ACED UHMFD ULUSLARARASI HAKEMLİ MÜHENDİSLİK VE FEN BİLİMLERİ DERGİSİ ÜÇ FAZLI UZAY VEKTÖR DARBE GENİŞLİK MODÜLASYON TABANLI DOĞRULTUCULARIN BULANIK-PI DENETLEYİCİ İLE MODELLENMESİ VE ANALİZİ () MODELING AND ANALYSIS OF THREE-PHASE SPACE VECTOR PULSE WIDTH MODULATION BASED RECTIFIERS USING FUZZY-PI CONTROLLER Mustf ŞEKKELİ, Hkn AÇIKÖZ 2,Ö.Ftih KEÇECİOĞLU, Ahmet GANİ K.Mrş Sütçü İmm Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Khrmnmrş / Türkiye 2 Kilis 7 Arlık Üniversitesi, Elektrik-Enerji Bölümü Kilis / Türkiye Öz: Üç fzlı gerilim eslemeli uzy vektör dre genişlik modülsyon (SVPWM) tnlı doğrultuculr, yüksek güç fktörü, sinüzoidl AC kım ve hızlı dinmik cevplrındn dolyı irçok endüstriyel uygulmd yygın olrk kullnılmktdır. Bu çlışmd üç fzlı uzy vektör dre genişlik modülsyon (SVPWM) tnlı doğrultucu için Mtl/Simulink pket progrmınd enzetim çlışmsı gerçekleştirilmiştir Bu tip çevirici için ilk olrk PI denetleyici ve Bulnık-PI denetleyici tsrlnmış ve AC/DC çeviricinin gerilimi denetlenmiştir. Dh sonr her iki denetleyici şm, yükselme zmnı, yerleşme zmnı, güç fktörü ve toplm hrmonik ozulumu (THD) çısındn krşılştırılmış ve değerlendirilmiştir. Anhtr Kelimeler: SVPWM, Doğrultucu, PI Denetleyici, Bulnık-PI Denetleyici Astrct: Three-phse voltge source spce vector pulse wih modultion sed rectifiers re widely used in mny industril pplictions ecuse of its high power fctor, sinusoidl c current nd fst dynmic response. In this study, Simultion studies re relized y mtl/simulink pckge progrm for three-phse spce vector pulse wih modultion (SVPWM) sed rectifier. PI controller nd fuzzy-pi controller re firstly designed for this type converter nd voltge of this AC/DC converter hve een controlled. Both controllers re then compred nd evluted in terms of overshoot, rise time, settling time, power fctor nd totl hrmonic distortion (THD). Key Words: SVPWM, Rectifier, PI Controller, Fuzzy- PI Controller Doi:.7366/UHMFD.253576 () Sorumlu Yzr: Hkn AÇIKGÖZ, Kilis 7 Arlık Üniversitesi, Elektrik-Enerji Bölümü Kilis / Türkiye hkncikgoz@kilis.edu.tr Geliş Trihi / Received:.3.25 Kul Trihi/ Accepted:.4.25 Mklenin Türü: Type of rticle (Arştırm Uygulm / Reserch -Appliction) Çıkr Çtışmsı / Conflict of Interest:Yok / None Etik Kurul Rporu Yok None of Ethics Committee (Arştırmd Kurum İzni Vr / Yok) YOK The Reserch Council Permit Yes / No NO 75
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25. GİRİŞ Son yıllrd ilgisyr, televizyon, yzıcı ve rdyo v. gii doğrusl olmyn yük meydn getiren elektronik cihzlrın kullnımının rtmsı rektif gücün ve iletim httındki güç kyıplrının rtmsın neden olmktdır. Bu tip cihzlrd kullnıln doğrultucu devreleri genellikle denetimsizdir. Denetimsiz doğrultucu devrelerinin en üyük dezvntjlrı ise; güç fktörlerinin düşük ve yüksek hrmonik ozulumun ship olmlrıdır. Yüksek hrmonik ozulumu ise şeekedeki yüklerin tm verimli çlışmmsın ve şeekede şırı yüklenmelere neden olmktdır(.bu nedenle hrmonik ozulumlrı sınırlmk gerekmektedir. Denetimsiz doğrultuculrın u tip istenilmeyen özelliklerinden dolyı dh düşük hrmonik ozulumun ship ve güç fktörü yüksek doğrultucu devrelerine ihtiyç duyulmktdır (Blsko, Kur, 997; Kzmierkowski ve Mlesni, 998; Mlinowski vd., 24; Yin vd., 