COMPARATIVE STUDY OF SINGLE-PHASE PWM RECTIFIER CONTROL TECHNIQUES

Abstract

In this study, 2.5 kW single-phase pulse-width modulated rectifier is simulated with three different control techniques to investigate the performance of controllers. Rectifier simulation is performed in Matlab / Simulink environment by using hysteresis current control, sinusoidal pulse width modulation and voltage oriented control techniques. In the performance comparison of the control techniques, considering the switching frequencies, the total harmonic content of the current drawn from the grid, the phase difference between the grid voltage and the grid current, and the DC bus voltage regulation at the output are considered as comparison criteria. The switching frequency is set to 35 kHz in sinusoidal pulse width modulation and voltage oriented control techniques. Since the switching frequency is variable in the hysteresis current control technique, the average and instantaneous switching frequency are calculated for different hysteresis band values. In the results with the technique, the switching frequency varies between 18.52 kHz and 47.6 kHz, while the average switching frequency is 34.6 kHz. As a result, the total harmonic distortion of the grid current with hysteresis current control, sinusoidal pulse width modulation and voltage oriented control techniques is 3.69%, 1.12% and 1.82%, respectively. The synchronization with the grid voltage is achieved with all techniques, and the DC voltage is regulated with active power.

Özet

Bu çalışmada, 2.5kW gücünde tek fazlı darbe genişlik modülasyonlu doğrultucunun üç farklı kontrol yönteminde simülasyonu yapılarak bu yöntemlerin performansı incelenmiştir. Histerezis akım kontrolü, sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu ve gerilim odaklı kontrol yöntemleri kullanılarak Matlab/Simulink ortamında doğrultucu simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Kontrol yöntemlerinin performans karşılaştırmalarında anahtarlama frekansları dikkate alınarak şebekeden çekilen akımın toplam harmonik içeriği, şebeke gerilimi ile arasındaki faz farkı ve çıkıştaki DC bara gerilimi regülasyonu karşılaştırma kriterleri olarak ele alınmıştır. Sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu ve gerilim odaklı kontrol yöntemlerinde anahtarlama frekansı 35 kHz seçilmiştir. Histerezis kontrol yönteminde anahtarlama frekansı değişken olduğundan dolayı farklı hata bandı değerleri için anahtarlama frekans değişimi hesaplanarak ortalama ve anlık anahtarlama frekansı tespit edilmiştir. Histerezis akım kontrol yönteminde anahtarlama frekansı 18,52 kHz ile 47,6 kHz aralığında değişirken ortalama anahtarlama frekansı 34,6 kHz olmuştur. Yapılan çalışma sonucunda histerezis akım kontrolü, sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu ve gerilim odaklı kontrol yöntemlerinde şebeke akımı toplam harmonik bozulumu sırasıyla %3,69, %1,12 ve %1,82 olmuştur. Tüm yöntemlerde şebeke ile senkronizasyon sağlanmış ve DC bara gerilimi regülasyonu şebekeden aktif güç çekerek gerçekleştirilmiştir