeli nötr-nokta tutmalı evirii tasarlanarak uygulaması gerçekleştirilmiştir. Üç-seviyeli eviriinin beslediği ASM a ait sürme sisteminde kullanılan donanım; sayısal işaret işlemi (Sİİ), yalıtma ünitesi, IGBT sürüü devresi, IGBT modülü, akım algılama devresi, pozisyon algılayıı, doğrultma devresi ve güç kaynaklarından oluşmaktadır. Sİİ hariindeki her bir düzenek ayrı ayrı tasarlanmış olup daha sonra birleştirilmiştir. Uygulama sonuçlarına göre, üç-seviyeli eviriinin beslediği asenkron motorun faz akımları ve fazlar arası gerilimlerinin harmonik bileşenleri iki seviyeli eviriiye göre daha düşük olduğu görülmüştür. Üç-Seviyeli Eviriilerde Uzay Vektör DGM Tekniği Şekil de eviriinin her bir fazı iki tutma diyodu ( D,D ), dört anahtar ( S a,s a,sa,s a 4) ve dört bypass diyotundan ( Da,Da,Da,Da 4 ) oluşmaktadır. Üç-seviyeli eviriide her faz kolunun anahtarlama durumunun olması itibariyle ( = 7 ) anahtarlama durumuna sahiptir. p L S a D a S b D b S D V d C o C D D S a S a D a S b D b S D D D A B C D S b D S D a D b D S a4 D a4 S b4 D b4 S 4 D 4 n Şekil. Üç-seviyeli nötr-nokta tutmalı evirii Çizelge de bir faza ait anahtarlama durumları gösterilmiştir. Şekil de görüldüğü gibi, gerilim vektörleri anahtarlama durumlarına göre iç içe iki altıgenin çeşitli noktalarına konumlandırılmış olup genliklerine göre, dört gruba ayrılır. Bunlar, büyük gerilim vektörleri olan a ve b grubu gerilim vektörleri olup genlikleri V d / tür ve dıştaki altıgenin köşelerinde konumlanmışlardır. Orta gerilim vektörü olan grubu gerilim vektörünün genliği V d / tür ve dıştaki altıgenin orta noktalarında konumlanmışlardır. Küçük gerilim vektörleri olan ( ap,an) ve ( bp,bn ) grubu gerilim vektörleri olup genlikleri V d / tür ve içteki altıgenin köşelerinde konumlanmışlardır. Sıfır gerilim vektörleri olan ( op,on,oo ) grubu gerilim vektörlerinin genliği ise sıfır olup, orijinde konumlanmışlardır. Şekil de dıştaki altıgen altı sektöre (A, B, C, D, E, F) sahiptir. Aynı zamanda her bir sektörde dört adet bölge (,,, 4) bulunmaktadır. Altıgendeki toplam bölge sayısı 4 dür (Celanovi ve Boroyevih, 000). Çizelge. Üç-seviyeli eviriinin anahtarlama durumları ( x = a, b, ) Anahtarlama Durumu S x S x S x S x4 V xo p 0 0 V / d o n 0 0 V / d elmas@gazi.edu.tr 78

3 Üç-Seviyeli Bir Eviriinin Tasarım Tasarım Ve Uygulaması V npn a B β opn B4 ppn b npp b npo C4 D4 nop opp noo C D C opo non D bp bn oop nno C D ap an op on oo ap an B B E E bp bn ppp nnn ooo bp bn A F ppo oon ap an pop ono A4 A F poo onn F4 A pon F pno pnn a α U nnp Uzay vektör DGM yöntemine göre referans gerilim uzay vektörü, üç fazlı eviriinin çıkış gerilimleri Eşitlik kullanılarak elde edilir. 