24; Rodigues vd., 25). Güç elektroniği devrelerindeki ve yrı iletken mlzemelerdeki hızlı ilerlemelerle irlikte denetleneilir doğrultucu devrelerinin orty çıkmsı kçınılmz olmuştur. Bu tip doğrultucu devrelerine dre genişlik modülsyonu y d uzy dre genişlik modülsyon tekniğini kullnn yükseltici tip doğrultucu devreleri örnek gösterileilir (Lu vd., 28; Lee vd., 28; Liv d., 2; Mlinowski vd., 2). Bu tip AC/DC dönüşümünü gerçekleştiren doğrultucu devreleri ile yüksek güç fktörü, düşük hrmonik ozulum, çift yönlü güç kışı ve sit DC r gerilimi elde edileilir. Bu çeviriciler u özelliklerinden dolyı irçok uygulmd oldukç sık olrk kullnılmktdır. Bu doğrultuculrın denetlenmeleri için --c, α-β ve d-q eksen dönüşümlerinin ypıldığı vektör denetim yöntemine ihtiyç duyulmktdır. Bu ypıdki doğrultucu devresinde DC gerilimin ve d-q kımlrının denetlenmesi gerekmektedir. Bu işlem genellikle sit prmetreli PI y d PID denetleyici ile ypılmktdır. PI y d PID denetleyicinin kznç prmetrelerini elirlemek için doğrultucu devresinin mtemtiksel modelinin çıkrtılmsı gerekmektedir [-5]. PI y d PID denetleyicinin kznç prmetreleri için litertürde irçok çlışm mevcuttur. Fkt u yöntemlerden istenilen performns ve verim elde edilmeyeilmektedir (Antoniewicz vd., 28; Jinng vd., 26; Acikgoz ve Sekkeli, 24; Lee vd., 2;. Cecti vd., 25; Wng vd., 28). 965 yılınd L.Zdeh trfındn orty tıln ulnık mntık kvrmı irçok lnd yygın olrk kullnılmy şlmıştır (Zdeh, 965). Bulnık mntıkt kesin yrgılr yoktur. Bir durum ütünüyle doğru vey ütünüyle ynlış olrk ifde edilmeyip, ir doğruluk derecesiyle ifde edilir. Bu yöntemin rştırmcılr ve kdemisyenler için en ilgi çekici ynı ise sistemin herhngi ir mtemtiksel modeline ihtiyç duymdn uzmn kişinin ilgi ve ecerisine dylı olmsıdır (Sekkeli ve Acıkgoz, 23; Ross, 995; Wnwei vd., 28; Suul vd., 28). Bu çlışmd SVPWM tnlı yükseltici tip doğrultucu için ulnık-pi denetleyici tsrlnrk u doğrultucunun DC gerilimi denetlenmiştir. Ayrıc 76
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 ulnık-pi denetleyici ile klsik PI denetleyici güç fktörü ve THD çısındn krşılştırılmıştır. Çlışmnın ikinci ölümünde SVPWM tipi doğrultucunun mtemtiksel modeli verilerek genel özelliklerinden hsedilmiştir. Üçüncü ölümde ise klsik PI denetleyicinin kznç prmetreleri elirlenmiştir. Dördüncü ölümde ulnık mntık denetleyici (BMD) hkkınd ilgiler verilerek ulnık-pi denetleyici oluşturulmuştur. Beşinci ölümde ise her iki denetleyiciyle oluşturuln SVPWM tipi doğrultucu için Mtl/Simulink pket progrmı yrdımıyl enzetim çlışmsı gerçekleştirilmiştir. Sonuç kısmınd ise iki denetleyici irçok yönden krşılştırılrk ir değerlendirme ypılmıştır. 2. SVPWM TABANLI DOĞRULTUCUNUN MATEMATİKSEL MODELİ Teknolojik gelişmeyle irlikte son yıllrd elektronik cihzlrın kullnımı hızl rtmıştır. Bu cihzlrın üyük ir ölümü de doğru kım kullnck şekilde tsrlnmıştır. Şeeke trfı AC olduğu için u gerilimin doğrultulmsı gerekmektedir. Bilindiği gii diyot denetimli doğrultuculrın irim güç fktörleri düşüktür (Blsko ve Kur, 997; Kzmierkowski ve Mlesni, 998). Şekil de yükseltici tip SVPWM tnlı ir doğrultucu devresi verilmiştir. Bu ypıy ship oln doğrultuculrdki oinler yükseltme işlemi için kullnılırlr. DC ht trfındki kpsite ise DC gerilimdeki