SARMAŞIK YAPILI TEK-FAZ DOĞRULTUCUNUN FARKLI AKIM KONTROL YÖNTEMLERİYLE PERFORMANS ANALİZİ

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Jurnal f the Faculty f Engineering and Architecture f Gazi University Cilt 29, N 3, 443-450, 2014 Vl 29, N 3, 443-450, 2014 SARMAŞIK YAPILI TEK-FAZ DOĞRULTUCUNUN FARKLI AKIM KONTROL YÖNTEMLERİYLE PERFORMANS ANALİZİ Fatih Karık 1,*, Ires Iskender 2, Ahmet Karaarslan 3, Naci Genç 4 1 T.C. Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığı, Yenilenebilir Enerji Gen. Müd., Ankara, Türkiye 2 Elektrik-Elektrnik Mühendisliği Bölümü, Gazi Üniversitesi, Ankara, Türkiye 3 Elektrik Mühendisliği Bölümü, Afyn Kcatepe Üniversitesi, Afyn, Türkiye 4 Elektrik-Elektrnik Mühendisliği Bölümü, Yüzüncü Yıl Üniversitesi, Van, Türkiye fatihkarik@gmail.cm, iresis@gazi.edu.tr, akaraarslan@gmail.cm, nacigenc@yyu.edu.tr (Geliş/Received: 19.04.2013; Kabul/Accepted: 23.07.2014) ÖZET Bu çalışmada, sürekli iletim mdunda çalışan sarmaşık yapılı tek-fazlı dğrultucu için güç faktörü düzeltme kntrl yöntemlerinin detaylı analizi yapılmıştır. Sarmaşık yapılı dğrultucu devresinde ransal-integral kntrl, rtalama kayan kip kntrl ve öngörmeli akım kntrl yöntemleri kullanılarak birim güç faktörü (UPF) ve giriş akımının tplam harmnik bzulumu (THD) incelenmiştir. Sarmaşık yapılı güç faktörü düzeltici devrenin güç yğunluğunu arttırma, giriş akım dalgacığını ve çıkış kapasitörünün etkin akımını azaltma, filtre büyüklüğünü düşürme gibi bir çk avantajı vardır. Sarmaşık yapılı dönüştürücünün 50 khz anahtarlama frekansı ve 1kW güç değerinde benzetim ve deneysel çalışmaları gerçekleştirilmiş ve kntrl yöntemlerinin analizi yapılmıştır. Analizlerde, dönüştürücünün tüm kntrl yöntemlerinde yük değişimlerinde dayanıklı yapı sergilediği gözlenmiştir. Ayrıca, öngörmeli kntrl yönteminde işlemlerin bbin akımı ölçülmeden yapılması diğer iki kntrl yöntemine göre daha avantajlı lduğunu göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Sarmaşık dönüştürücü, PI kntrl, Öngörmeli akım kntrl, Ortalama kayan kip kntrl PERFORMANCE ANALYSIS OF INTERLEAVED SINGLE-PHASE RECTIFIER USING DIFFERENT CURRENT CONTROL METHODS ABSTRACT In this study, a cmprehensive perfrmance analysis f pwer factr crrectin cntrl methds are presented fr an interleaved single-phase rectifier perating under cntinuus cnductin mde. The cntrl f interleaved cnverter is achieved using prprtinal-integral cntrl, average sliding cntrl and predictive current cntrl methds t btain unity pwer factr and lwer ttal harmnic distrtin f input current. The interleaved pwer factr crrectin cnverters have many advantages in increasing pwer density, reducing input current ripple and RMS current f the bst capacitr, reducing filter vlume, and cutting dwn the cst f materials. The analysis f the interleaved cnverter is presented and verified exactly by simulatins and experimental carried ut n 1 kw pwer and 50 khz switching frequency. The perfrmance f the current cntrl methds fr the interleaved cnverter is investigated by Matlab/Simulink prgram fr different cases f peratin such as change in input vltage and lad. It is bserved frm the analysis that predictive current cntrl methd is mre suitable than the thers because it desn t need sense current. Keywrds: Interleaved cnverter, PI cntrl, Predictive current cntrl, Average sliding cntrl 1. GİRİŞ (INTRODUCTION) Dağıtım sistemlerindeki harmnik akım kirlenmesi prblemine ilgi sn yıllarda önemli ölçüde artmıştır. Sinüzidal akım dalga şeklinin bzulmasının negatif etkilerinden dlayı giriş akımının harmniklerinin azaltılmasına ilişkin çalışmalar yapılmaktadır. Sistemlerin güç faktörünü düzeltmek için birçk arayüz devre çalışması yapılmaktadır. Genelde A.A. tarafının güç faktörünü düzeltmek için giriş akımının şeklini sinüzidal frma aktif şekilde ayarlayan güç faktörü düzeltmeli dönüştürücüler kullanılmaktadır.