0 j π / V = V jv = / (V a V a V a ) a e () ref = α β a b Ts örnekleme zamanı olup gerilim vektörlerinin süreleri Eşitlik kullanılarak bulunur. V T Vt V t V t T = t t ref s t s a E onp pnp W Şekil. Üç-seviyeli DGM eviriinin anahtarlama durumları = () U A E4 b Referans gerilim vektör bileşenleri (V α, V β ) kullanılarak, referans gerilim vektörünün altıgen içerisinde hangi sektör ve bölgede olduğu bulunur. Eşitlik deki gerilim vektör süreleri kullanılarak her faz için iletim süreleri elde edilir. Böylee anahtarların iletim durumları belirlenmiş olur. Şekil de A. sektör. bölge için DGM anahtarlama sinyallerinin şekilleri verilmiştir. Uygulanan DGM yöntemi ile Şekil deki ( C ve C ) kondansatörleri üzerindeki gerilim dengesizliği en aza indirilmeye çalışılmıştır. an bn ap bp bp ap bn an o o p p p p p p o o V A n o o o p p o o o n W A o o o o n n n n n n Şekil. A. sektör. bölge için DGM anahtarlama sinyalleri Üç-Seviyeli Nötr-Nokta Tutmalı Eviriinin Tasarım Basamakları Üç-seviyeli evirii tarafından beslenen ASM un sürme sistemindeki donanım; Sİİ, yalıtma ünitesi, IGBT sürüü devresi, IGBT modülü, akım algılama devresi, pozisyon algılayıı, doğrultma devresi ve güç kaynaklarından meydana gelmektedir. Sİİ hariindeki her bir düzenek ayrı ayrı tasarlanıp uygun bir şekilde birleştirilmiştir (Bingöl, 005). Sİİ tarafından üretilen sinyaller yalıtma ünitesi vasıtasıyla IGBT sürüü devresini kontrol etmektedir. IGBT sürüü devresi ile IGBT güç anahtarların çalışması sağlamaktadır. Bunların yanında ASM un hız denetimi doğru bir şekilde gerçekleştirebilmek için akım algılama devresinden elde edilen akım bilgisi ile ASM un miline bağlı olan pozisyon algılayıısından elde edilen pozisyon bilgisi Sİİ ye aktarılmaktadır. Üç-seviyeli eviriinin beslemesi için gerekli DA gerilim, IXYS firmasına ait VUO8-6NO7 isimli üç fazlı tam dalga doğrultmaçla sağlanmaktadır. DA gerilim çıkışına seri olarak filtre bobini bağlanmış olup, filtre bobini çıkışına ise seri bağlı iki adet 00 µ f 450V DA kondansatörünün bağlantısı yapılmıştır. Bu iki kondansatörün orta noktası sıfır noktası olarak eviriiye bağlanmıştır. Kondansatörlerin diğer uçlarında ise DA bara gerilimi bulunmaktadır. Eviriinin devreye bağlantısı ve sistemin genel blok şeması Şekil 4 de verilmiştir. elmas@gazi.edu.tr 79

4 Ç. ELMAS, O. BİNGÖL Güç Beslemesi PC JTAG TMS0LF407A EVM Yalıtım IGBT Sürüü Kartı Kartı ASM Yük Pozisyon Algılayıı i a, b, Üç-Seviyeli Evirii QEP A, B Şekil 4. Sistemin deneysel düzeneği Sayısal İşaret İşlemi Çalışma frekansının yüksek olmasının yanında analog bilgiyi dijital bilgiye dönüştürme (çevrim) zamanın kısa olması sebebiyle Texas Instrument firması tarafından üretilen TMS0LF407A kodlu işlemi yapılan uygulama da terih edilmiştir (Texas Instruments, 00). İşlemi 5 ns (40Mhz) komut işleme hızına sahiptir. TMS0LF407A Sİİ nin olay yönetiisi (event manager) özellikle motor ve hareket kontrol uygulamalarında faydalı birçok özelliğe sahiptir. Yalıtma Ünitesi Eviriideki toplam oniki yarıiletken güç anahtarların kontrolü, Sİİ tarafından üretilen anahtarlama sinyalleri ile sağlanmaktadır. Sİİ ile IGBT sürüü devresi arasının yalıtılması gerekmektedir. Bu işlem için yüksek hızlı opto izolatör elemanlara ihtiyaç duyulmaktadır. Yapılan bu çalışmada 6N7 opto izolatörü seçilmiştir. Seçilen opto izolatörün bir kanalına ait bağlantı şeması Şekil 5 de verilmiştir. DSP 0Ω 6N7 V