slınımı zltmk için kullnılır. Bu tip doğrultuculr, irim güç fktörlerinin yüksek olmsındn dolyı irçok uygulm ve sistemde sıkç kullnılmktdır (Lu vd., 28; Lee vd., 28). Bu tip çeviricilerin denetim yöntemi üç fzlı değişkenlerin iki fzlı değişkenlere indirgenerek denetlenme ilkesine dynır. Bu doğrultucunun genel mtemtiksel modelleri durn referns ekseninde çıkrılır. Dh sonr, dq ve αβ koordintlrındki modellemeleri ypılır. Şeeke kım ve gerilimleri, denklem 3 deki gii tnımlnır. S S2 S3 V Rs Ls I I dc V Vc Rs Rs Ls Ls I Ic C Y Ü K S4 S5 S6 Şekil. Üç Fzlı SVPWM Tnlı Doğrultucu Devresi 77
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 V = Vm sinθ () V V c ( θ 2π 3) = V sin (2) m ( θ 4π 3) = V sin (3) m SVPWM tnlı doğrultucu için şeeke gerilim değerleri ise denklem 4-6 dki gii elde edilir. Burd I,I,I c fz kımlrını, v r,v r,v rc ise doğrultucu giriş gerilimleridir. v r v v r rc S dv C dc S S c 3 S 3 3 I S S Sc Vdc S I S c I c S S Sc Vdc S S Sc Vdc I L (7) (8) (9) () V V V c di L di L dic L RI RI RI c v v r v rc r (4) (5) (6) Doğrultucu ypısınd ulunn nhtrlm elemnlrının DC ht trfındki V dc gerilimini elde etmek için uygun ir şekilde çılıp-kpnmsıyl irlikle v r,v r,v rc gerilim değerleri şğıdki denklemlerle ulunilir (Blsko ve Kur, 997). Burd S,S,Sc nhtrlm fonksiyonlrını göstermektedir. Bu nhtrlm fonksiyonlrı eğer nhtr kplı ise değerini, nhtr çıks d değerini lır. SVPWM tnlı doğrultucunun c koordint sistemindeki mtemtiksel modeli denklem -3 ile ulunilir. Bu sisteme denklem 4 deki prk dönüşümü uygulnırs denklem 5-7 elde edilir. di L v di L dic L v v RI RI c RI S S c S Sc 2S 3 Sc 2S 3 S 2S 3 c v v dc dc v dc () (2) (3) 78
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 P cos 2 sin 3 2 cos sin 2 3 cos 4 3 2 3 sin 4 3 2 2 (4) did L diq L dv C dc v RI LI d v RI LI q 3 2 S d I d q d S q I (5) (6) (7) Burd; u rd =S d.v dc ve u rq =S q.v dc dir. Ayrıc S d, S q ve u rd, u rq ise sırsıyl d-q eksenindeki nhtrlm fonksiyonlrı ve doğrultucu giriş gerilimleridir. Dönüşümler için gerekli oln çı değeri(θ) mtl/ simulink progrmınd hzır lok olrk ulunn PLL (fz kilitleme döngüsü) ile ulunilir y d c αβ dönüşümü syesinde de elde edileilir. PLL kullnıldığınd αβ dönüşüm ypılmdn direk d-q döner referns çerçevede dönüşüm ypılmsıyl denetim gerçekleştirilir (Blsko ve Kur, 997). Bu çlışmd PLL loğu kullnılmdn şğıdki denklemler kullnılrk gerekli çı değerleri ulunmuştur. q q d u u rd rq v R dc L sin cos u 2 u u u 2 u u 2 2 (9) (2) SVPWM tnlı AC/DC doğrultucu devresinde DC gerilim (V dc ), referns V dc * ile krşılştırıldıktn sonr rdki frk ilgisi uygun ir gerilim denetleyici syesinde ktif ileşene (I d* ) dönüştürülmektedir. Rektif gücün denetlenmesi için I q* = olrk yrlnmlıdır. Şeeke gerilim ve kımlrının c/α-β dönüşümlerinden I q ve I d ileşenleri elde edildikten sonr I q * ve I d * kımlrıyl krşılştırılır. Ardki frk kım denetleyici rcılığıyl V q ve V d gerilim değerlerine dönüştürülür. 3. SVPWM TABANLI DOĞRULTUCU İÇİN PI DENETLEYİCİNİN PARAMETRELE- RİNİN BELİRLENMESİ v v d q cos sin sin v cos v (8) Üç fzlı SVPWM tnlı AC/DC çevirilerde sıklıkl kullnıln PI denetleyicinin kznç prmetrelerini elirlemek için u çeviricilerin eşdeğer devrelerinin çıkrtılmsı gerekmektedir. Bu mç için irçok çlışm mevcuttur (Blsko 79