F. Karık ve ark. Sarmaşık Yapılı Tek-Faz Dğrultucunun Farklı Akım Kntrl Yöntemleriyle Perfrmans Analizi Güç faktörü düzeltmeli dönüştürücüler, güç kaynağı çıkışını düzenleme ve aktif ve görünen güçte kabul edilebilen bir ran sağlamada güç elektrniğinin önemli bir çalışma ve araştırma alanıdır [1-6]. Yükselten, alçaltan, geriuçan, köprüsüz, sarmaşık yapı gibi güç faktörü düzeltmeli dönüştürücülerde farklı tpljiler mevcuttur [7-11]. Yükselten güç faktörü önregülatörleri, basitlikleri (bir anahtar ve diyd), gerilim yükseltme karaktersitiği, verim ve perfrmanslarından dlayı yaygın larak kullanılmaktadır. Güç seviyesini arttırması bakımından uygun dönüştürücüler sıklıkla paralel veya seri şekilde bağlanarak kullanılırlar. Dönüştürücünün yüksek güçlerde tekli kullanılmasının en belirgin dezavantajı yüksek gerilim ve akım baskısına maruz kalmasıdır. Bu yüzden yüksek güç uygulamalarında klasik yükselten dönüştürücü türevi lan iki veya daha fazla yükselten dönüştürücünün sarmaşık yapıda bağlanması (anahtarlamalı dönüştürücülerin paralel bağlanması) akım dalgacığını azaltması bakımından önerilir [16]. Bu teknik aynı anahtarlama frekansında paralel çalışmada birçk hücrenin kntrl sinyalinin faz kaydırma işlemini ihtiva eder. Anahtarlama anları anahtarlama periydunun eşit parçaları halinde sırayla faz kaydırılır. Bu işlem herhangi bir eleman üzerinde anahtarlama kayıplarını veya akım ve gerilim baskılarını arttırmaksızın tüm dönüştürücünün giriş akımı dalgacık genliğini düşürür ve etkin dalgacık frekansını arttırır. Düşük frekanslı harmniklerin eliminasynu filtreleme basamaklarının kayıplarının ve byutunun azalmasını sağlar. Sarmaşık yapılı dönüştürücünün bu avantajları elektrmanyetik girişimi azaltma, geçici tepkiyi arttırmadır [12-15]. Güç faktörü düzeltme yöntemi iki döngüyle gerçekleştirilir: bunlardan birisi birim güç faktörünü elde etmek için hızlı akım döngüsü, diğeri ise çıkış gerilimini düzenlemek için yavaş gerilim döngüsüdür. Oransal-İntegral akım kntrl yöntemi güç katsayısı düzeltme devrelerinde yaygın kullanılan tekniklerden bir tanesidir. Dğrultulmuş giriş akımı I in, birim güç faktörünü elde etmek için dğrultulmuş giriş gerilimiyle rantılı lan referans akımı, I ref, takip etmeye zrlanır [9, 13, 14]. Güç dönüştürücülerde rtalama kayan kip kntrl yöntemi iki basamak içerir: birincisi ideal kayan yüzeyi elde etmek, ikincisi bu kayan yüzeyi çalışma frekansını sabitlemek veya üst sınırını belirlemek için mdifiye etmektir. İdeal rtalama kayan kip kntrl algritmaları genelde klaydır fakat ikinci basamağın uygulamada sağlanmaya çalışılması işlemi zrlaştırmaktadır [20, 25]. Nrmalde geleneksel güç faktörü sağlayan dönüştürücülerde referans akımı elde etmek için çıkış gerilimi ölçülür ve referans gerilimle karşılaştırılır. Üretilen referans akım anahtarların görev ranını luşturmak için ölçülen bbin akımıyla karşılaştırılır. Bu dönüştürücülerde çıkış gerilimi, bbin akımı, giriş gerilimi birim güç faktörünü sağlamak için ölçülmelidir. Öngörmeli akım kntrl yöntemini kullanarak bbin akımını ölçmeye gerek kalmaksızın birim güç faktörünü sağlamak mümkündür. Bu kntrl yöntemi birim güç faktörünü elde etmek için her bir anahtarlama anında bbin akımının tahminine dayanır [21]. Bu çalışmada, klasik tek anahtarlı DA-DA yükselten tip dönüştürücü yapısından türetilmiş iki anahtarlı sarmaşık yapılı yükselten devre (Şekil-2) mimarisi kullanılarak farklı kntrl yöntemlerinin analizi gerçekleştirilmiştir. Sarmaşık yapılı yükselten devre klasik yükselten devre ile aynı çalışma prensibine sahip lduğundan, devre analizi bu çalışma da aktarılmamıştır. 