Tez No	İndirme	Tez Künye	Durumu
572882		Increasing the voltage gain of the high step-up dc / dc converter by using of coupling inductors and capacitors / Yüksek kazançlı yükseltici dc-dc çeviricinin akuple endüktanslar ve kapasitörler ile gerilim kazancının arttırılması Yazar:HOOSHANG ZEYNALI Danışman: DOÇ. DR. RAMAZAN ÇAĞLAR Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı Konu:Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering Dizin:	Onaylandı Yüksek Lisans İngilizce 2019 93 s.
Bu çalışmada; düşük çevirme oranı ve çalışma sıklığı olan akuple bir endüktans yardımıyla, yüksek bir gerilim kazancına sahip, yenilenebilir enerji kaynakları için yeni bir yüksek kazançlı yükseltici dc-dc çevirici yapısı önerilmiştir. Ayrıca, kapasitör şarj yöntemiyle gerilim kazancı arttırılmıştır. Önerilen çevirici yapısında; akuple endüktansın kaçak reaktansı yüke faydalı hale getirilmiştir. Bu yöntem sayesinde ana anahtarların streslerinin azaltılmasının yanı sıra çeviricinin verimi de arttırılmıştır. İlaveten, önerilen çeviricinin yapısı ile ana anahtarın gerilim stresi ciddi manada azalmıştır. Bu devre topolojisi sayesinde anahtarın iletim durumundaki direnci iletim kayıplarını azaltmıştır. Böylece kayıplar azalmış verim artmıştır. Aynı zamanda, kaynaktan yüke doğru olan enerji akışını kontrol eden ana anahtar kaynağa seri bağlanmıştır. Önerilen çevirici yapısı aşağıdaki özelliklere sahiptir: 1. Yüksek "duty cycle" olmadan elde edilen, yenilenebilir sistem uygulamalarına uygun yüksek gerilim kazancı. 2. Tek bir aktif anahtar ile kolay kontrol. 3. İstenilen çıkış gerilimi için genellenebilme özelliği. 4. Gerilim kazancını arttırmak, endüktansın kaçak enerjisini geri kazanmak ve anahtardaki stresi azaltmak için bir pasif gerilim "clamp" devresi. 5. İletim anında düşük anahtar kayıpları. 6. Devre bileşenlerinin düşük nominal aralıkları nedeniyle düşük maliyet ve yüksek verim. 7. Diyotun ters toparlanma probleminin azaltılması. Çalışmanın devamında aşağıda bahsedilen konulara sırasıyla değinilmiştir. İkinci bölümde, önerilen temel devre yapısının sürekli akım, süreksiz akım ve sınır koşullarındaki performans analizi araştırılmıştır. Üçüncü bölümde, önerilen çevirici yapısının performansı ile benzer yapıların performansı kıyaslanmıştır. Dördüncü bölümde, çevirideki diyotun ters toparlanma durumu çalışılmıştır. Beşinci bölümde, genelleşen yapı ile birlikte önerilen çevirici ortaya konulmuştur. Altıncı ve yedinci bölümlerde ise simülasyon sonuçları bulunmaktadır. Çalışmanın en sonunda da sonuç bölümü bulunmaktadır. Bu projede, önerilenler çevirici yapısını denetlemek amacıyla PSCAD yazılımı kullanılmıştır. Simülasyon sonucunda, giriş gerilimi ve çıkış gerilimi dalga şekilleri, diyot gerilim dalga şekli, ana anahtar gerilim dalga şekli, akuple endüktansın birincil ve ikincil sargı gerilim dalga şekilleri, giriş akımı dalga şekli, diyot akım dalga şekli, ana anahtar akım dalga şekli ve akuple endüktansın birincil ve ikincil akım dalga şekilleri paylaşılmıştır. Simülasyon sonuçları ile birlikte önerilen çevirici yapısının çalışması onaylanmıştır. Bu çalışmada, genellenmiş bir model olarak akuple endüktans ve anahtarlanan kapasitör içeren yükseltici dc-dc çeviricinin alt yapısı incelenmiştir. Önerilen devre yapısı, kaçak reaktanstan doğan ve geri kazanılan enerjiye göre, yapılan analizler, simülasyonlar ve teorik incelemelerle birlikte gerilim kazancının yanı sıra devre kesicideki gerilim kaynaklı stresin azalmasına yol açmaktadır. Kapasitörün seri deşarj ve paralel şarj fonksiyonu; devrenin temel yapısında ve genelleştirilmiş yapısında incelenmiştir ve analizler arasındaki ilişki ortaya konulmuştur. Diyotun toparlanma problemi matematiksel olarak analiz edilmiş ve sonuçlar arasındaki ilişki devre elemanları sayesinde durumun azaltılabileceğini ve kontrol edilebileceğini göstermiştir. Bu çalışmada, akuple endüktans ve yükseltici kapasitör elemanlarından oluşan yükseltici bir dc-dc çevirici bulunmaktadır. Bu