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 ve Kur, 997). İlk olrk gerilim denetiminde kullnılck sit prmetreli PI denetleyici için denetim döngüsünün indirgenmiş lok diygrmı oluşturulmuştur. Şekillerde gösterilen gerilim ve kım döngüsü idel olrk kul edilerek PI denetleyici kznç prmetreleri elirleneilir. * I dq I dq u Örnekleme Gecikmesi PI Denetleyici PWM Sistem st s K ( st ) p i PWM - + + - st i K st / 2 PWM K RL st RL Şekil 2. d-q Akımlrı İçin İndirgenmiş Blok Diygrmı * V DC V DC u Örnekleme Gecikmesi PI Denetleyici Sistem u u - + + - st du K ( st ) st u H c sc Şekil 3. DC Gerilim İçin İndirgenmiş Blok Diygrmı Şekil 2 ve 3 deki gerilim ve kım döngülerinden ve refernslrdn yrrlnrk PI denetleyicinin prmetreleri şğıdki denklemlerle elirleneilir. Bu çlışmd denklem 2-24 den elde edilen PI kznç prmetreleri sistemin optiml sonuçlrın göre tekrrdn yrlnmıştır. K K ip ii RTi 3T K R 3T K s s PWM PWM (2) (22) K K up ui 4C 3 T T s 5 ( 3T T s u u ) (23) (24) Burd Ts; örnekleme süresi, K p ; PI denetleyicinin ornsl kzncı, T i ; PI denetleyici integrl zmn siti, K PWM ; doğrultucu kzncı, T PWM ; PWM loğunun zmn siti, u ; ozucu giriş ve K RL ; sistem kzncı, H C ; kım döngüsünün irinci dereceden trnsfer fonksiyonunu, T u ; gerilim döngüsündeki PI denetleyicinin integrl kzncını ifde etmektedir. T = L /R, K =/R e eşittir. RL s s RL s 8
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 4. SVPWM TABANLI DOĞRULTUCU İÇİN BULANIK-PI DENETLEYİCİ TASARIMI BMD lgoritmsı, sezgisel denetim kurllr kümesini içermektedir ve dilsel terimleri ifde etmek için ulnık kümeler ve kurllrı değerlendirmek için ulnık mntık kullnılmktdır. Genel ir BMD lok diygrmı şekil 4 de verilmiştir. BMD, genel ypısıyl ulndırm irimi, ulnık çıkrım irimi, durulm irimi ve kurl tnı olmk üzere dört temel ileşenden oluşmuştur. Şekildeki ulnık sistemin giriş ve çıkışlrı gerçek dünydn lınn verilerdir. Bu verilerin sisteme girmeden önce kullnılck ulnık kümeler içerisindeki nlmlrı ilinmemektedir (Zdeh, 965). Girişler Çıkışlr u y u 2 u 3 Bulnıklştırıcı Bulnık Çıkrım Meknizmsı Kurl Tnı Durulyıcı y 2 y 3 u n y m Şekil 4. Bulnık Sistem Genel Şemsı Bulnıklştırm işlemi ile sistem girişlerinin tnımlnmış ulnık kümeler içerisindeki nlmlrı hesplnır. Çıkrım meknizmsı kurl tnındki ulnık kurllrı kullnrk ulnık sonuçlr elde eder. Son işlem durulm, ulnık sonuçlrı uygulmd kullnılck uygun tnım rlıklrındki değerlere dönüştürür. Şekil 5 te gösterilen ulnık-pi denetim sisteminin çıkışın nti-windup integrtor ğlnrk sürekli durum htsının oluşmsı engellenir. e e de -K- -K- u du/ -K- BMD z Şekil 5. Bulnık-PI Denetleyici Mtl/Simulink Blok Diygrmı 8
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 NM Z PM NB NS PS PB.8.6.4.2 - -.8 -.6 -.4 -.2.2.4.6.8 Şekil 6. Ht(e) İçin Üyelik Fonksiyonlrı NM Z PM NB NS PS PB.8.6.4.2 - -.8 -.6 -.4 -.2.2.4.6.8 Şekil 7. Htnın Değişimi ( e) İçin Üyelik Fonksiyonlrı NM Z PM NB NS PS PB.8.6.4.2 - -.8 -.6 -.4 -.2.2.4.6.8 Şekil 8. Çıkış (u) İçin Üyelik Fonksiyonlrı Bu çlışmd ht (e), htnın değişimi ( e) ve çıkış için (u), NS: Negtif Küçük, NM: Negtif Ort, NB: Negtif Büyük, Z: Sıfır, PS: Pozitif Küçük, PM: Pozitif Ort, PB: Pozitif Büyük olmk üzere 7 sözel değişken kullnılmıştır ve şekil 6-8 de verilmiştir. Bu sözel değişkenler 7x7 lik toplm 49 kurl ile tnımlnmış ve Tlo de gösterilmiştir. 82