2. UYGULANAN KONTROL YÖNTEMLERİ (APPLIED CONTROL METHODS) Yıllardır güç faktörü düzeltme devrelerinin kntrlü için farklı akım kntrl yöntemleri uygulanmaktadır. Bir fazlı ve çk fazlı sarmaşık yapılı dönüştürücülerin kntrl yöntemleri temelde farklı değildir. Tek fark geri besleme döngüsü adedidir. N-fazlı dönüştürücü için N-adet geri besleme döngüsü mevcuttur. Sarmaşık yapılı devrede faz kaydırma işlemi sağlamak için ek devreye ihtiyaç duyulur. Bundan dlayı tüm kntrl teknikleri tek faza göre tasarlanıp görev ranı, d 2, sadece 180 faz kaydırılmıştır. Bu bölümde giriş geriliminin temel bileşeniyle giriş akımını senkrnize eden kntrl yöntemleri anlatılmıştır. 2.1. Oransal-İntegral Kntrl Yöntemi (Prprtinal-Integral Cntrl Methd) Güç faktörü düzeltme kntrl yöntemlerinin temel amacı birim güç faktörünü sağlamak için dönüştürücünün direnç yükü gibi davranmasını sağlamaktır. Direnç yükü karakteristiğini elde etmek için giriş akımı giriş gerilimi değişimlerini takip etmelidir. Oransal-integral kntrlör bu işlem için yaygın kullanılan tekniklerden bir tanesidir. Bu yöntemde rtalama endüktör akımı alınır ve bu rtalama değer anahtarlama yapılarak kntrl edilir. Ortalama akım mdlu ransal-integral kntrl [19, 22] de detaylı analiz edilmiştir. (1) ve (2) n.lu eşitlikler ransal-integral kntrl yönteminin temel denklemlerini ifade etmektedir. Iref [( V ). VEA 1]. Vin (1) d1 ( Iref Iin ). VEA2 (2) d2 ( Iref Iin ). VEA2.(180 _ Phaseshift) burada V EA1 : Oransal-integral kntrllü gerilim hata yükselteci, V EA2 : Oransal-integral kntrllü akım hata yükselteci d 1 ve d 2 sarmaşık yapılı dönüştürücünün sabit frekanslı rampa sinyali ile karşılaştırılarak üretilmiş görev ranlarını göstermektedir. 2.2. Ortalama Kayan Kip Kntrl Yöntemi (Average Sliding Cntrl Methd) Ortalama kayan kip kntrl yöntemine göre tasarım yapıldığında güç dönüştürücüye ait bir anahtarlama 444 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 29, N 3, 2014

Sarmaşık Yapılı Tek-Faz Dğrultucunun Farklı Akım Kntrl Yöntemleriyle Perfrmans Analizi F. Karık ve ark. denklemi elde edilir. İdeal durumda anahtarlama frekansı çk yüksek değerlere ulaşır buna rağmen daha yüksek frekans ideal kayan kipe daha iyi yaklaşmak demektir. Güç anahtarının karakteristiğinden dlayı bu yüksek frekansa bir üst limit knulmalıdır. Birçk uygulamada sabit anahtarlama frekansı arzu edilir, bazı durumlarda zrunludur. Bundan dlayı anahtarlama frekansını sınırlandırmak için çeşitli yöntemler mevcuttur. Bu yöntemin küçük sinyal analizi [23] de detaylı analiz edilmiştir. (3) nlu eşitlik tek hücreli yükselten dönüştürücünün rtalama durum uzay mdelinin temel denklemidir ve tasarım tek faza göre yapılmaktadır. etmek için giriş hat gerilimi ile rantılı lmalıdır. Zaman, t=kt s ve k th örnekleme anıdır, T s ise örnekleme periydudur. 