çevirici yapısı, fotovoltaik güç kaynaklarında geri kazanım, yakıt hücresi ve batarya için avantajlı bir yapıya sahiptir. Çeviricinin yapısı itibariyle, statik ve dinamik performans analizi gerekliliği; sürekli akımda, süreksiz akımda, sınır durumunda analiz ve bu iletim durumlarındaki matematiksel ve teorik analizler ile başarıyla ortaya konulmuştur. Bu çalışmada, önerilen çevirici yapısı ile benzer yapıdaki çeviricilerin çıkış gerilimi ve anahtar üzerindeki gerilim açısından karşılaştırmalar yer almaktadır. Önerilen devre yapısındaki söndürücü devre, anahtar üzerindeki stresin azaltılmasına ve çevirici gerilim kazancının arttırılmasına ilave olarak akuple endüktansın kaçak enerjisini de düzenlemektedir. Önerilen devre yapısına benzer topolojilerde de ana problem olan diyotun ters polarizasyonu ilaveten araştırılılmıştır. Devamında ise önerilen devre yapısı ortaya konulmuştur ve çalışma modları analiz edilmiş ve gözlemlenmiştir ki daha yüksek çıkış gerilimi elde edebilmek için çevirici kademelerinin arttırılması gerekmektedir. Önerilen çevirici yapısındaki giriş akımı, birincil ve ikincil taraf endüktanstan doğan kaçak akımlar ve diyot akımları simülasyon dalga şekilleri paylaşılmıştır. Şekillerde görünen dalga şekilleri durağan hal analizinin validasyonunu ve anahtar, diyot ve giriş-çıkuş gerilim dalga şekillerini ortaya koymaktadır. Aşağıdaki maddeler çalışmada önerilen çevirici yapısının işlevinin geliştirilmesi için paylaşılmaktadır. 1) önerilen çevirici yapısının çoklu girişe ve çoklu çıkışa sahip sistemlerde kullanılması 2) Önerilen çevirici yapısında; anahtarda oluşan stresin azaltılması için farklı "clamping" devrelerinin, aktif veya pasif filtrelemenin yapılması 3) Uygulamada sonuç alabilmek için fotovoltaik ve yakıt hücresi nihai modellerinin uygulanması 4) Devrenin verimi arttırılırken hacminin azaltılması ve üretm maliyetinin azaltılması Yenilenebilir enerjinin kullanılması; şehir içi ve kırsal alanlarda coğrafi şartlardan dolayı şebekeye ulaşamayan enerji tüketicileri için maliyet açısından etkin ve düşük maliyetli olabilmektedir. Bu sistemler temel olarak şebekeye bağlantılı ve bağlantısız olmak üzere iki tipte kurulabilmektedir. Enerji şebekesine bağlantılı sistemler fotovoltaik güneş paneli dizilerinin dağıtım şebekesine dahil edilmesi suretiyle uygulabilmektedir ve beslenen tüketicilerin enerji kaliteleri arttırılabilmektedir. Bu sistemler yerleşim yerlerinin veya ofislerin çatısına veya bahçesine kurulabilmektedir. Şebekeden bağımsız kullanılan sistemler ise dağıtım şebekesine uzak bölgelerde tüketim amacıyla veya şebekeden bağımsız bir şekilde enerji depolama amacıyla kullanılmaktadır. Tarım sulama pompaları, batarya şarj cihazları ve güneş enerjisiyle suyun ısıtılması uygulamaları bu sisteme örnek olarak düşünülebilir. Son on yıldaki çevre kirliliğine ilaveten enerji kaynağı probleminden dolayı özellikle güneş enerjisine olmak üzere yenilenebilir enerji kaynaklarına talep önemli ölçüde artmıştır. Güç sistemleri ve elektronik sistemlerin bu sistemin bileşenleri olduğu düşünüldüğünde, gelişmelerin sadece şebekeye bağlantılı sistemlerin değil şebekeden izole çalışan sistemlerin de etkilendiği söylenebilir. Yüksek güçlü eviriciler, çoklu giriş ve çıkışa sahip çeviricler ve yüksek gerilim yükseltici DC-DC çeviriciler bu güç elektroniği sistemlerindendir. Yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının birçok faydası olmasına rağmen, bazı problemli hususları da mevcuttur ve bazı elektronik sistem çözümleri önerilebilir. Bu kaynakların ana problemi düşük çıkış gerilimleridir. Bu çalışmada, önerilen çeviricinin sınır çalışma koşullarındaki zaman sabiti farklı çevirme oranlarına göre "duty cycle" parametresiyle alakalıdır. Süreksiz akım çalışma modu zamanının, uzun "round" oranlarında düşük olduğu gözlemlenmiştir. Sonuç olarak yüksek zaman sabiti için süreksiz akım çalışma modu sürekli akım çalışma modu eğrisine yakınlaşmaktadır. Düşük zaman sabiti için bu durum karışmaktadır. Bu formdan kaynaklanan çıktı, önerilen gerilim kazançlı çeviricinin akuple endüktans katsayısına bağlı olmaması demektir.