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 Tlo. 7x7 Kurl Tlosu e/de NB NM NS Z PS PM PB NB NB NB NB NB NM NS Z NM NB NB NM NM NS Z PS NS NB NM NS NS Z PS PM Z NB NM NS Z PS PM PB PS NM NS Z PS PS PM PB PM NS Z PS PM PM PB PB PB Z PS PM PB PB PB PB 5. BENZETİM ÇALIŞMASI SONUÇLARI Bu çlışmd üç fzlı SVPWM tnlı doğrultuculr için Mtl/Simulink pket progrmınd enzetim çlışmsı gerçekleştirilmiştir. İlk olrk AC/DC tip çeviricinin gerilim ve kım döngüleri için PI ve Bulnık-PI denetleyici tsrlnmıştır. Dh sonr her iki denetleyici AC/DC tip çeviricinin gerilim döngüsüne uygulnmıştır. Çlışmd kullnıln elemnlrın değerleri ise; şeeke gerilimi 22 Vrms, R=.Ω, L s =3mH, C=33μF, örnekleme süresi (T s ) ise µs dir. Şekil 9 d PI denetleyici ile elde edilen DC gerilim görülmektedir. Sistem PI denetleyicinin tsrımın uygun olrk şm ypmış ve sürekli durum htsı olmdn referns hızı izlemiştir. Sisteme.2. sn den itiren yük indirilmiştir ve sit prmetreli PI denetleyicinin DC gerilim değeri 577 V kdr düşmüş fkt hızlı ir şekilde toprlnrk tekrrdn referns DC gerilimi şrılı ir şekilde izlemiştir. PI denetleyicinin yüke krşı verdiği cevp ise detylı olrk şekil d verilmiştir. 7 6 5 DC Gerilim (Volt) 4 3 2.5..5.2.25.3.35.4.45.5 Zmn (sn) Şekil 9. PI Denetleyici ile Elde Edilen DC Gerilim 83
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 65 6 65 6 595 59 585 577 V 58 575. sn 57.8.9.2.2.22.23.24.25.26.27.28 Şekil. PI Denetleyicinin Yüke Verdiği Cevp Şekil de ise ulnık-pi denetleyici ile elde edile DC gerilim görülmektedir. Yine sisteme.2. sn den itiren yük indirilmiş ve ulnık- PI denetleyici referns DC gerilimi çok hızlı ir şekilde yklmış ve sürekli durum htsı ypmmıştır. Bulnık-PI denetleyicinin yüke verdiği cevp ise detylı olrk şekil 2 de gösterilmektedir. İki denetleyicinin yüke krşı verdikleri cevplr ise şekil 3 de verilmiştir. Her iki denetleyiciden de yüksek güç fktörleri elde edilmiştir. Güç fktörünü hesplmk için şekil 4 ve 5 deki lok diygrmlrı kullnılmıştır. Her iki denetleyicinin şeeke trfındki kımgerilim ilişkileri ise şekil 6 ve 7 de verilmiştir. 7 6 5 DC Gerilim (Volt) 4 3 2.5..5.2.25.3.35.4.45.5 Zmn (sn) Şekil. Bulnık-PI Denetleyici ile Elde Edilen DC Gerilim 84
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 6 65 6 595 593 V 59.95 sn 585 58.94.96.98.2.22.24.26.28.2.22.24 Şekil 2. Bulnık-PI Denetleyicinin Yüke Verdiği Cevp 62 6 Bulnık-PI Denetleyici 6 59 58 PI Denetleyici 57.8.2.22.24.26.28.3 Şekil 3. Her İki Denetleyicinin Yüke Krşı Verdikleri Cevplrın Krşılştırılmsı PI denetleyici için THD değeri %4.95 ve ulnık- PI denetleyici için %2.97 olrk elde edilmiştir. Şekil 8 ve 9 d sırsıyl PI ve ulnık-pi denetleyici için THD değerleri gösterilmiştir. Güç fktörüne ve THD değerlerine ilişkin krşılştırm ise grfik de verilmiştir. Her iki denetleyicinin şm, yükselme ve yerleşme zmnı kımındn krşılştırılmsı ise tlo 2 de verilmiştir. Vc Ic Vc Ic PQ P-Q Güç fktörü Disply. Güç Fktörü Hesp Bloğu Şekil 4. Güç Fktörü Hesplm Bloğu 85