GND nf 5 pf 5V K IGBT Sürüü Sİİ nin çıkış terminal gerilimi. V tur. Yalıtım kartı kullanılarak hem IGBT sürüü devresinin çalışması için gerekli olan 5 V edilir hem de IGBT sürüü devresi ile Sİİ arasında yalıtım işlemi yapılmış olur. IGBT Sürüü Devresi Üç-seviyeli eviriide bulunan IGBT güç anahtarların çalışması için bir sürme devresine gerek vardır. Burada her bir IGBT güç anahtarının yalıtılmış bir DA kaynağından beslenmesi gerekmektedir. Bu işlem için Mitsubishi firması tarafından üretilen M5745L-0 isimli yalıtılmış tip DA-DA dönüştürüü kullanılmıştır. M5745L-0, ile 8 V arası DA gerilimle beslenmekte ve çıkışında IGBT güç anahtarının çalışmasını sağlayaak gerilimi üretmektedir. IGBT sürüü olarak aynı firma tarafından üretilen M5796L isimli devre elemanı kullanılmıştır. Sürüü devresi içerisine yerleştirilen opto izolatör ile giriş ve çıkış birbirinden yalıtılmıştır. Kısa devre olma durumunda koruma sağlamak için hata çıkışı Sİİ tarafından okunarak yazılımda işlenebilir. Hata sinyali elde edildiğinde çeviriinin çalışması durdurulabilir. Sürüüdeki hata çıkışı da aynı şekilde opto izolatör kullanılarak yalıtılmıştır. Şekil 6 da her iki devre elemanının kullanıldığı bir IGBT güç anahtarına ait bağlantı şeması verilmiştir. GND () () GND Şekil 5. Opto izolatör devresi 5V IN FO ( 8)V GND K 0.5W 50µ F 5V 74 M 5796L K 0.5W µ F 5V M 5745L 0 Şekil 6. IGBT sürüü devresi 8µ F 5V 00Ω W N 556 0V 0nF 50V A 000V C N 547 7V G E CM 75DY 4H IGBT Modülü IGBT güç anahtarlama elemanı olarak Mitsubishi firması tarafından üretilen CM75DY4H modülü kullanılmıştır. Her bir modül kendi içerisinde yarım köprü bağlantı şekli oluşturaak şekilde iki IGBT güç anahtarlama elemanından oluşmaktadır. Her bir IGBT güç anahtarlama elemanının kendine ait çok hızlı kendini yenileyebilen bypass diyodu bulunmaktadır. Üzerinden 75 A e kadar akım geçirebilmektedir. Tutma gerilimi 00 V tur. İletim ve kesim durumlarında IGBT güç anahtarlarının zarar elmas@gazi.edu.tr 80

5 Üç-Seviyeli Bir Eviriinin Tasarım Tasarım Ve Uygulaması görmemeleri için korunması gerekmektedir. Bunun için snubber devresi tasarlanmıştır. Uygulamada IGBT modülleri üzerinden iki yönlü akım geçişi sağlandığı için hazır snubber kondansatörleri kullanılmamıştır. IGBT güç anahtarlama elemanları soğutuular üzerine monte edilmiş olup, snubber devre elemanları ise IGBT güç anahtarlama elemanları üzerine yerleştirilmiştir. IGBT IGBT Şekil 7. IGBT modülü ile snubber devresi Snubber devresindeki elemanların seçimi anahtarlama frekansı dikkate alınarak yapılmıştır. Snubber devresindeki RC zaman sabiti anahtarlama frekansının yaklaşık üçte biri ( τ = T / = ( s / ) / fs ) olarak seçilebilir (Mitsubishi Eletri, 998). Evirii güç devresi 0kHz lik anahtarlama frekansını karşılayabileek şekilde tasarlanmıştır. Her bir IGBT ye ait snubber devresindeki elemanların değerleri R=x( Ω, 7W) ve C=0nF olup hızlı diyot olarak IXYS firmasına ait D D C C R R DSE0-A adlı diyotu kullanılmıştır. Şekil 7 de IGBT modülü ile snubber devre bağlantısı gösterilmiştir. Akım