SPWM ve SVPWM Kullanan Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter ile Beslenen Asenkron Motor Sürücülerinin Karşılaştırılması



Benzer belgeler
ÜÇ FAZLI ALTI SEVİYELİ PWM İNVERTER İLE BESLENEN ASENKRON MOTORUN MATLAB/SİMULİNK UYGULAMASI. Hüseyin GÜZELCİK 1,

ÜÇ SEVİYELİ UZAY VEKTÖR DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONLU İNVERTER İLE SABİT MIKNATISLI SENKRON MOTORUN ALAN YÖNLENDİRMELİ KONTROLÜ

UZAY VEKTÖR DARBE GENİŞLİK MODÜLASYON TEKNİĞİ KULLANAN DİYOT KENETLEMELİ ÇOK SEVİYELİ EVİRİCİNİN MODELLENMESİ

Kaskat Bağlı Çok Seviyeli Eviriciden Beslenen Asenkron Motorun Kapalı Çevrim Hız Kontrolü

KARADENİZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Power Electronic Circuits (Güç Elektroniği Devreleri)

Anahtarlama Modlu DA-AA Evirici

Matris Çevirici ve Gerilim Beslemeli Evirici ile Beslenen Sürekli Mıknatıslı Senkron Motor Sürücülerinin Karşılaştırılması

PIC16F877 Mikrodenetleyicisi İle Uzay Vektör PWM İşaretlerinin Üretilmesi

EVK Enerji Verimliliği, Kalitesi Sempozyumu ve Sergisi Haziran 2015, Sakarya

ELEKTRİK ENERJİ SİSTEMLERİNDE OLUŞAN HARMONİKLERİN FİLTRELENMESİNİN BİLGİSAYAR DESTEKLİ MODELLENMESİ VE SİMÜLASYONU

Akım Kontrollü Gerilim Kaynaklı Evirici İle Sürülen RL Yükü Üzerindeki Akım Harmoniklerinin İncelenmesi

Alçak Gerilimde Aktif Filtre ile Akım Harmoniklerinin Etkisinin Azaltılması

THIPWM ile Kontrol Edilen 3 Fazlı Gerilim Beslemeli İnverterin Matlab/Simulink ile Modellenmesi ve DSP Kontrolör ile Uygulamasının Gerçekleştirilmesi

Statik güç eviricilerinin temel görevi, bir DA güç kaynağı kullanarak çıkışta AA dalga şekli üretmektir.

İleri Teknoloji Bilimleri Dergisi Journal of Advanced Technology Sciences ISSN: MODÜLER ÇOK SEVİYELİ DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN İNCELENMESİ

ELEKTRİK MOTOR SÜRÜCÜLERİ: PWM AC KIYICILAR

SÜRÜCÜLÜ SİSTEMLERDE ENERJİ KALİTESİ PROBLEMLERİNİN İNCELENMESİ

Çok Seviyeli Evirici Tabanlı Seri Aktif Güç Filtresi için Geliştirilen Kontrol Algoritması

Eleco 2014 Elektrik Elektronik Bilgisayar ve Biyomedikal Mühendisliği Sempozyumu, Kasım 2014, Bursa

A.Ü. GAMA MYO. Elektrik ve Enerji Bölümü GÜÇ ELEKTRONİĞİ 9. HAFTA

DSC TABANLI UZAY VEKTÖR DARBE MODÜLASYON TEKNİĞİNİ KULLANAN KOMPAKT ASENKRON MOTOR SÜRÜCÜSÜNÜN GELİŞTİRİLMESİ

SERİ AKTİF GÜÇ FİLTRESİ için GELİŞTİRİLEN KASKAT BAĞLI ÇOK SEVİYELİ EVİRİCİ ve KONTROL ALGORİTMASI

ÇOK SEVİYELİ EVİRİCİLERDE TAŞIYICI DALGA ŞEKLİ DEĞİŞİMLERİNİN ÇIKIŞ GERİLİMİ ÜZERİNE

BİR FAZ BEŞ SEVİYELİ İNVERTER TASARIMI VE UYGULAMASI

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ...iii İÇİNDEKİLER...v 1. GÜÇ ELEKTRONİĞİNE GENEL BİR BAKIŞ YARI İLETKEN GÜÇ ELEMANLARI...13

Matris Konverter Beslemeli Self Kontrollü Senkron Motorda Çıkıklık Etkileri

PWM Doğrultucular. AA/DA güç dönüşümü - mikroelektronik devrelerin güç kaynaklarında, - elektrikli ev aletlerinde,

SERİ AKTİF GÜÇ FİLTRESİ için GELİŞTİRİLEN KASKAT BAĞLI ÇOK SEVİYELİ EVİRİCİ ve KONTROL ALGORİTMASI

ÜÇ-FAZLI TAM DALGA YARI KONTROLLÜ DOĞRULTUCU VE ÜÇ-FAZLI EVİRİCİ

ELEKTRİK MOTORLARI VE SÜRÜCÜLER

5-Seviyeli KaskatEviricili Elektronik Balast Devresinin MATLAB/Simulink Benzetimi