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 P-Q P Q u 2 u 2 sqrt u Güç fktörü Şekil 5. Güç Fktörü Hesp Bloğunun İçypısı 4 3 Gerilim (Volt) - Akim (Amper) 2 - -2-3 -4.5..5.2.25.3.35.4.45.5 Zmn (sn) Şekil 6. PI Denetleyici İçin Akım-Gerilim İlişkisi 4 3 Gerilim (Volt) - Akim (Amper) 2 - -2-3 -4.5..5.2.25.3.35.4.45.5 Zmn (sn) Şekil 7. Bulnık-PI Denetleyici için Akım-Gerilim İlişkisi 86
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 Selected signl: 25 cycles. FFT window (in red): cycles 2.5..5.2.25.3.35.4.45.5 Time (s) Mg (% of Fundmentl) 2 5 5 Fundmentl (5Hz) = 39.9, THD= 4.95% 2 3 4 5 6 7 8 9 Frequency (Hz) Şekil 8. PI Denetleyicinin THD Değeri Selected signl: 25 cycles. FFT window (in red): cycles 2.5..5.2.25.3.35.4.45.5 Time (s) Mg (% of Fundmentl) 2 5 5 Fundmentl (5Hz) = 39.3, THD= 2.97% 2 3 4 5 6 7 8 9 Frequency (Hz) Şekil 9. Bulnık-PI Denetleyicinin THD Değeri Grfik. Her İki Denetleyici İçin Güç Fktörü ve THD Değerinin Krşılştırılmsı 87
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 Tlo 2. PI ve Bulnık-PI Denetleyicinin Krşılştırılmsı Denetleyici % Aşm Yerleşme Zmnı Yükselme Zmnı PI % 6.78.78.722 Bulnık-PI %.5.25.735 6. SONUÇ Bu çlışmd SVPWM tnlı AC/DC tip çeviriciler için PI ve Bulnık-PI denetleyici tsrlnmıştır. Her iki denetleyici için ynı şrtlrd ir tkım krşılştırılmlr ypılmıştır. Klsik PI denetleyicinin prmetrelerinin elirlenmesi için sistemin indirgenmiş lok diygrmlrındn fydlnılmıştır. Fkt PI denetleyicinin kznç prmetrelerin elirlenmesi her zmn koly olmmkt ve yeterli performnsı gösterememektedir. Bulnık-PI denetleyici ise sistemin herhngi ir mtemtiksel modeline ihtiyç duymdığı için uzmn kişi trfındn oluşturulilir ve PI denetleyiciye göre çok dh iyi sonuçlr elde edileilir. Bu çlışmd ise her iki denetleyicinin de güç fktörleri çok yüksektir ve ud istenilen ir sonuçtur. Bulnık-PI denetleyicinin THD kımındn d PI denetleyiciye göre üstün olduğu gösterilmiştir. DC referns gerilim değerini yklm ve yüke verilen cevplr kımındn ulnık-pi denetleyici dh şrılı sonuçlr vermiştir. Sonuç olrk ulnık-pi denetleyici koly tsrımı ve etkin performnsındn dolyı SVPWM tipi doğrultucu devrelerinde kullnılilir. KAYNAKLAR AÇIKGÖZ H., ŞEKKELI M.,(24). Simultion Study Of Power Electronıc Trnsformers With Fuzzy Logıc Controller, Interntionl Refereed Journl of Engineering And Sciences, Issue: Volume: Spring Summer ID:3 K:2 B., YIN, R., ORUGANTI, S. K., PANDA AND A. K. S., BHAT, (28). An Output-Power-Control Strtegy for Three-Phse PWM Rectifier under Unlnced Supply Conditions, IEEE Trns. Ind. Electron., 28, Vol. 55, No. 5, pp. 24-25 BLASKO, V., nd KAURA, V., (997). A New Mthemticl Model nd Control of A Three Phse AC-DC Voltge Source Converter, IEEE Trnsction on Power Electronics, 2, 6 23 C., CECATI, A., DELL AQUILA, A. LECCI, AND M., LISERRE, (25). Implementtion issues of fuzzy-logic-sed three-phse ctive rectifier employing only Voltge sensors, Industril Electronics, IEEE Trnsctions on, vol. 52, pp. 378-385 D., LEE, AND G. L, (2). DC-Bus Voltge Control of Three-Phse AC/DC PWM Converters 88