Algılama Devresi ASM un hız denetiminde, motorun çektiği faz akımlarının doğru okunması gerekmektedir. Tasarlanan Üç-seviyeli eviriide büyük güçlü motorlarında çalıştırılaağı düşünülerek 50 A lik akım algılayııları kullanılmıştır. Akım algılayıı olarak LEM firması tarafından üretilen LA 55-P modeli kullanılmıştır. Algılayıının dönüştürme oranı :000 dir. Akım algılayııdan elde edilen analog değerler Sİİ ye doğrudan aktarılamamaktadır. Akım algılayıısı, şebekenin negatif alternansında aynı şekilde negatif değerlik vermektedir. Sİİ nin analog giriş katı sadee pozitif sinyalleri sayısal değere dönüştürebilmektedir. Bu yüzden okunaak akım sinyalinin Sİİ tarafından okunaak değerliklere taşınması gerekir. Bu işlem için ölçme tam skala aralığı belirlenir. Akım algılayııdan alınan sinyaller bu ölçme aralıklarını sağlayaak şekilde işlemsel yükselteç ile yükseltilir. Sİİ işleminin 0 ile. V tam skala analog giriş aralığı olması sebebiyle, negatif alternansların okunması için algılayıı çıkışındaki sinyaller.6 V DA sinyal ile işlemsel yükselteçte toplanır. Devrede işlemsel yükselteç olarak TL07 kullanılmıştır. Bu şekilde algılayııdaki sinüsoidal sinyalin başlangıç noktası.6 V DA değerine çekilmiştir. Aynı zamanda Sİİ nin ADC girişi için LM7-ADJ ayarlı gerilim regülatörü kullanılarak 0 ile 5V arasında gerilim ayarı yapılabilmektedir. Üç-seviyeli evirii için tasarlanan akım algılama devresi Şekil 8 de verilmiştir. -5V 5V 5V GND DSP LA55-P/SP M 5 K 0 K K - TL K 00 µf 0 K 0 K LM7-ADJ Vout Vin ADJ 50 K 0µF Şekil 8. Akım algılama devresi Pozisyon Algılayıı ASM un gerçek pozisyonun algılanmasında motor miline bağlı Autonis firmasına ait çift kanallı ENB-04-- (A ve B) artımlı (inremental) algılayıı kullanılmıştır. Bu algılayıı her devirde A ve B kanallarından ayrı ayrı ve az kaydırmalı olarak 04 darbe üretmektedir. A ve B kanallarından üretilen bu darbeler Sİİ ye sayısal konnektörün QEP ve QEP pinlerinden işlemiye aktarılır. Elde edilen bu sinyaller kullanılarak motorun gerçek pozisyon ve hız bilgisi elde edilir. Üç-seviyeli eviriiye ait güç devresinin genel görünüşü Şekil 9 da verilmiştir. -Fazlı Doğrultuu Filitre Bobini ve Kondansatörü Akım Algılama Devresi Tutma Diyodu IGBT Snubber Devresi IGBT Sürüü Devresi Yalıtım Devresi Şekil 9. Güç devresinin genel görünüşü elmas@gazi.edu.tr 8

6 Ç. ELMAS, O. BİNGÖL Deneysel Sonuçlar Üç-seviyeli ve iki-seviyeli eviriilerin beslediği ASM un alan yönlendirmeli denetiminin uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Her iki evirii içinde uzay vektör DGM tekniği kullanılmıştır. Uygulama çalışmaları sırasında eviriilerin besleme gerilimi DA 80V olup anahtarlama frekansı khz olarak alınmıştır. Uygulamada TMS0LF407A Sİİ ile denetim gerçekleştirilmiştir. Uygulama verilerinin elde edilmesinde motor hız tepkisi için takogeneratör çıkışı ve faz akımı içinde akım algılayıı çıkışı kullanılmıştır. Bu çıkışlardan elde edilen veriler Tektronix firmasının ürettiği TDS04 sayısal osiloskop ile disket sürüü kullanılarak diskete