1 1 d Iin ( ). Vin ( ) V (3) L L ( I I ) ( I I ) (4) ref in ref in LI. ref 0 kabul edilip, I in eşitlik (4) te yerine kyularak görev ranları eşitlik (5) te türetilebilir. V Vin L( Iref Iin ) d1 V V Vin L( Iref Iin ) 2.(180 d _ Phaseshift ) V (5) burada, λ=kayan yüzey katsayısı V EA1 : Oransalintegral kntrllü gerilim hata yükselteci, d 1 ve d 2 sarmaşık yapılı dönüştürücünün sabit frekanslı rampa sinyali ile karşılaştırılarak üretilmiş görev ranlarını göstermektedir. Güç dönüştürücülerde rtalama kayan kip kntrl yöntemi iki basamak içerir: birincisi ideal kayan yüzeyi elde etmek, ikincisi bu kayan yüzeyi çalışma frekansını sabitlemek veya üst sınırını belirlemek için mdifiye etmektir. İdeal rtalama kayan kntrl algritmaları genelde klaydır fakat ikinci basamağın uygulamada sağlanmaya çalışılması işlemi zrlaştırmaktadır [24, 25]. 2.3. Öngörmeli Akım Kntrl Yöntemi (Predictive Current Cntrl Methd) Öngörmeli akım kntrl yöntemi sn yıllarda güç dönüştürücülerde yaygın larak kullanılmaya başlanmıştır. Bu yaklaşımda dğrultulmuş giriş gerilimi ve çıkış gerilimi ( V in, V 0 ) geri besleme sinyallerini, anahtarların (M 1, M 2 ) kapı sinyalleri ise kntrlörünün çıkışını ifade eder. Çıkış gerilimi ve referans gerilim ransal-integral kntrlcüden geçirilerek (V EA1 ) referans akımın büyüklüğü elde edilir. Üretilen referans akım, öngörmeli akım kntrl yöntemiyle bbin akımı ölçülmeksizin anahtarlama sinyallerinin luşturulmasında kullanılır. Şekil 1 dğrultulmuş giriş hat gerilimini V in (t), dğrultulmuş giriş hat akımını I in (t), referans akımı I ref (t) ve çıkış gerilimini, V 0 (t) gösterir. Referans akım, giriş akım dalga şeklini düzeltmek ve birim güç faktörü elde Şekil 1. T s için (k-1) th, k th ve (k+1) th örnekleme anlarındaki akım ve gerilim dalga şekilleri (Current and vltage wavefrms f (k-1) th, k th and (k+1) th sampling intervals fr T s ) Şekil 1 de görüldüğü gibi rtalama bbin akımı referans akımı her anahtarlama periydunda takip etmelidir. I in (t) akımı referans akımı, I ref (t), takip etmeye zrlanır. V EA1 : Oransal-integral kntrllü gerilim hata yükseltecidir. Görev ranları ifadeleri kntrl yöntemine göre aşağıdaki şekilde türetilebilir: tk t tk dk & tk dk t tk 1 için, diin L d( k) Vin( k) ( Vin( k) dt (6) V( k))(1 d( k))) diin L d( k) Vin( k) Vin( k) dt (7) dkt ( ) s Vin( k) V( kt ) s dktv ( ) s ( k) I ( 1) ( ) 1 in k Iin k ( Vin ( k) L (8) V( k) d( k) TV s ( k)) ( ) ( ) ( ( 1) ( )) L V in in k Vin k I k I k dk ( ) (9) V ( k) V ( k) burada, Iin ( k 1) Iref ( k), Iin ( k 1) Iref ( k 1) ve V ( k) V ref ( ( 1) ( )) L Vin ( k) Iref k Iref k d1( k) Vin ( k) d2( k) ( Iref ( k1) Iref ( k)) L.(180 _ Phaseshift) (10) Öngörmeli akım kntrl yöntemi güç dönüştürücüleri için birçk avantaj sunar: klay anlaşılır, birçk Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 29, N 3, 2014 445