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 Using Feedck Lineriztion, IEEE Trns. On Ind. Appl., Vol. 36, No. 3, pp:826-833 D.C., LEE, G. M., LEE, K. D., LEE, (2). DC-Bus Voltge Control of Three-Phse AC/DC PWM Converters Using Feedck Lineriztion, IEEE Trnsctions on Industry Applictions, Vol. 36, No. 3, pp. 826-833 JINBANG XU, DINGXIN HE, JIN ZHAO, SHUYUN WAN, (26). A new design method of mximum inductor vlue for PWM rectifier, Journl of Huzhong University of Science nd Technology (Nture Science Edition), vol. 34, pp. 33-35 J. R. RODIGUES, J. W. DIXON, J. R. ESPINO- ZA, J. PONTT AND P. LEZANA, (25). PWM Regenertive Rectifiers: Stte of Art, IEEE Trnsctions on Industril Electronics, 25, Vol. 52, No., pp. 5-22 KAZMIERKOWSKI, M.P., MALESANI, L., (998). Current Control Techniques for Three-Phse Voltge-Source PWM Converters: A Survey, IEEE Trnsctions on Industril Electronics, 45(5), 69-73 M., MALINOWSKI, M. P. KAZMIERKOWSKI, S., HANSEN, F., BLAABJERG AND G., D., MARQUEZ, (2). Virtul-Flux-Bsed Direct Power Control of Three-Phse PWM Rectifiers, Industril Appliction, IEEE Trnsctions on, vol. 37, no. 4, pp. 9-27 MALINOWSKI, M., ET AL. (24). Simple direct power control of three-phse PWM rectifier using spce-vector modultion (DPC-SVM), IEEE Trnsction on Industril Electronics, 5(2), pp. 447 454 P., ANTONIEWICZ, M. P., KAZMIERKOWSKI, (28). Virtul Flux Predictive Direct Power Control of Three Phse AC-DC Converter, Humn System Interctions, IEEE Conference, pp. 5-55 ROSS, T. J., (995). Fuzzy Logic with Engineering Applictions, McGrw-Hill Inc., ISBN -7-5397- SEKKELI M., ACIKGOZ, H., (23). Ex mine Of Speed Control Performnce Of Direct Torque Controlled Induction Mo tor Using Fuzzy Logic Controller, Acde mic Pltform Journl Of Engineering And Science. 53-54, 23 SUUL, J. A., MOLINAS, M., NORUM, L., AND UNDELAND, T., (28). Tuning Of Control Loops For Grid Connected Voltge Source Converters, 2nd Ieee Interntionl Conference On Power And Energy (Pecon 8). 797-82 T., LU, Z., M. ZHAO, Y. C., ZHANG, Y., CH. ZHANG, AND L. Q., YUAN, (28). A Novel Direct Power Control Strtegy for Three-Level PWM Rectifier Bsed on Fixed Synthesizing Vectors, in Proc. ICEM 8, Wuhn, Chin, p. 52. ZADEH, L.A., (965). Fuzzy Sets, Inform Control, Vol.8 89
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 Z. LI, Y. LI, P., WANG, H. ZHU, C., LIU AND F., GAO, (2). Single-Loop Digitl Control of High-Power 4Hz Ground Power Unity for Airplnes, IEEE Trnsctions on Industril Electronics, Vol. 57, No. 2, pp. 532-543 WANWEI, W., HUAJIE, Y.,(28). A P rmeter Setting Method For Doule Clo sed-loop Vector Control Of Voltge Source PWM Rectifier, Interntionl Conference On Electricl Mchines And Systems WANG, XU., HUANG KAIZHENG, YAN SHIJIE, XU BIN, (28). Simultion of Three phse Voltge Source PWM Rectifier Bsed on the spce Vector Modultion, Chinese Control nd Decision Conference, pp.88-884 9
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 EXTENDED ASTRACT Rectifier circuits re widely used in industril ppliction. Diode rectifier is generlly used in these pplictions. An uncontrolled diode rectifiers hve the dvntge of eing simple, roust nd low cost. However, these rectifiers hve severl disdvntges such s low power fctor, high hrmonic distortion nd non-sinusoidl input current. By the rpid development of power electronic technolgy, it hs een numer of innovtions in the rectifier circuit. It is well known tht the PWM rectifier hs severl dvntges such s sinusoidl