Modüler Çok Seviyeli Dönüştürücüler: Anahtarlama Yöntemleri. Modular Multilevel Converters: Switching Methods

Sürekli Mıknatıslı Senkron Motorun Sayısal İşaret İşlemcisi ile Histerezis Akım Denetleyicili Alan Yönlendirme Kontrolünün Gerçekleştirilmesi

Matris Konverter Beslemeli Self Kontrollü Senkron Motorda Amortisör Sargı Etkileri

İNVERTER ENTEGRELİ MOTORLAR

TEK-DARBE MODÜLASYONLU BİR FAZLI EVİRİCİ SÜRÜCÜ SİSTEMİNDE HARMONİK ELİMİNASYONU İÇİN YENİ BİR YAKLAŞIM

ÜÇ FAZLI ASENKRON MOTOR ÇALIŞMA PRENSİBİ

ASENKRON MOTORLARIN DARBE GENİŞLİK MODÜLASYONLU (DGM) İNVERTER ÜZERİNDEN BİLGİSAYAR DESTEKLİ HIZ DENETİMİNİN DENEYSEL YAKLAŞIMI

Üç Fazlı Sincap Kafesli bir Asenkron Motorun Matlab/Simulink Ortamında Dolaylı Vektör Kontrol Benzetimi

Asenkron Motorun Klasik Denetimli PWM İnverter İle Mikroişlemci Tabanlı Hız Kontrolü

DSP TABANLI GERİLİM KAYNAKLI ŞÖNT AKTİF GÜÇ FİLTRESİ UYGULAMASI

İNDEKS. Cuk Türü İzolesiz Dönüştürücü, 219 Cuk Türü İzoleli Dönüştürücü, 228. Çalışma Bölgeleri, 107, 108, 109, 162, 177, 197, 200, 203, 240, 308

ISSN : aorhan@firat.edu.tr Elazig-Turkey MATRİS KONVERTERDEN BESLENEN SENKRON MOTORUN SELF KONTROLÜ

ANAHTARLI RELÜKTANS MOTORUN SAYISAL HIZ KONTROLÜ

COMPARISON OF SINUSOIDAL PWM ZERO CURRENT TRANSITION INVERTER WITH RESONANT LINK INVERTER

DC motorların sürülmesi ve sürücü devreleri

Elektrikli Araçlar İçin Çift Çevrim Destekli DA Motor Kontrol Uygulaması

İki-Seviyeli SHEPWM İnverter için Genetik Algoritma Kullanılarak Anahtarlama Açılarının Belirlenmesi

Bölüm 1 Güç Elektroniği Sistemleri

FRENIC MULTİ ÖZET KULLANIM KLAVUZU

DENEY NO : 4 DENEY ADI : Darbe Genişlik Demodülatörleri

5kW, Trafolu Tek Faz Kısa Devre Korumalı İnverter Tasarımı 5kW, Short Circuit Protected Single Phase Inverter Design With Transformer

Fatih Alpaslan KAZAN 1, Osman BİLGİN 2. 1 Elektrik Programı. Ilgın Meslek Yüksekokulu Selçuk Üniversitesi, Ilgın, KONYA

326 ELEKTRİK MAKİNALARI LABORATUVARI II ÜÇ-FAZ SİNCAP KAFESLİ ASENKRON (İNDÜKSİYON) MOTOR DENEY

Şekil 3-1 Ses ve PWM işaretleri arasındaki ilişki

FRENIC MEGA ÖZET KULLANIM KLAVUZU

Bölüm 12 İşlemsel Yükselteç Uygulamaları

BÖLÜM VI DENGELENMİŞ ÜÇ FAZLI DEVRELER (3 )

AC-DC Dönüştürücülerin Genel Özellikleri

Belirsiz Katsayılar Metodu ile PWM Kontrollü Buck Tipi Dönüştürücü Devre Analizi

Güç elektroniği elektrik mühendisliğinde enerji ve elektronik bilim dalları arasında bir bilim dalıdır.

Üç-faz Tam Dalga (Köprü) Doğrultucu

Deney 3 5 Üç-Fazlı Tam Dalga Tam-Kontrollü Doğrultucu

Akım Modlu Çarpıcı/Bölücü

ENDÜSTRİYEL BİR TESİSTE DİNAMİK KOMPANZASYON UYGULAMASI

Üç Fazlı Asenkron Motor Tasarımı ve FFT Analizi Three Phase Induction Motor Design and FFT Analysis

FIRÇASIZ DA MOTORUN KONTROLÜNDE PWM VE HİSTERİSİZ BANT TEKNİĞİNİN KARŞILAŞTIRILMASI

WAT Endüstriyel Sürücüler

İNVERTERLE BESLENEN ÜC FAZLI ASENKRON MOTORUN PC İLE AÇIK ÇEVRİM HIZ KONTROLÜ

Kıyıcı Beslemeli DA Motorun Oransal İntegral ve Bulanık Mantık Oransal İntegral Denetleyicilerle Hız Kontrolü Karşılaştırılması

ASENKRON MOTORUN HIZ KONTROLÜ. YÜKSEK LİSANS TEZİ Metin BOYLU

Design and Implementation of a Three Level Inverter

Anma güçleri 3 kw tan büyük olan motorların üç fazlı şebekelere bağlanabilmeleri için üç fazlı olmaları gerekir.