In this paper, a new high step-up DC/DC converter for renewable energy systems is proposed, which provides high voltage gain by using a coupled inductor without having to have high-duty cycle and high-turn ratio. Moreover, the voltage gain increased by using capacitors charging techniques. In the proposed converter, the energy of leakage inductors of the coupled inductor is recycled to the load. This feature not only reduces stress on main switch but also increases the converter efficiency. Also, due to the configuration of the proposed structure, the voltage stress on the main switch is significantly reduced. Since the stress is low in this topology, low voltage switch with small ON-state resistance value can be used to reduce the conduction losses. As a result, losses decrease and the efficiency increases. Meanwhile, the main switch is placed in series with the source and it can control the flow of energy from source to load. The operating principles and steady-state analysis of the proposed converter are discussed in details. Çeviricinin kararlı hal analizi ve çalışma prensibi detaylı bir şekilde çalışmada yer almaktadır. the proposed converter has these features: 1. A high voltage gain without working in high duty cycles, which is appropriate for renewable system applications. 2. A single active switch with an easy control. 3. Generalization capability for desired output voltages. 4. A passive voltage clamp circuit to reduce the voltage stress on switch, recover the leakage energy of the inductor, and increase the voltage gain of the converter. 5. Low conduction losses due to the low (on) of the switch. 6. Low cost and high efficiency due to the low nominal ranges of the power electronic elements. 7. Alleviation of the diode reverse recovery problem. In the following study, the following issues have been discussed in order. In the second section, the analysis of the performance of the proposed base structure in continuous and discontinuous conduction and boundary modes has been investigated. In the third section, comparing the performance of the proposed structure with similar structures has been made. In the fourth section, the reverse recovery of proposed converter diodes is carried out. In the fifth section of the generalized circuit, the proposed converter is presented. In the sixth and seventh sections simulation and laboratory results are shown. And finally the conclusions are presented. In this chapter, in order to verify the validity of proposed structures, PSCAD software has been used. The simulation results, such as input voltage and output voltage waveforms, diodes voltage waveforms, main switch voltage waveforms, primary and secondary windings voltage waveforms of coupling inductance and also the waveforms of input current, the waveforms of diodes, the waveforms of main switch, and the waveforms of primary and secondary windings current of coupling inductance. Therefore, the results of simulation of the validity of the proposed circuit operation is confirmed. In this paper, a new sub step-up dc-dc converter, which operates on the basis of capacitive switching and coupling inductance, it is presented with its generalized model. According to analyzes and theoretical data, simulation and practicalities in the base structure of proposed converter of recovered energy from leakage-inductor, in addition to increasing the voltage gain, it causes reduces voltage stress on the circuit breaker. The function of parallel charging and series discharging of the capacitor were investigated both in the base structure and in the generalized structure and its analytic relationships were obtained. The problem of diodes retrieval was mathematically analyzed, and the resulting relationships indicate a reduction and controllability by circuit elements.