input currents, controllle unit power fctor i-directionl power flow nd low hrmonic distortion. In recent decdes, three phse PWM rectifier hve een widely used in industril nd domestic pplictions, such s motor drives nd power supplies etc. These converters re used quite frequently in mny pplictions ecuse of this feture. To e control these rectifiers, vector control methods re needed to relized the conversion of c, α-β nd dq xis. In PWM rectifier circuit, it must e controlled DC voltge nd dq currents. This is usully done with fixed prmeter PI or PID controllers. The mthemticl model of the rectifier circuit must e estlished to determine gin prmeters of PI or PID controller prmeters to determine the gin. There re mny studies in the literture for PI or PID controller gin prmeters. However, the desired performnce nd efficiency cn not e otined from this method. Intelligent controllers, sed on Fuzzy Logic Controllers, Artificil Neurl Network, Liner Qudrtic Regultor etc., hve een used for mny industril pplictions in recently. Fuzzy Logic Controller ws first proposed y Lotfi A. Zdeh. The centrl ide ehind Fuzzy Logic Controller is to incorporte the expert experience of humn opertor in the design of the controller. Fuzzy Logic Controller is esily designed nd don t need the mthemticl model of system to e controlled. The concept of fuzzy logic proposed y Zdeh in 965 hs egun to e used widely in mny fields. There re no definitive judgments on fuzzy logic. Excludes sitution completely true or completely flse, the phrse is expressed with degree of ccurcy. Fuzzy Logic Controller does not require mthemticl model of the system nd is sed on the knowledge nd skills of experts. These fetures of fuzzy controller mke it ttrctive. Proposed Fuzzy Logic Controller for PWM rectifier system hs two inputs nd one output. The inputs of Fuzzy Logic Controller re error nd chnge in error. These inputs re normlized to otin error e(k) nd its chnge e(k) in the rnge of - to +. Normlized tringulr memership functions re preferred for input vriles nd output vrile. The fuzzy memership functions consist of seven fuzzy sets: NB, NM, NS, Z, PS, PM, PB. The totl numer of IF-THEN rules is 49 nd the rule se of the Fuzzy Logic Controller system is given in Tle I. PI nd fuzzy-pi 9
Jnury / Ferury / Mrch-April Spring Semester Winter Volume: 2 Issue: 3 Yer: 25 controller is designed for SVPWM sed AC / DC type converter. Both controllers were compred under the sme conditions. The reduced lock digrm hs een used for determining prmeters of clssicl PI controller. However, the determintion of PI controller gin prmeters is not lwys esy nd cnnot show sufficient performnce. The fuzzy-pi controller cn e creted y experts due to do not need mthemticl model of the system. Fuzzy Logic Controller hs much etter results thn PI controller in terms of dynmic response, unit power fctor, nd hrmonic distortion. In this study, oth controllers re very high power fctor nd prune is desired outcome. It hs een tht Fuzzy-PI controller hs more superior thn PI controller in terms of totl hrmonic distortion. As result, fuzzy-pi controller cn e used in SVPWM type rectifiers due to simple design nd efficient performnce. 92