DURAĞAN ASENKRON MOTORUN STATOR DİRENCİNİN SAYISAL İŞARET İŞLEMCİ (DSP) KONTROLLÜ EVİRİCİ TARAFINDAN ÖLÇÜLMESİ

2. Bölüm: Rüzgar Enerjisi Dönüşüm Sistemleri ve Yapıları

ASENKRON MOTOR ASENKRON (İNDÜKSİYON) MOTOR. Genel

TECO N3 SERİSİ HIZ KONTROL CİHAZLARI

GENİŞ SPEKTRUMLU HARMONİK FİLTRE PERFORMANSI DEĞERLENDİRMESİ

ÜÇ-FAZ SENKRON MAKİNANIN SENKRONİZASYON İŞLEMİ VE MOTOR OLARAK ÇALIŞTIRILMASI DENEY

AKTİF GÜÇ FİLTRESİ İLE HARMONİK VE REAKTİF GÜÇ KOMPANZASYONU

Cihazın Bulunduğu Yer: Enerji Sistemleri Mühendisliği Bölümü B-Blok, Enerji Verimliliği Laboratuvarı

FRENIC MEGA ÖZET KULLANIM KLAVUZU

ASENKRON (İNDÜKSİYON)

Fatih Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü EEM 316 Haberleşme I LAB SINAVI DARBE GENLİK MODÜLASYONU (PWM)

SENKRON MOTOR KONTROL YÖNTEMLERİ

300 W İNVERTER DEVRESİ TASARIMI VE GERÇEKLEŞTİRİLMESİ DESIGN AND IMPLEMENTATION OF 300 W INVERTER

ELEKTRONİK-2 DERSİ LABORATUVARI DENEY 1: Doğrultucu Deneyleri

RÜZGAR ENERJİSİ. Anahtar sözcükler: Rüzgar Enerjisi, Rüzgar Türbini, Elektriksel Dönüşüm Sistemleri, Jeneratör.

ALTERNATİF AKIMIN TEMEL ESASLARI

TEK FAZLI KONTROLLU VE KONTROLSUZ DOĞRULTUCULAR

ASENKRON MOTORLARA YOL VERME METODLARI

Pasif devre elemanları (bobin, kondansatör, direnç) kullanarak, paralel kol olarak tasarlanan pasif

AKIM KAYNAKLI PARALEL AKTİF GÜÇ FİLTRESİ TASARIMI ve BENZETİM ÇALIŞMALARI

Gerilim beslemeli invertörler, akım beslemeli invertörler / 13. Hafta. Sekil-7.7 de endüktif yükte çalışan PWM invertör görülmektedir.

Tek Bir Dc Güç Kaynağından Beslenen 8-Seviyeli Tek-Fazlı Çoklu-Kaskad Mikro Evirici Tasarımı

DENEY 3 DİYOT DOĞRULTUCU DEVRELERİ

MODÜLER ÇOK SEVİYELİ DÖNÜŞTÜRÜCÜLER: TOPOLOJİLER VE DONANIMSAL ÖZELLİKLER Modular Multilevel Converters: Topologies and Hardware Properties

Düşük Sığalı Film Kondansatör Bulunduran Diyotlu Doğrultucu Girişli AC Motor Sürücülerinde Başarım Analizi

Elektrik Makinaları I

Şekil-1. Doğru ve Alternatif Akım dalga şekilleri

Transkript:

6 th International dvanced Technologies Symposium (ITS ), 6-8 May, Elazığ, Turkey SPWM ve SVPWM Kullanan Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter ile eslenen senkron Motor Sürücülerinin Karşılaştırılması E. Deniz ve Ö. ydoğmuş Fırat Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi, Elektrik Eğitimi ölümü, Elazığ/Türkiye, edeniz@firat.edu.tr Comparison of synchronous Motor Drives Fed y Three-Level H-ridge Inverter Using SPWM and SVPWM bstract In this work, a V/f controlled asynchronous motor drive fed by a three-level H-bridge inverter is performed by using MTL/SimPowerSystem. n open-loop control schema is used to compare Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) and Space Vector PWM (SVPWM) algorithms for the same operating conditions. Output voltage and current waveforms of the inverter are analyzed at transient and steady-state operation and their harmonic spectra. Keywords Three-Level H-bridge inverter, V/f Speed Control SPWM, SVPWM, THD. E I. GİRİŞ NDÜSTRİ deki enerji tüketiminin büyük bir kısmını asenkron motorlar oluşturmaktadır. undan dolayı, endüstri açısından asenkron motorların etkin bir kontrolü oldukça önemlidir. senkron motorlar daha önceleri sabit hız ihtiyacını karşılamak için kullanılmaktaydı. ncak günümüzde yarıiletken anahtar teknolojisinin gelişmesi ve fiyatlarının düşmesi ile hız kontrolü gerektiren birçok uygulamada tercih edilmektedirler. senkron motorların hızı kutup sayısı ve uygulanan gerilimin frekansı ile değiştirilebilir. Motora uygulanacak gerilimin frekansı ise ancak bir inverter veya konverter ile değiştirilebilir. senkron motorun açık çevrim hız kontrolü; basit, ucuz ve uygun bir yöntem olan V/f metodu ile elde edilebilir [, ]. u metot, motora uygulanacak gerilimin genliği ve frekansı orantılı bir şekilde kontrol eder ve motor hız/konum bilgisine ihtiyaç duymaz. Yüksek performans ve doğruluk gerektirmeyen fan, pompa v.b. uygulamalar için V/f metodu kullanmak daha elverişlidir. Endüstride asenkron motorun hız kontrolünü sağlamak için kullanılan sürücüler, basit ve ucuz olması nedeniyle genellikle gerilim beslemeli iki-seviyeli inverterler ile oluşturulmaktadır. ncak, iki-seviyeli inverterlere kıyasla daha düşük anahtarlama frekanslarında daha kaliteli çıkış gerilimleri elde edilebilen çok seviyeli inverterler son yıllarda motor sürücülerinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Girişlerine uygulanan dc-link gerilimin çoklu seviyelerde yapılması ve bu sayede her bir anahtar üzerindeki gerilim streslerinin azalması çok seviyeli inverterlerin en önemli özelliğidir. ununla birlikte, dc-link gerilimler bir anahtar yerine seviye sayısına bağlı olarak birden çok anahtar tarafından paylaşıldığı için güç devresinde daha düşük gerilimli anahtarlar kullanılır. öylece, anahtarlar üzerinde daha düşük gerilim stresleri oluşur ve düşük dv/dt sayesinde EMI problemleri de azaltılır [3]. Çok-seviyeli inverterlerin diyot-kenetlemeli, kondansatör-kenetlemeli ve kaskat inverter olmak üzere üç farklı devre yapısı vardır. Çok-seviyeli inverterler arasında kaskat inverter; aynı çıkış gerilim seviyesi için en az sayıda eleman kullanan yapıdır. Devresinin düzenlenip paketlenerek bir modül haline getirilmesi kolayca mümkün olmaktadır. yrıca, çıkış gerilim seviyesi H-Köprü hücrenin eklenmesi ile basit bir şekilde arttırılabilir. İlave olarak dc kaynak değeri aynı olmak üzere, inverter çıkışında elde edilen gerilim seviyesi de aynı seviyeli diğer çok-seviyeli inverterlere göre daha büyük olmaktadır. ununla birlikte, kaskat inverterin her bir H-köprü hücre için izoleli bir dc kaynağa ihtiyaç duyması bir dezavantajdır [4]. Çok-seviyeli inverterlerde çıkış gerilimi ve frekansını kontrol etmek ve çıkış gerilimindeki harmonik içeriğini azaltmak için farklı anahtarlama teknikleri kullanılmaktadır. Çok-seviyeli inverterlerde kullanılan anahtarlama teknikleri iki-seviyeli inverterler için kullanılan tekniklerin genişletilmiş şekli olup anahtarlama frekansına göre sınıflandırılır. Motor sürücü sistemlerinde kullanılan inverterler için yüksek anahtarlama frekansı kullanan SPWM ve SVPWM teknikleri tercih edilmektedir. Uygulamasının basit olması ve inverterin çıkışında düşük harmonikli içeriğin elde edilmesinden dolayı birçok uygulamada SPWM tercih edilmektedir. ncak, SPWM tekniği ile kıyaslandığında SVPWM tekniği; dc-hat geriliminin etkin kullanımı ile %5 daha fazla çıkış gerilimi, daha düşük anahtarlama kayıpları, daha düşük harmonik içeriği ve sayısal gerçekleştirmeler için uygun olması gibi avantajlara sahiptir [5-7]. u çalışmada, üç-seviyeli H-Köprü inverter ile beslenen V/f kontrollü bir asenkron motor sürücü MTL/ SimPowerSystem blokları kullanılarak modellenmiştir [8]. 448