F. Karık ve ark. Sarmaşık Yapılı Tek-Faz Dğrultucunun Farklı Akım Kntrl Yöntemleriyle Perfrmans Analizi sisteme uygulanabilir ve diğer değişik durumlar için klay uygulanabilir bir kntrlördür. Bu yöntem klasik kntrl yöntemiyle karşılaştırıldığında çk sayıda hesaplama içerir fakat günümüzde bu uygulamayı gerçekleştirecek hızlı mikrişlemciler mevcuttur [21]. 3. BENZETİM VE DENEYSEL ÇALIŞMA SONUÇLARI (SIMULATION AND EXPERIMENTAL RESULTS) Benzetim çalışmaları MATLAB/Simulink prgramı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışmalarında seçilen parametreler Tabl 1 de gösterilmiştir. Sarmaşık yapılı dönüştürücü ise Şekil 2 de gösterilmiştir. Tabl 1. Benzetimde seçilen parametreler (Selected simulatin parameters) Çıkış gücü P 0 1 [kw] Çıkış gerilimi V 0 400 [V] Giriş gerilimi V in, f line 220 [V rms,50 Hz] Anahtarlama f s 50 [khz] frekansı Bbin değerleri L 1 =L 2 6,8 [mh] Çıkış kapasitörü C 0 500 [µf] Gerilim kntrlcüler tüm kntrl yöntemlerine göre Şekil 3 te gösterildiği gibi aynı yapıdadır. Şekil 4-6 sırasıyla ransal-integral, rtalama kayan kip ve öngörmeli akım kntrl yöntemlerini göstermektedir. Oransal-integral kntrlörde, K p ve K i Ziegler Nichls yöntemine göre seçilir. Şekil 2. Sarmaşık yapılı dönüştürücü tpljisi (The interleaved cnverter tplgy) Şekil 3. Gerilim kntrlcü blğu (Vltage cntrller blck set) Şekil 4. Oransal-integral akım kntrlcüsü (Prprtinal-integral current cntrller) 446 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 29, N 3, 2014

Sarmaşık Yapılı Tek-Faz Dğrultucunun Farklı Akım Kntrl Yöntemleriyle Perfrmans Analizi F. Karık ve ark. Şekil 5. Ortalama kayan kip akım kntrlcüsü (Average sliding current cntrller) Şekil 6. Öngörmeli akım kntrlcüsü (Predictive current cntrller) Şekil 7 ransal-integral yöntemine göre giriş hat akımı, giriş ve çıkış gerilimi değişiminin benzetim snuçlarını göstermektedir. Bu durum için giriş gerilimi 220 V rms, çıkış gücü 1 kw, giriş gerilim frekansı 50 Hz dir. Şekil 7(a), (b) de dönüştürücü gücü 1kW dan 500 W a ve 500W tan 1 kw a değiştirilerek snuçlar gösterilmiştir. Güç katsayısı ve tplam harmnik bzulma 1 kw/500 W değerlerine göre sırasıyla 0,99/0,99 ve 7,1%/8,3% dir. Şekil 8 rtalama kayan kip yöntemine göre giriş hat akımı, giriş ve çıkış gerilimi değişiminin benzetim snuçlarını göstermektedir. Giriş gerilimi 220 V rms, çıkış gücü 1 kw, giriş gerilim frekansı 50 Hz iken Şekil 8(a), (b) de dönüştürücü gücü 1kW dan 500 W a ve 500W tan 1 kw a değiştirilerek snuçlar gösterilmiştir. Güç katsayısı ve tplam harmnik bzulma 1 kw/500 W değerlerine göre sırasıyla 0,99/0,99 ve 6,0%/6,2% dir. Şekil 9 öngörmeli akım yöntemine göre giriş hat akımı, giriş ve çıkış gerilimi değişiminin benzetim snuçlarını göstermektedir. Bu durum için giriş gerilimi 220 V rms, çıkış gücü 1 kw, giriş gerilim frekansı 50 Hz dir. Şekil 9(a), (b) de dönüştürücü gücü 1kW dan 500 W a ve 500 W tan 1 kw a değiştirilerek snuçlar gösterilmiştir. Güç katsayısı ve tplam harmnik bzulma 1 kw/500 W değerlerine göre sırasıyla 0,99/0,99 ve 6,2%/15,8% dir. Tüm kntrl yöntemleri için sarmaşık yapılı tek fazlı dğrultucu anahtarlama frekansı 50 khz alınmıştır. Tüm kntrl tekniklerine göre snuçlar Tabl 2 de sunulmuştur (a) (b) Şekil 7. Benzetim snucu; giriş, çıkış gerilimi ve hat akımı değişimi: (a) 1kW dan 500 W a, (b) 500W tan 1 kw a(input line, utput vltage and the line current changes: (a) frm 1 kw t 500 W, (b) frm 500 t 1 kw) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 29, N 3, 2014 447

