Investigation of parallel-connected GaN E-HEMT VSI-based servo drives

---

Tezin Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK VE ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: İngilizce

Öğrenci: HÜSEYİN YÜRÜK

Danışman: OZAN KEYSAN

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

Çıkış akımında düşük dereceli harmoniklere neden olan çıkış gerilimi bozulmalarının birincil nedeninin gerilim kaynağı eviricilerindeki (VSIler) doğrusal olmayan yapılar olduğu düşünülmektedir. Bu doğrusal olmama durumları ayrıca, özellikle sistem düşük torklu alanda çalıştığında, düşük endüktanslı motorlara sahip düşük hızlı uygulamalar için kontrol performansını ve sistem kararlılığını önemli ölçüde düşürür. Doğrusal olmayan yapıların, bir silikon (Si) metal-oksit-yarı iletken alan etkili transistör (MOSFET) tabanlı VSInin faz akımı ve akım kontrolü üzerindeki etkisi, bu tezde çekirdeksiz bir sabit mıknatıslı senkron motor (PMSM) kullanılarak incelenmiştir. Bu sorunu ele almak için, bir galyum nitrid (GaN) geliştirme modlu yüksek elektron hareketli transistör (E-HEMT) tabanlı VSI önerilmiştir. Sonuçlara dayanarak, Si MOSFET VSI tabanlı yerine muadili GaN E-HEMT VSI tabanlı bir servo sürücü geliştirilmiştir. Bir öncekinin yaklaşık yarısı büyüklüğündedir ve yedeklilik için bir servo sürücü yerine paralel olarak iki servo sürücünün kullanılmasına izin verir. Paralel bağlı servo sürücülerin kullanımı, artan tork kapasitesi, güvenilirlik, yedeklilik ve modülerlik avantajı sunar. Ayrı mikrodenetleyicilerin sistem saatlerindeki küçük farklılıklar, asenkron darbe genişlik modülasyonu (PWM) taşıyıcı sinyalleri ve donanım farklılıkları ise paralel modüllerin özdeş olmayan çıkış gerilimlerine neden olabilir ve bu da dolaşan akımlara neden olabilir. Bu dolaşan akımlar paralel çalışmayı sınırlar, güç tüketimini arttırır, dengesiz güç dağılımına neden olur ve kontrol performansını düşürür. Hataya toleranslı paralel bağlı GaN E-HEMT VSI tabanlı bir servo sürücü şeması, dolaşan akımları azaltmak ve invertörlerin çıkışında ekstra indüktör ve girişinde ayrı DC besleme ihtiyacını ortadan kaldırmak için önerilmiştir. Doğrulama için altı adede kadar paralel bağlı servo sürücü ve bir PMSM kullanılarak çeşitli deneysel testler gerçekleştirilmiştir.