kaydedilerek bilgisayar ortamına aktarılmıştır. Uygulamada Siemens firması tarafından üretilen fazlı, kw, 80 V, 50 Hz, yıldız bağlı, 4, A ve 40 d/d değerlerine sahip ASM kullanılmıştır. Boş ve kısa devre deneyleri yapılarak motora ait parametreler bulunmuş olup uygulama çalışmalarında kullanılmıştır. Şekil 0 da, iki-seviyeli evirii tarafından beslenen ASM un 500 d/d durumunda boşta çalışırken (a) fazlararası gerilimi ve (b) fazlararası geriliminin harmonik analiz uygulama sonuçları gösterilmiştir. Fazlararası gerilim, 0V ve 80V olmak üzere iki seviyeden oluşmaktadır. khz anahtarlama frekansında, temel bileşen ve temel bileşen dışındaki harmonikler, harmonik analizi sonuundan görülmektedir. (a) (b) Şekil 0. İki-seviyeli eviriinin beslediği ASM un uygulama sonuçları a) Fazlararası gerilimi b) Harmonik analizi Şekil de, üç-seviyeli evirii tarafından beslenen ASM un 500 d/d durumunda boşta çalışırken (a) fazlararası gerilimi ve (b) fazla arası geriliminin harmonik analiz uygulama sonuçları gösterilmiştir. Fazlararası gerilim, 0V, 90V ve 80V olmak üzere üç seviyeden oluşmaktadır. khz anahtarlama frekansında, temel bileşen ve temel bileşen dışındaki harmonikler, harmonik analizi sonuundan görülmektedir. (a) (b) Şekil. Üç-seviyeli eviriinin beslediği ASM un uygulama sonuçları a) Fazlararası gerilimi b) Harmonik analizi Şekil 0 ve Şekil inelendiğinde, üç-seviyeli eviriinin fazlararası gerilimi üç seviyeden oluşurken, iki-seviyeli eviriinin fazlar arası gerilimi ise iki seviyeden oluşmaktadır. Ayrıa fazlararası geriliminin harmonik analiz sonuunda, üç-seviyeli eviriinin harmonik analizinin, iki-seviyeli eviriinin harmonik analizine göre harmonik bileşen genliklerinin daha düşük olduğu görülmektedir. elmas@gazi.edu.tr 8

7 Üç-Seviyeli Bir Eviriinin Tasarım Tasarım Ve Uygulaması Şekil de, iki-seviyeli evirii tarafından beslenen ASM un 500 d/d durumunda boşta çalışırken (a) faz akımı ve (b) faz akımının harmonik analiz uygulama sonuçları gösterilmiştir. Şekil (a) da görüldüğü gibi akım algılayııdan elde edilen faz akımın dikey eksendeki her bir karenin değeri 00 mv olup, yaklaşık olarak 0.57 A değerindedir. Aynı şekilde Şekil (b) de ise dikey eksendeki her bir karenin değeri 50 mv olup, yaklaşık olarak 0.4 A değerindedir. (a) (b) Şekil. İki-seviyeli eviriinin beslediği ASM un uygulama sonuçları a) Faz akımı b) Harmonik analizi Şekil de, üç-seviyeli evirii tarafından beslenen ASM un 500 d/d durumunda boşta çalışırken (a) faz akımı ve (b) faz akımının harmonik analiz uygulama sonuçları gösterilmiştir. Şekil (a) da görüldüğü gibi akım algılayııdan elde edilen faz akımın dikey eksendeki her bir karenin değeri 00 mv olup, yaklaşık olarak 0.57 A değerindedir. Aynı şekilde Şekil (b) de ise dikey eksendeki her bir karenin değeri 50 mv olup, yaklaşık olarak 0.4 A değerindedir. (a) (b) Şekil. Üç-seviyeli eviriinin beslediği ASM un uygulama sonuçları a) Faz akımı b) Harmonik analizi Şekil ve Şekil inelendiğinde, üç-seviyeli eviriinin beslediği asenkron motorun faz akımının iki-seviyeli