E. Deniz, Ö. ydoğmuş Sürücü sistemi aynı dc-link ve aynı yük şartlarında SPWM ve SVPWM teknikleri için ayrı ayrı çalıştırılarak motor performası, stator akımları ve inverter çıkış gerilimi dalga şekilleri incelenmiştir. II. ÜÇ-SEVİYELİ H-KÖPRÜ İNVERTER Kaskat inverterler son yıllarda, ac güç kaynakları, büyük güçlü motor sürücüleri, iletim ve dağıtım sistemlerinde kompanzasyon uygulamalarında sıkça kullanılmaktadır. En küçük seviyeli kaskat çok seviyeli inverter yapısı olan üçseviyeli H-köprü inverter devresi Şekil de gösterilmektedir. Şekilden görüldüğü gibi, bir üç seviyeli H-köprü inverterden -V dc,, +V dc seviyelerinden oluşan üç seviyeli çıkış elde etmek için her fazda bir H-köprü hücre kullanılmaktadır. n Gerilim kaynaklı bir inverter için SVPWM tekniği ise, inverterin üretmesi gereken üç-fazlı gerilimlerin α-β uzayında bir erans gerilim uzay vektörü ile temsil edilmesine dayandırılmaktadır. Vektörün genliği ve faz açısı bu üç-fazlı gerilimlerin anlık değerleri ile saptanabilir. Eğer üç-fazlı büyüklükler sinüzoidal ve dengeli ise vektör sabit bir açısal hızla dönecek ve sabit bir genliğe sahip olacaktır. Şekil deki üç-seviyeli H-köprü inverter devresinde, her bir H- köprü; P,O ve N ile temsil edilen üç anahtarlama durumuna sahiptir. İnverterin üç faz bacağı dikkate alındığında, üçseviyeli H-köprü inverterde 3 3 =7 tane anahtarlama durumuna vardır. u anahtarlama durumlarının her biri denklem () kullanılarak bir vektör olarak temsil edilebilir. 3 j j / 3 j / 3 Va e Vb e Vc e () Vdc S a S a3 S a S a4 Vdc S b S b3 V a Şekil : Üç-fazlı üç-seviyeli H-köprü inverter devresi Şekil deki a-fazı H-köprü invertere ait anahtarlama durumları ve buna karşılık gelen çıkış gerilim seviyeleri Tablo de verilmiştir. Tablo : a-fazı H-köprü inverter için anahtarlama durumları. S b S b4 V b Vdc V c S c S c3 S c S c4 urada; V a,v b, V c erans üç faz gerilimlerdir. Sonuç olarak 3 tane sıfır ( ), tane küçük ( - 6 ), 6 tane orta ( 7 - ) ve 6 tane büyük ( 3-8 ) olmak üzere toplam 7 gerilim vektörü oluşmaktadır. u gerilim vektörlerinin α-β düzlemine yerleştirilmesi durumunda oluşan üç-seviyeli H- köprü inverterin uzay-vektör diyagramı Şekil de gösterilmektir. Şekilden görüldüğü uzay-vektör diyagramı her biri 4 bölgeye ayrılmış 6 sektörden oluşmaktadır. 9 NPO Sektör-3 5 NPN β Sektör- 8 OPN w 3 OPO PPO NON OON 4 PPN 4 7 PON 3 Sektör- nahtarlama Durumları a-fazı H-köprü S a Sinverter a S a3 S a4 V an 6 NPP 4 OPP NOO q PPP 3 POO α NNN OOO ONN PNN P +V dc O Sektör-4 NOP OOP NNO 5 POP ONO 6 PNO Sektör-6 N -V dc u çalışmada; üç-seviyeli H-köprü inverter kullanılarak oluşturulan V/f sürücünün performansı SPWM ve SVPWM teknikleri ayrı ayrı kullanılarak incelenmiştir. III. ÜÇ-SEVİYELİ SPWM VE SVPWM TEKNİKLERİ SPWM tekniği kare dalga içerisindeki harmonikleri elimine eden en eski tekniklerden biridir. Çok seviyeli SPWM tekniği üçgen dalga olan taşıyıcı işaretler ile sinüzoidal bir modülasyon dalgasının karşılaştırılmasına dayanır. m-seviyeli bir inverter için (m-) tane üçgen taşıyıcı işaret kullanılır. Üç seviyeli bir inverter için sıfır eransının üstünde ve altında birer tane olmak üzere, toplam iki adet üçgen taşıyıcı işaret kullanılır. Taşıyıcı işaretlerin dağılımı için yaygın olarak kullanılan farklı yöntemler vardır [9]. NNP 7 PNP ONP 8 Sektör-5 Şekil : Üç-seviyeli H-köprü inverter için uzay-vektör diyagramı Üç seviyeli inverter için SVPWM tekniği Gerilim-Zaman Eşitleme prensibine dayandırılır []. nahtarlama periyodu T s nin yeterince küçük olduğu varsayılırsa, erans vektör T s süresince sabit kabul edilebilir. u varsayım altında,, en yakın üç gerilim vektörü tarafından oluşturulmaktadır. Örneğin, Şekil 3 te gösterildiği gibi birinci sektörün ikinci bölgesinde yer aldığı zaman gerilim zaman eşitleme denklemi; denklem () deki gibi yazılabilir. V. Ta V7. Tb V T T T T a. T V. T b c s c s () 449

