LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/19259

Gözat

Konu "air conditioning" ile LEE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı'a göz atma
  • Öge
    Klima dış ünite devresi için totem kutuplu yükselten PFC çevirici tasarımı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-07) Gökmen, Berk ; Yıldırım, Deniz ; 504191008 ; Elektrik Mühendisliği
    Bu tezde; klima dış ünitelerinde bulunan kompresör motoru sürücü kartlarında kullanılmak üzere köprüsüz totem kutuplu yükselten PFC devresinin, tasarımı simülasyonu ve gerçeklenmesi yapılarak devrenin verim avantajının gösterilmesi amaçlanmıştır. Klima dış üniteleri, ısıtma/soğutma döngülerini gerçekleştiren kompresör motorunun bulunduğu ünitelerdir. Kompresör motorlarını sürebilmek için evirici katı 300V- 400V arasında bir DC gerilime ihtiyaç duymaktadır. Şebeke geriliminden bu DC gerilimini elde edebilmek için giriş akım THD değeri düşük, güç faktörü yüksek bir PFC devresi kullanılmaktadır. Bu bağlamda totem kutuplu yükselten PFC devresinin tasarımı ve simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Ölçümler yorumlanarak bazı noktaların iyileşmesine yönelik gelecekte yapılması olası çalışmalar belirtilmiştir. Güç kayıplarının geleneksel PFC topolojisinde yüksek olduğu görülüp, AC-DC doğrultucu bloğunda kullanılmak üzere yenilikçi PFC topolojileri bu tez kapsamında detaylı olarak incelenmiş ve analiz edilmiştir. İncelemeler sonucunda tasarımda yüksek verimli köprüsüz totem kutuplu yükselten PFC devresi kullanılmasına karar verilmiştir. Klima kompresörü görece yüksek güçte çalıştığından ötürü devrenin sürekli iletim modunda çalışması amaçlanmıştır. Köprüsüz totem kutuplu yükselten çeviriciyi sürekli iletim modunda çalıştırabilmek için geniş bant aralıklı yarıiletkenler tasarımda kullanılmıştır. Tez çalışmasında yeni nesil geniş bant aralıklı yarıiletkenler detaylı olarak incelenmiştir ve tasarımda SiC MOSFET kullanılmıştır. Köprüsüz totem kutuplu yükselten PFC devresinin güç kayıp analizi teorik hesaplama, simülasyon ve gerçekleme çalışmaları ile ortaya konmuştur. Tezin birinci bölümünde, klima kompresör motor sürücü kartlarının genel mimarisi verilmiştir. İkinci bölümünde güç faktörü düzeltme kavramı ve güç faktörü düzeltmesi için kontrol yöntemleri incelenmiş ve yeni nesil güç faktörü düzeltme devreleri analiz edilmiştir. Üçüncü bölümünde ise, geniş bant aralıkları yarıiletken teknolojileri detaylı olarak incelenmiştir. Dördüncü bölümde yüksek verimli bir totem kutuplu yükselten çeviricinin tasarım aşaması, hesaplamaları detaylı olarak verilmiştir. Beşinci bölümde bu devrenin simülasyonu çalıştırılmış, sonuçlar hesaplanan değerler ile karşılaştırılmıştır. Tezin altıncı bölümünde ise, devrenin testleri deneysel olarak laboratuvar ortamında gerçeklenmiş ve sonuçlar verilmiştir. Devre ayarlanabilir bir AC güç kaynağı ile beslenmiş ve farklı yük durumları için çalışma durumu incelenmiştir. Yarım yük (1200W) ve tam yük (2400W) durumları için osiloskop görüntüleri verilmiştir. Yük değişse dahi, çıkış geriliminin arzu edilen 390V DC değerinde sabit kaldığı görülmüştür. 1200W yük altında güç faktörü 0.9892, 2400W yük altında PF=0.994 olarak ölçülmüştür. Ayrıca devrenin tam yükte, giriş gerilimi minimum değerinden, maksimum değerine yükseltilerek verim ve güç faktörü değişimi incelenmiştir. Devrenin nominal gerilim ve tam yükte güç faktörünün 0.994 değerine ulaştığı görülmüştür. Tasarımda en zorlayıcı koşul olan maksimum yük minimum gerilim altında devrenin %98.07 verimlilik ile çalıştığı laboratuvar testlerinde ortaya konulmuştur. Ayrıca teorik hesaplama sonuçları, simülasyon sonuçları ve gerçekleme sonuçları karşılaştırılmış, değerlerin birbiri ile uyumlu olduğu görülmüştür. Karşılaştırma sonuçlarına göre teorik hesap ve ölçüm sonuçları arasındaki hata oranı %13'ün altında bulunmuştur. Tezin yedinci bölümünde, klima dış ünite kartlarında yaygın olarak kullanılan tek fazlı yükselten PFC devresi ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Laboratuvar ortamında alınan ölçüm sonuçlarına göre 2000W giriş gücünde tek fazlı yükselten PFC çevirici üzerinde 85.8W kayıp olduğu görülmüştür. Aynı güç seviyesi için totem kutuplu yükselten PFC devresinde 25.5W güç kaybı meydana gelmektedir. Totem kutuplu yükselten PFC devresinin tek fazlı yükselten PFC devresi yerine kullanılması ile bu güç seviyesinde yaklaşık 60W kazanç elde edilmektedir ve devre verimi yaklaşık olarak %3 artmaktadır.