eviriiye göre sinüsoidala daha yakın olduğu görülmektedir. Ayrıa faz akımlarının harmonik analiz sonuunda, üç-seviyeli eviriinin harmonik analizinin, iki-seviyeli eviriinin harmonik analizine göre harmonik bileşen genliklerinin daha düşük olduğu görülmektedir. Sonuçlar Yapılan bu çalışmada üç-seviyeli nötr-nokta tutmalı evirii tasarlanmış olup uygulaması gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen üç-seviyeli nötr-nokta tutmalı evirii ile ASM un hız denetimi sağlanmıştır. Sistemde kullanılan donanım; Sİİ, yalıtma ünitesi, IGBT sürüü devresi, IGBT modülü, akım algılama devresi, pozisyon algılayıı, doğrultma devresi ve güç kaynaklarından oluşmaktadır. Üç-seviyeli ve iki-seviyeli eviriilerin beslediği ASM un faz akımları ve fazlar arası gerilimleri karşılaştırılmıştır. Uygulama sonuçlarına göre, üç-seviyeli eviriinin beslediği ASM un fazlar arası geriliminin ve faz akımının harmonik bileşen genliklerinin iki-seviyeli eviriiye göre daha düşük olduğu görülmüştür. Teşekkür Yazarlar, bu çalışmanın gerçekleşmesinde 569 nolu proje finansman desteği sağlayan Süleyman Demirel Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Yönetim Birimine teşekkür etmektedirler. elmas@gazi.edu.tr 8

8 Kaynaklar Bingöl, O Yapay Sinir Ağı İle Modellenen Alan Yönlendirmeli Bir Asenkron Motorun Üç Seviyeli Evirii İle Hız Denetimi. Doktora Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Celanovi, N., Boroyevih, D A Comprehensive Study of Neural- Point Voltage Balaning Problem in Three- Level Neutral- Point- Clamped Voltage Soure PWM Inverters, IEEE Transations on Power Eletronis, 5, Elmas, Ç., Bingöl, O. 00. Üç-Seviyeli Evirii İle Asenkron Motor Hız Denetimi, rd International Advaned Tehnologies Symposium. Ankara, Turkey, Mitsubishi Eletri, 998. Mitsubishi Semiondutors Power Modules Mos, General Considerations for IGBT and Intelligent Power Modules. als/powermos_0.pdf, September. Holtz. J Pulsewidth Modulation for Eletroni Power Conversion. Proeedings of the IEEE, 8, 8, August, Ç. ELMAS, O. BİNGÖL Lee,Yo-H., Suh, B.S., Hyun, D.S A Novel PWM Sheme for a Three-Level Voltage Soure Inverter With GTO Thyristors. IEEE Transations on Industry Appliations,, Marhesoni, M., Mazzuhalli, M., Tenoni, S., 990. Anon Conventional Power Converter for Plasma Stabilization, IEEE Trans., on Power Eletronis, 5, -9. Meynard, T. A., Foh, H. 99. Multi-Level Conversion: High Voltage Choppers and Voltage-Soure Inverters. IEEE Power Eletronis Speialists Conferene,, 9 June- July, Nabae, A., Takahashi, I. Akagi, H. 98. A New Neutral- Point- Clamped PWM Inverter. IEEE Transations On Industry Appliations. IA-7, Texas Instruments, 00. TMS0LF407 Evaluation Module Tehnial Referene, (-) (-7) Zhang, J High Performane Control Of A Three- Level IGBT Inverter Fed AC Drives, Industry Appliations Conferene, Thirtieth IAS Annual Meeting, IAS 95,, 8- Otober, -8. Lai, J. S., Peng, F. Z Multilevel Converters-A New Breed of Power Converters. IEEE Transations on Industry Appliations,, elmas@gazi.edu.tr 84