SPWM ve SVPWM Kullanan Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter ile eslenen PPP OOO NNN PPO OON T c Tc T c 4 T a 4 PPN PON 3 q T T a b T a T a T c 3 POO PNN ONN 7 T b T b T b Şekil 3: Sektör- için gerilim vektörleri ve anahtarlama zamanları urada T a, T b ve T c sırası ile, 7 ve vektörlerinin anahtarlama süreleridir. irinci sektördeki diğer bölgeler için de gerilim zaman eşitleme denklemleri yazılıp, bu denklemlerde vektör değerleri yerlerine yazıldığında bütün bölgeler için anahtarlama süreleri bulunabilir. Tablo de birinci sektörün tüm bölgeler için anahtarlama sürelerini ifade eden denklemler verilmiştir. Tablo : Sektör- için anahtarlama sürelerinin denklemleri. ölge. ölge T a T s m i sin ( / 3) q Ts mi sinq T b T s mi sin ( / 3) q T sm i sin ( / 3) q T c T m sinq T m sin ( / 3) q s i s i 3. ölge 4. ölge T a T s mi sin ( / 3) q T sm i sinq T b T s m i sinq T s m i sin ( / 3) q T c T sin ( / 3) q T m sin ( / 3) q s m i s i Tablo de m i modülasyon indeksi olup denklem (3) deki gibi hesaplanmaktadır. mi ( 3 / )(V / Vdc) (3) Tablo deki bütün denklemlerde θ yerine genel bir ifade yazılarak, bu denklemler uzay vektör diyagramının diğer sektörleri içinde geçerli ifadeler haline getirilebilir []. Gerilim vektör uzayındaki her sektör ve bölge için anahtarlama süreleri bulunduktan sonra, in bulunduğu sektör ve bölgeye göre gerilim uzay vektörlerin uygulanma sırasının belirlenerek PWM işaretleri üretilmelidir. Uzay vektörlerin uygulanma sırası minimum anahtarlama veya minimum Toplam Harmonik ozulması (THD) gibi amaçlar için düzenlenmektedir []. u çalışmada gerilim vektörlerin uygulanma sırası; inverter çıkışında minimum THD için anahtarlama durumları belirlenerek düzenlenmiştir. Şekil 3 te gösterilen birinci sektörün dört bölgesi için, bir T s süresince uzay vektörlerin uygulama sırası aşağıda verilmiştir. urada, uygulama sırası yazılırken her bölge için Şekil 3 te belirtilen çevre yönleri dikkate alınmıştır..ölge : PPO-POO-OOO-OON-ONN ve simetrisi.ölge : PPO-POO-PON-OON-ONN ve simetrisi 3.ölge : POO-PON-PNN-ONN ve simetrisi 4.ölge : PPO-PPN-PON-OON ve simetrisi Referans vektörün birinci sektörün ikinci bölgesinde olması durumunda, yukarıda verilen anahtarlama sırası ve durumları kullanılarak, üç seviyeli inverterin üç-faz bacağı için anahtarlama işaretleri Şekil 4 de gösterilmiştir. - - 7 7 P P P O O O O P P P P O O O N N O O O P O O N N N N N N O O T c T a T b T c T a T a T c T b T a T c 4 4 4 4 4 4 4 4 T s Şekil 4: Sektör- ikinci bölge için anahtarlama işaretleri IV. SENKRON MOTOR SÜRÜCÜ SİSTEM MODELİ senkron motor sürücü sistem modeli Şekil 5 te gösterildiği gibi MTL/SimPowerSystem blokları kullanılarak oluşturulmuştur. Gerçeğe yakın bir sonuç elde edebilmek için izoleli dc-link gerilimleri transformatör ve tek fazlı kontrolsüz köprü doğrultucu ile oluşturulmuştur. urada şebeke hat gerilimi 4V, 5Hz olarak belirlenmiştir. Elde edilen her bir H-köprü hücrenin dc-link gerilim değeri 9V tur. Şekil 5 te gösterilen üç-seviyeli kaskat inverter bloğu Şekil de gösterildiği gibi toplam adet IGT anahtar kullanılarak elde edilmiştir. Kullanılan asenkron motor modeli 4V, 5Hz, 75kW, 484d/d nominal değerlere sahiptir. Motor hız eransı sn rampa fonksiyonu kullanılarak V/f kontrol bloğuna girilmiş ve anahtarlama için gerekli olan modülasyon indeks değeri m i ve inverter çıkış frekansı f hesaplanmıştır. Elde edilen m i ve f değerleri SPWM/SVPWM bloğuna girilerek anahtarların PWM sinyalleri üretilmiştir. nahtarlama frekansı.5khz ve SPWM için m i =.98 olarak belirlenmiştir. V. ENZETİM SONUÇLRI V/f hız kontrollü asenkron motor, SPWM ve SVPWM teknikleri için aynı dc-link gerilimi kullanılarak aynı yük şartlarında 5 d/d erans hızı için çalıştırılmıştır. Şekil 6 da verilen sonuçlar SPWM tekniği kullanılarak elde edilmiştir. Motor hız değişimi Şekil 6(a) da gösterilmiştir. Motorun sürekli durum çalışması Şekil 6(a) de detaylı V a V b V c 45

V dc i abc Te [Nm] n [d/d] E. Deniz, Ö. ydoğmuş 5 n Ramp Dijital Kontrolor Modeli mi Ref f mi f PWMs PWMs Discrete, Ts = 5e-6 s. powergui V/f 3_seviyeli SPWM veya SVPWM. Scope Gercek Sistem Modeli + - iabc N C + - n + - 3 seviyeli kaskat inverter senkron Motor 75 kw, 4 V, 48 d/d. Te Şekil 5: Üç-seviyeli H-köprü inverter beslemeli asenkron motor V/f sürücü sistem modeli 5 478.5 478.5.5.5 3 (a).5 (a) 55.5.5.5 3 (b) 44 (b) 58 58-58 5-5.5.5.5 3 (c) -.5.5.5 3 (d) 9-58 (c) - (d) 3 9.5.5.5 3 (e) 7 (e) Şekil 6: SPWM için; a) Motor hızı, b) Motor momenti, c) İnverter çıkış hat gerilimi, d) Tek bir H-köprü hücresinin dc-link gerilimi 45