F. Karık ve ark. Sarmaşık Yapılı Tek-Faz Dğrultucunun Farklı Akım Kntrl Yöntemleriyle Perfrmans Analizi Şekil 8. Benzetim snucu; giriş, çıkış gerilimi ve hat akımı değişimi: (a) 1kW dan 500 W a, (b) 500W tan 1 kw a (Input line, utput vltage and the line current changes: (a) frm 1 kw t 500 W, (b) frm 500 t 1 kw) (a) Şekil 9. Benzetim snucu; giriş, çıkış gerilimi ve hat akımı değişimi: (a) 1kW dan 500 W a, (b) 500W tan 1 kw a (Input line, utput vltage and the line current changes: (a) frm 1 kw t 500 W, (b) frm 500 t 1 kw) Tabl 2. Detaylı benzetim snuçları (Detailed simulatin results) Benzetim N 1 2 3 4 5 6 7 Parametreler Güç (kw) 1 1 1 1 0,5 1 1 L 1 =L 2 (mh) 6,8 6,8 6,8 5,0 6,8 0,8 6,8 C (µf) 500 500 500 500 500 500 250 V in (Vrms) 220 110 250 220 220 220 220 Oransal-integral yöntemi PF 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 THD (%) 7,1 2,7 9,1 7,3 8,3 35 13,3 Ortalama kayan kip yöntemi PF 0,99 1 0,99 0,99 0,99 0,99 0,99 THD (%) 6,0 1,7 8,6 6,5 6,2 10 13,1 Öngörmeli akım kntrl yöntemi PF 0,99 1 0,99 0,99 0,99 0,93 0,99 THD (%) 6,2 8,9 6,8 15 15,8 43 10,0 (b) 448 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 29, N 3, 2014

Sarmaşık Yapılı Tek-Faz Dğrultucunun Farklı Akım Kntrl Yöntemleriyle Perfrmans Analizi F. Karık ve ark. a) b) Şekil 10. Deneysel çalışma; sarmaşık yapılı tek-fazlı dğrultucunun çıkış gerilimi, giriş akımı ve gerilimi dalga şekilleri: a) Kntrlsüz çalıştırma (%THD=%65), b) Birim güç katsayılı kntrllü çalıştırma (%THD=%7.5) (Input line, utput vltage and the line current changes: (a) withut cntrller, (b) with cntrl) Sarmaşık yapılı tek-fazlı dğrultucu için deneysel çalışmalar yapılmış ve sürekli iletim durumunda PI kntrl yöntemi kullanılarak elde edilen snuçların analizi yapılmıştır. Deneysel çalışmalarda dğrultucunun kntrlü DSP TMS320F2812 mikrişlemcisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Şekil 10. da sarmaşık yapılı tek-fazlı dğrultucunun 1kW çıkış gücünde çalıştırılarak çıkış gerilimi, giriş gerilimi ve akımı dalga şekilleri verilmiştir. Şekil 10 a dan anlaşılacağı üzere devre kntrlsüz larak çalıştırıldığında giriş akımı dalga şekli bzuk ve THD değeri %65 seviyesindedir. Şekil 10-b de ise devre birim güç faktörü için kntrllü larak çalıştırılmaktadır. Dalga şekillerinden anlaşılacağı üzere giriş akımı giriş gerilimini takip ederek güç faktörü %99 seviyesinde sabit tutulmaktadır. Giriş akım sinyalinin THD değerine bakıldığında ise değerin %7,5 civarında lduğu ve eş değer benzetim çalışma snucu ile yaklaşık örtüştüğü gözlenmiştir. Şekil 11. 220 V rms giriş geriliminde çıkış gücü değerlerine karşı güç faktörü (Input pwer factr versus utput pwer at 220 V rms input vltage) Devre güç katsayısı düzeltimi için kntrllü larak çalıştırıldığında giriş akımı harmniklerini ciddi bir şekilde azalttığı ve uluslar arası harmnik standartlarına uygun hale getirdiği gözlenmiştir. Sarmaşık yapılı tek-fazlı dğrultucunun farklı çıkış güç değerlerine karşın PI kntrlü ile elde edilen benzetim çalışmaları ve deneysel snuçlarda elde edilen güç faktörü snuçları Şekil 11 de verilmiştir. Belirli bir güç değerinden snra devrenin deneysel çalışma ve benzetim çalışma snuçlarının büyük randa örtüştüğü gözlenmiştir. 