Si IGBT ile SiC MOSFET yarı iletken anahtarlarının 3 fazlı eviriciler üzerindeki güç kayıp ve verim analizi
Power losses and efficiency analysis of Si IGBT and SiC MOSFET semiconductor switches on 3 phase inverters
- Tez No: 824403
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ERSOY BEŞER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
İki seviyeli eviriciler ve bu eviricilerde Si tabanlı IGBT ve SiC tabanlı MOSFET yarıiletken anahtarların kullanımı günümüzde kesintisiz güç kaynakları uygulamalarında en çok ilgi duyulan konular arasında yer almaktadır. Silisyum, elektronikte en yaygın kullanılan yarıiletken olmasına rağmen yüksek güç uygulamalarında bazı sınırlamalar göstermektedir. Bu sınırlamalar, yarıiletken tarafından sunulan bant aralığı veya enerji aralığıdır. SiC tabanlı yarıiletkenler; bant aralıklarının yüksek olması, fiziksel olarak daha küçük olmaları yani hacimlerinin küçük olması, yüksek frekanslarda çalışabiliyor olmaları ve daha yüksek sıcaklıklarda güvenli bir şekilde çalışabildiklerinden dolayı güç elektroniği uygulamalarında daha çok tercih edilmektedirler. Kesintisiz güç kaynaklarının geliştirilme aşamasında verim, boyut ve maliyet en önemli tasarım kriterleridir. Kesintisiz güç kaynaklarının verimini, boyutunu ve maliyetini etkileyen birçok devre elemanı mevcuttur ancak, termal olarak açığa çıkacak güç kayıplarının büyük bir kısmı, sürücülerin güç katında kullanılan yarıiletken anahtarlama elemanlarından kaynaklanmaktadır. Bu tez kapsamında, öncelikle Si ve SiC malzemelerden bahsedilmiş ve bu malzemelerden üretilen Si IGBT ve SiC MOSFET ve kayıpları ile sürücü devreleri anlatılmıştır. Daha sonra çok seviyeli eviriciler ve anahtarlama yöntemlerinden bahsedilmiş ve iki seviyeli ve üç seviyeli eviriciler anlatılmıştır. Si IGBT ve SiC MOSFET yarıiletken anahtarlama elemanlarının kullanıldığı iki seviyeli eviriciler için 4 farklı güç kayıp analizi yöntemi incelenmiştir. Böylece, iki seviyeli bir evirici üzerinde oluşacak olan toplam güç kaybı henüz eleman seçim aşamasında hızlı şekilde hesaplanabilecektir. SiC MOSFET tabanlı iki seviyeli evirici, Si IGBT tabanlı iki seviyeli evirici ve Si IGBT tabanlı diyot kenetlemeli eviricinin kullanıldığı 3 farklı evirici için simülasyon ve deneysel çalışma yapılarak performans karşılaştırılması yapılmıştır. Böylece, Si ve SiC tabanlı yarıiletken anahtarları ve iki farklı evirici topolojisinin güç kayıplarına olan etkisi incelenmiştir.
Özet (Çeviri)
Two-level inverters and the use of Si-based IGBT and SiC-based MOSFET semiconductor switches in these inverters are among the most popular topics in uninterruptible power supply applications today. Although silicon is the most widely used semiconductor in electronics, it shows some limitations in high power applications. This limitions are the band gap or energy gap offered by the semiconductor. SiC based semiconductors; They are more preferred in power electronics applications because they have high band gaps, are physically smaller, that is, have small volumes, can operate at high frequencies, and can operate safely at higher temperatures. Efficiency, size and cost are the most important design criteria in the development of uninterruptible power supplies. There are many circuit elements that affect the efficiency, size and cost of uninterruptible power supplies, but most of the thermal power losses are due to the solid-state switching elements used in the power stage of the drives. In this thesis, first of all, Si and SiC materials are mentioned and Si IGBT and SiC MOSFETs and their losses and driver circuits produced from these materials are explained. Then, multi-level inverters and switching methods are mentioned and two-level and three-level inverters are explained. Four different power loss analysis methods for two-level inverters using Si IGBT and SiC MOSFET semiconductor switching elements were examined. Thus, the total power loss that will occur on a two-level inverter can be quickly calculated during the element selection phase. Performance comparisons were made by performing simulation and experimental studies for 3 different inverters using SiC MOSFET-based bi-level inverter, Si IGBT-based bi-level inverter and Si IGBT-based diode clamped inverter. Thus, the effects of Si and SiC based semiconductor switches and two different inverter topologies on power losses are investigated.
Benzer Tezler
- Güç elektroniği ve motor sürücü devrelerinde verim artırma yöntemleri
Methods for increasing the efficiency of power electronics and motor drive circuits
AHMET BERKANT ECEVİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜVEN KÖMÜRGÖZ KIRIŞ
- Yeni nesil hızlı güç anahtarları ile yüksek verimli tek anahtarlı paralel rezonans endüksiyonlu ısıtma sistemi tasarımı
High-efficiency single switch quasi resonant induction heating system design with wide bandgap switching devices
KADİR CAN ATICI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Performance evaluation and comparison of low voltage grid-tied three-phase AC/DC converter configurations with SIi and SiC semiconductor switches
Si ve SiC yarı iletken anahtarlı, alçak gerilim 3 faz şebeke bağlantılı AC/DC güç dönüştürücü topolojilerinin performans değerlendirmesi ve karşılaştırılması
OĞUZHAN ÖZTOPRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET MASUM HAVA
- Şebekeye bağlı üç fazlı sic tabanlı hibrit anpc evirici yapısının kontrolü ve tasarımı
Control and design of the grid connected three-phase sic based hybrid npc inverter
İSLAM DELİBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILDIRIM
DOÇ. DR. ATİYE HÜLYA OBDAN
- Design and analysis of topologies and control algorithms used in ev fast charging systems
Elektrikli araç hızlı şarj sistemlerinde kullanılan topolojiler ve kontrol algoritmalırının analizi ve tasarımı
ÖZGÜR CAN MİLLETSEVER
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MURAT YILMAZ