V dc i abc T e [Nm] n [d/d] % Genlik % Genlik & I a SPWM ve SVPWM Kullanan Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter ile eslenen olarak gösterilmiştir. Motor Nm lik nominal yük momenti ile yüklenmiştir ve moment değişimi Şekil 6(b) de gösterilmiştir. Motorun nominal yükü sağladığı Şekil 6(b) den açık şekilde görülmektedir. İnverter çıkış hat gerilimi ; Şekil 6(c) de gösterildiği gibi elde edilmiştir. Referans hız rampa fonksiyonuna bağlı olarak inverter ilk.5sn içinde üç seviyeli bir hat gerilimi üretmiştir. Yaklaşık.5sn den sonraki çalışma durumlarında ihtiyaç duyulan hat gerilimini elde etmek için inverter çıkışı 5 seviyeye çıkmıştır. Sürekli durumda beş seviyeli hat gerilimi; -V dc, -V dc,, +V dc, +V dc şeklinde sağlandığı Şekil 6(c) den görülmektedir. Üç faz stator akımlarının değişimi Şekil 6(d) de verilmiştir. Motorun tam yüklü ve erans hızın 5 d/d olduğu göz önüne alındığında kalkış sırasında motorun çok yüksek bir akım çekmediği söylenebilir. ncak, motor hız eransı rampa fonksiyonu şeklinde sağlanmaz ise motorun çekeceği akım değeri yaklaşık 3 kat kadar daha fazla olacaktır. Motor erans hıza ulaştıktan sonra nominal yükte 4 değerinde bir akım çektiği Şekil 6(d) den görülmektedir. İnverterin a-fazı H-köprü hücresinin dc-link geriliminin değişimi Şekil 6(e) de gösterilmiştir. Motorun ilk 5 kalkış anında dc-linkte düşük bir dalgalanma olmasına rağmen motorun erans hızı yakalamasından sonra dc-link dalgalanması Şekil 6(e) de görüldüğü gibi azalmıştır. 6 4 - -4-6 5 5 V h (5Hz) = 49.4, THD= 36.8% 3 4 5 t [s].5.5 I h (5Hz) =, THD= 3.56% 3 4 5 Şekil 7: SPWM için; Üst: İnverter çıkış hat gerilimi ve faz akımı, Sol lt: Hat geriliminin harmonik spektrumu, Sağ lt: Faz akımının harmonik spektrumu 486 484.5.5.5 3 (a) 4 48 (a) 55.5.5.5 3 (b) 44 (b) 58 58-58 5-5.5.5.5 3 (c) -.5.5.5 3 (d) 9-58 (c) 78-78 (d) 3 9.5.5.5 3 (e) 7 (e) Şekil 8: SVPWM için; a) Motor hızı, b) Motor momenti, c) İnverter çıkış hat gerilimi, d) Tek bir H-köprü hücresinin dc-link gerilimi 45