4. SONUÇ (CONCLUSION) Oransal-integral tabanlı rtalama akım kntrllü sarmaşık yapılı yükselten devre tasarlanarak hem benzetim hem de deneysel çalışmaları yapılmış ve benzetim snuçları ile deneysel çalışma snuçlarının bir biri ile örtüştüğü gözlenmiştir. Bu nedenle, bu çalışmada, ransal-integral, rtalama kayan kip ve öngörmeli kntrl yöntemleri sarmaşık yapılı yükselten tip güç katsayısı düzeltici devreye uygulanıp Matlab/Simulink prgramında benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen snuçların detaylı analizleri yapılmıştır. Kullanılan tüm kntrl tekniklerinde sabit anahtarlama frekansı kullanılarak pratik çalışmalar için uygulanabilirliği sağlanmıştır. Öngörmeli kntrl yönteminde işlemlerin bbin akımı ölçülmeden yapılması diğer iki kntrl yöntemine göre daha avantajlı lduğu göstermiştir. Bunun için öngörmeli akım kip kntrl yönteminde gerilim kntrlcüsü aynı zamanda endüktör akımını da kntrl etmektedir. Tasarlanan tüm kntrl yöntemlerinin çıkış yükü değişimlerine karşı dayanıklı bir yapı sergilediği gözlemlenmiştir. Endüktör değeri azaltıldığında ransal-integral kntrl ve öngörmeli akım kip kntrlde kullanılan kntrlcülerin katsayı ayarlamalarının tekrar yapılması gerektiği rtalama kayan kip yönteminin ise herhangi bir değişiklik yapılmadan perfrmansını kruduğu gözlemlenmiştir. Bu çalışma ile öngörülen kntrl teknikleri pratik çalışmalara da uyarlanarak elde edilen snuçların analizi yapılabilir. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 29, N 3, 2014 449

F. Karık ve ark. Sarmaşık Yapılı Tek-Faz Dğrultucunun Farklı Akım Kntrl Yöntemleriyle Perfrmans Analizi TEŞEKKÜR (ACKNOWLEDGMENT) Bu çalışma Türkiye Bilimsel ve Teknljik Araştırma Kurumu (TÜBİTAK) tarafından desteklenen 108E081 ve 111E171 N lu prjelerden üretilmiştir. Katkılarından dlayı TÜBİTAK a teşekkürü bir brç biliriz. KAYNAKLAR (REFERENCES) 1. Wlfle, W.H. ve Hurley, W.G., Quasi-active pwer factr crrectin with a variable inductive filter, thery, design and practice, Pwer Elec. IEEE Transactins, Cilt 18, 248-255, 2003. 2. Huai, W., Batarseh, I., Guangyng, Z., ve Krnetzky P., A single-switch AC-DC cnverter with pwer factr crrectin, Pwer Elec., IEEE Transactins, Cilt 15, N 3, 421-430, 2000. 3. Mather, B.A. ve Maksimvić, D., A Simple Digital Pwer-Factr Crrectin Rectifier Cntrller, Pwer Electrnics IEEE Transactins, Cilt 26, N 1, 9-19, 2001. 4. ai-fu, W., Chien-Chih, C., Chih-Lung, S., ve Cheng-Nan, W., Analysis, design, and practical cnsideratins fr 500 W pwer factr crrectrs, Aerspace and Electrnic Systems IEEE Transactins, Cilt 39, N 3, 961-975, 2003. 5. GENC, N. ve Iskender, I., An Imprved Sft Switched PWM Interleaved Bst AC-DC Cnverter, Energy Cnversin and Management., Cilt 52, N. 1, 403-413, 2011 6. Karaarslan, A., ve Iskender, I., Pure sinusidal input vltage based bridgeless PFC cnverter using TMS320F2812 digital signal prcessr, Electrical and Electrnics Engineering, ELECO 09 Internatinal Cnf., 234-238, 2009. 7. Qia, C., ve Smedley, K.M., A tplgy survey f single-stage pwer factr crrectr with a bst type input-current-shaper, Pwer Electrnics IEEE Transactins, Cilt 16, N 3, 360-368, 2001. 8. P-Wa, L., Yim-Shu, L., Cheng, D.K.W., ve Xiu- Cheng, L., Steady-state analysis f an interleaved cnverter with cupled inductrs, Industrial Electrnics IEEE Transactins, Cilt 47, N 4, 787-795, 2000. 