ELK 503E - Güç Elektroniği Sistemleri

Dersin Amaçları

Bu yüksek lisans dersinin ana amacı, güç elektroniği devrelerinin ve kontrolörlerinin dinamiklerinin modellenmesine yönelik çeşitli temel yaklaşımları tanıtmaktır.
Güç elektroniği sistemlerinin dinamik davranışını modellemek ve anlamak için analitik yaklaşımlar sunulacak ve bu yaklaşımların pratik geri besleme kontrol sistemlerinin tasarımında ve değerlendirilmesinde nasıl kullanılacağı gösterilecektir. Bir dizi güç elektroniği sistemi için geçerli olan temel formülasyonlar üzerinde durulacak ve kapsamlı örnekler verilecektir. Ortalama modellerin geliştirilmesi, temel (ve harmonik) dönüştürücü dalga biçimlerinin dinamiklerini izlemek için genelleştirmelerle birlikte dc/dc dönüştürücülerin ötesinde de ele alınmıştır. Sürekli zamanlı (CT), doğrusal, zamanla değişmeyen (LTI) sistemlerin analizi ve geri besleme kontrolü, frekans alanında ve LTI durum-uzay modelleri aracılığıyla açıklanmaktadır. Örneklenmiş veri modellemesinin ve kontrolünün güç elektroniği sistemlerinin kararlılık değerlendirmesindeki rolü ve tamamen dijital kontrol sistemlerinin tasarımındaki önemi korunacaktır. Güç elektroniği sistemlerini vurgulayan simülasyonlar da ele alınacaktır.

Dersin Tanımı

Öğrenciler güç elektroniği sistemlerinin dinamik modellemesi ve kontrolü hakkında temel bilgilere sahip olacaklardır.

Dersin Tanımı ile İlgili Detaylar:
Güç devrelerinin dinamik davranışını analiz etmek ve kaynak, yük ve devre parametrelerindeki varyasyonlar ve belirsizlikler, anahtarlama sürelerindeki pertürbasyonlar, başlatma ve kapatma veya bileşen arızası dahil olmak üzere bozulmalara rağmen istenen duruma yakın çalışmayı sağlayan dinamikleri veya hataları düzenleyen kontrolleri tasarlamak ve uygulamak için temel oluşturmak. Hem kontrolsüz hem de kontrollü güç dönüştürücüleri için uygun dinamik davranış modelleri kullanılarak analiz ve kontrol tasarımına odaklanılacaktır.

Dc/dc dönüştürücülerin ve diğer güç devresi ailelerinin davranışını tanımlamada değerli olan ortalama devre modeli fikrini tanıtarak modelleme yaklaşımları tartışılacaktır. Kontrollü, kapalı döngü sistemi incelemek için güç devresi ile birlikte kontrolörün dinamikleri modellenecektir. Durum-uzay modelleri, dönüştürücüler ve kontrolörleri için çok daha geniş çeşitlilikte modelleme olanaklarını kucaklamak için tanıtılmıştır ve bunlar da ortalamaya uygundur. Devre ortalaması, odak noktasının yerel temel bileşen olduğu rezonans dönüştürücüler gibi diğer güç dönüştürücü kategorileri için faydalı dinamik modeller geliştirmek üzere uygulanacaktır. İlk olarak, ortalama alma, anahtar ortalamasının biraz daha ince olduğu dönüştürücüler de dahil olmak üzere daha geniş dönüştürücü sınıflarına genişletilmiştir. İlgilenilen miktarın yerel ortalama değer değil, yerel temel olduğu dönüştürücüler (rezonans dönüştürücüler gibi) için devre ortalama alma yaklaşımları. Daha sonra, devreler ve daha genel sistemler için (geri besleme kontrolörleri gibi) ve hem sürekli zamanda (CT) hem de ayrık zamanda (DT) durum-uzay modelleri tanıtılacaktır.

Doğrusal olmayan ortalama devre modellerinin belirli sınıfları için doğrusallaştırma süreci tanıtılacaktır. Bu, nominal, kararlı durum çalışma koşullarındaki sabit değerlerinden ortalama değerlerin küçük pertürbasyonları için LTI devre modelleri elde etmemizi sağlayacaktır. Bu LTI modelleri daha sonra güç elektroniği dönüştürücülerinin kararlılık değerlendirmesi ve kontrol tasarımı için temel teşkil edecektir.

Devre ortalaması alma fikri, yüksek frekanslı anahtarlamalı dc/dc dönüştürücülerdeki anahtar için ortalama bir model türetmek ve ayrıca yerel bileşen için ortalama devre modelleri elde etmektir. Odak noktası, ortalama anahtarı doğrusallaştırmak ve bu doğrusallaştırılmış modelin ilgili dönüştürücülerin küçük sinyal davranışını analiz etmek için uygulanmasını göstermek olacaktır.

Modelleme seçenekleri durum-uzay modellerini içerecek şekilde genişletilecektir. Güç devreleri ve kontrolörlerden oluşan açık ve kapalı döngü sistemlerde hem sürekli zamanlı sinyaller, bunların ortalamaları hem de ayrık zamanlı örnekleri. Devre formundan ziyade durum-uzay formunda verilen doğrusallaştırılmış modeller kullanılacaktır. LTI durum-uzay modellerinin analizi için bazı temel kavramlar ve sonuçlar geliştirilecektir. Bu sonuçların parçalı LTI modellerinin analizine ve güç devrelerinde döngüsel nominal çalışmanın kararlılığının değerlendirilmesine yönelik uygulamaları verilecektir.

Güç elektroniğinde kullanılabilir LTI modellerine giden en tipik yol, sabit bir sabit etrafındaki küçük sapmaları tanımlamak için doğrusallaştırma işlemidir. Bu tür bir doğrusallaştırma, ortalama devre modellerinin örnekleri kullanılarak gösterilecektir. Bir güç dönüştürücüsünü nominal çalışma koşulu civarında düzenlemek için geri besleme kontrolünün tasarımı LTI modelleri (genellikle doğrusallaştırma yoluyla elde edilir) temelinde yapılacaktır. Ortalama devre modelleri ve derste açıklanan durum-uzay modelleri bir çalışma noktası etrafında doğrusallaştırılacaktır. Elde edilen LTI modelleri geri beslemeli kontrol tasarımı için temel oluşturabilir. Elde edilen doğrusal modellerin kararlılık değerlendirmesi ve kontrol tasarımında uygulanması dersin son aşamasında gösterilecektir.

Bilgisayar simülasyonları dersin bir parçası olarak kullanılacaktır.