% Genlik % Genlik & I a E. Deniz, Ö. ydoğmuş SPWM anahtarlamalı inverter çıkış hat gerilimi ve faz akımı dalga şekilleri ve harmonik spektrumları Şekil 7 de gösterilmiştir. Gerilimin toplam harmonik bozulması (THD) %36.8 ve.harmoniğin genliği 49.4V olarak hesaplanmıştır. Motora uygulanan hat geriliminin efektif değeri 347V dur. yrıca, faz akımının THD si %3.56,.harmoniğin genliği olarak hesaplanmıştır. Şekil 7 deki harmonik spektrumundan da görüldüğü gibi anahtarlama frekansının yan bantlarında harmonikler oluşmuştur. ncak anahtarlama frekansı civarında oluşan harmoniklerin genliği gerilimi için ana harmoniğin yaklaşık %, akım için %.5 dir. Şekil 8 de verilen dalga şekilleri SVPWM kullanılarak elde edilmiştir. Motorun hızlanma eğrisi Şekil 8(a) da ve sürekli durumdaki çalışması Şekil 8(a) de verilmiştir. Şekil 8(a) den de görüldüğü gibi motor nominal hızda çalışmıştır. Motor Nm değerinde nominal yük momenti değerinde çalıştığı Şekil 8(b) de görülmektedir. Şekil 8(c) de üç faz stator akımları gösterilmiştir. Motorun sürekli çalışma durumunda 6 değerinde bir akım çektiği Şekil 8(c) den görülmektedir. SPWM ile kıyaslandığında aynı yük momenti, SVPWM kullanılarak daha düşük akım ile elde edilmiştir. İnverterin a-fazı H-köprü hücrenin dc-link gerilimi değişimi ise Şekil 8(e) de gösterilmiştir. yrıca, motorun sürekli durumda çalışması sırasındaki dc-link dalgalanması Şekil 8(e) de verilmiştir. 6 4 - -4-6 5 V h (5Hz) = 567.7, THD= 8.5% t [s].5 I h (5Hz) = 77.9, THD= 3.66% SPWM ile kıyaslandığında, SVPWM ile motor daha az akım çekerek aynı yük momentini karşılamıştır. VI. SONUÇLR Endüstride kullanılan elektrik motorlarının büyük çoğunluğunu asenkron motorlar oluşturduğundan etkin bir şekilde hız kontrolünün sağlanması ancak verimli bir sürücü ile gerçekleştirilebilir. u çalışmada gösterildiği gibi üçseviyeli bir H-köprü inverter SPWM tekniği yerine dc-link gerilimini daha etkin bir şekilde kullanan SVPWM anahtarlama tekniğinin kullanılması motor sürücüsünün performansı açısından daha uygundur. Üç adet izoleli 9V luk dc-link gerilimi ile beslenen inverter çıkışından motora uygulanan hat gerilimi SPWM için 347V, SVPWM için 4V olarak elde edilmiştir. yrıca, SPWM ve SVPWM anahtarlama teknikleri için inverter çıkış hat geriliminin THD si sırasıyla %36.8 ve %8.5 olarak hesaplanmıştır. öylece, SVPWM aynı dc-link gerilimini kullanarak daha düşük harmonik içeriğine sahip daha yüksek bir gerilimi seviyesi elde etmiştir. SPWM motorun nominal gerilimi olan 4V luk gerilimi sağlayamadığı için yük momentini sağlayabilmek için 4 çekmiştir, ancak SVPWM ile 6 lik daha düşük bir akım çekerek aynı yük momentini üretebilmiştir. Her iki anahtarlama tekniğinde de yük akımının THD si yaklaşık %3.6 olduğu gösterilmiştir. Elde edilen kıyaslamalar sonucunda üç-seviyeli H-köprü inverterin SVPWM anahtarlama tekniği kullanarak daha etkin bir asenkron motor sürücüsü oluşturacağı söylenebilir. Motor Parametreleri; EK P n (kw) : 75 R s (Ω) :.355 V n (V) : 4 L s (H) :.335 n s (d/d) : 484 R r ' (Ω) :.9 J (kg.m ) :.5 L lr ' (H) :.355 (Nm.s) :.394 L m (H) :.5 5 3 4 5.5 3 4 5 Şekil 9: SVPWM için; Üst: İnverter çıkış hat gerilimi ve faz akımı, Sol lt: Hat geriliminin harmonik spektrumu, Sağ lt: Faz akımının harmonik spektrumu SVPWM ile anahtarlanan inverterin çıkış hat gerilimi ve faz akımı dalga şekilleri ve bunlara ilişkin harmonik spektrumları Şekil 9 da verilmiştir. Gerilimin THD si %8.5 ve.harmoniğin genliği 567.7V olarak hesaplanmıştır. Motora uygulanan gerilimin efektif değeri 4V dur. öylece, motor sargılarına SVPWM kullanılarak nominal gerilim değeri uygulanmıştır. Faz akımının THD si %3.66,.harmoniğin genliği 78 olarak hesaplanmıştır. KYNKLR [] L. en-rahim, Improvement of the stability of the V/f controlled induction motor drive systems, 998 IECON '98 4th nnual Conference of the IEE Industrial Electronics Society, pp.859-864. []. Munoz-Garcia, T.. Lipo, D.W. Novotny, new induction motor V/f control method capable of high-performance regulation at low speed, IEEE Transactions on Industry pplications, vol. 34(4), pp. 83-8, 998. [3] J. H. Seo, C. H. Choi, and D. S. Hyun, new simplified space-vector PWM method for three-level inverters, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 6(4), pp. 545 55,. [4] Lai, J.S., Peng, F.Z., Multilevel Converters New reed of Power Converters, IEEE Transactions on Industry pplications, vol. 3(3), pp.59-57, 996. [5].P. Muni, S. Eswar Rao, J.V.R. Vithal, SVPWM Switched DSTTCOM for Power Factor and Voltage Sag Compensation, 6 PEDES '6 International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems, pp.-6. 453

SPWM ve SVPWM Kullanan Üç-Seviyeli H-Köprü İnverter ile eslenen [6]. Kocalmis, S. Sunter, Simulation of a Space Vector PWM Controller For a Three-Level Voltage-Fed Inverter Motor Drive, 6 IECON 6 3nd nnual Conference on IEEE Industrial Electronics, pp.95-9. [7] Z. Zhaoyong, L. Tiecai, T. Takahashi, and E. Ho, Design of a Universal Space Vector PWM Controller ased on FPG, 4 PEC Nineteenth nnual Conference of IEEE, pp. 698-7. [8] Mathworks Inc., MTL 9a, Licence ID: 585775. [9] Choi, N. S., Cho, J.G. and Cho, G.H., General Circuit Topology of Multilevel Inverter, 99 PESC'9 nd nnual IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 96-6. []. Wu, High-Power Converters and C Drives, Hoboken, New Jersey: IEEE Press, 6. [] E. Deniz,. Uzay Vektör Darbe Genişlik Modülasyonu Kullanan Üç Seviyeli H-Köprü Evirici Tabanlı D-STTKOM un Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi, Doktora Tezi, Fırat Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği, Elazığ. [] H. Hu, W. Yao, and Z. Lu, Design and Implementation of Three-Level Space Vector PWM IP Core for FPGs, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. (6), pp. 34 44, 7. 454