9. Ya-Ching, H., Te-Chin, H., ve Hau-Chen, Y., An Interleaved Bst Cnverter with Zer-Vltage Transitin, Pwer Electrnics IEEE Transactins, Cilt 24, N 4, 973-978, 2009. 10. Alns, J.M., Dalla Csta, M.A., ve Ordiz, C., Integrated Buck-Flyback Cnverter as a High- Pwer-Factr Off-Line Pwer Supply, Industrial Electrnics IEEE Transactins, Cilt 55, N 3, 1090-1100, 2008. 11. Jun, Z., Lu, D.D.-C., ve Ting, S., Flyback-Based Single-Stage Pwer-Factr-Crrectin Scheme with Time-Multiplexing Cntrl, Industrial Electrnics IEEE Transactins, Cilt 57, N 3,1041-1049, 2010. 12. Ya, G., Chen, A., ve He, X., Sft Switching Circuit fr Interleaved Bst Cnverters, IEEE Transactins n Pwer Electrnics, Cilt 22, N 1, 80-86, 2007. 13. Hsieh, Y.-C., Hsueh T.-C., ve Yen, H.-C., An Interleaved Bst Cnverter With Zer-Vltage Transitin, IEEE Transactins n Pwer Electrnics, Cilt 24, N 4, 973-978, 2009. 14. Yungtae, J.,ve Jvanvic M.M., Interleaved Bst Cnverter with Intrinsic Vltage-Dubler Characteristic fr Universal-Line PFC Frnt End, IEEE Pwer Electrnics, Cilt 22, N 4, 1394-1401, 2007. 15. Rezvanyvardm, M., ve All E., A New Interleaved ZCS PWM Bst Cnverter, IEEE Internatinal Cnference n Pwer and Energy, Cilt 1, 45-50, 2010. 16. IEC Standard IEC 61000-3-2, Electrmagnetic Cmpatibility (EMC), Limits fr Harmnic Current Emissins (Equipment input current 16A per phase), 2009. 17. GENC, N., ve Iskender, I., DSP-based Current Sharing f Average Current Cntrlled Tw-Cell Interleaved Bst PFC Cnverter, IET Pwer Electrnics, Cilt 4, N. 9, 1015-1022, 2011. 18. Pinheir, J. R., Gründling, H. A., Vidr, D. L.R., ve Baggi, J.E., Cntrl Strategy f an Interleaved Bst Pwer Factr Crrectin Cnverter, IEEE Annual Pwer Electrnics Specialists Cnf., Cilt 1,137-142, 1999. 19. Karaarslan, A., ve Iskender, I., Güç Katsayısı Düzeltim Devrelerinde Ortalama Akım Kntrl Tekniği ve Sayısal Sinyal İşlemcisi Kullanılarak Yeni bir Yöntemin Uygulanması, Jurnal f the Faculty f Engineering and Architecture f Gazi University, Cilt 26, N 1, 193-203, 2011. 20. Navarr-López, E.M., Crtés, D., ve Castr, C., Design f practical sliding-mde cntrllers with cnstant switching frequency fr pwer cnverters, Electric Pwer Systems Research, Cilt 79, 796-802, 2009. 21. Zhang, W., Feng, G., Liu, Y.-F., ve Wu, B., A digital pwer factr crrectin (PFC) cntrl strategy ptimized fr DSP, IEEE Trans. Pwer Electrnics, Cilt 19, N 6, 1474-1485, 2004. 22. Sun, C., ve Lehman, B., Discussins n Cntrl Lp Design in Average Current Mde Cntrl, IEEE Industry Applicatin Cnf., Cilt 4, 2411-2417, 2000. 23. Mattavelli, P., Rssett, L., ve Spiazzi, G., Small- Signal Analysis f DC-DC Cnverters with Sliding Mde Cntrl, IEEE Trans. Pwer Electrnics, Cilt 12, N 1, 96-102, 1997. 24. Navarr-López, E.M., Crtés, D., ve Castr, C., Design f practical sliding-mde cntrllers with cnstant switching frequency fr pwer cnverters, Electric Pwer Systems Research, Cilt 79, 796-802, 2009. 25. A. Karaarslan, I. Iskender, "Average Sliding Cntrl Methd Applied n PFC Cnverter fr Decreasing Input Current THD using Digital Signal Prcessr", IET Pwer Electrnics, Cilt 5, N. 5, 617-626, 2012. 450 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 29, N 3, 2014