Asenkron Motorun Sensörsüz Alan Yönlendirmeli Vektör Kontrollü Bir Hız Tahmin Yönteminin Geliştirilmesi
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Sadık ÖZDEMİR
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Nurettin UMURKAN
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Endüstriyel uygulamalarda ve elektrikli araç çekiş motoru uygulamalarında sincap kafesli üç faz asenkron motor(IM) yoğun olarak kullanılmaktadır. Asenkron motorlar güvenilir, sağlam, üretimi kolay ve ucuz motorlardır. IE4 verimlilik standartlarında üretilen modelleri geniş güç ve hız aralığında yüksek verimde çalışabilmektedir. Mıknatıslı motorlar gibi nadir bulunan materyellere bağımlı olmaması, bu motorların daha kolay üretilebilir ve ucuz bir motor tipi olmasını sağlamaktadır. Ayrıca, asenkron motorlar, bakım gereksinimi çok az olan, zorlu çalışma şartlarına dayanıklı ve yanıcı ve patlayıcı ortamlarda kullanılabilen bir motor türüdür. Vektör kontrol olarak da bilinen Alan yönlendirmeli kontrol (FOC) AC motorlar için ayarlanabilir bir frekans kontrol tekniğidir. Bu yöntemde, üç fazlı AC makinesinin stator akımı iki dikey vektör bileşenine dönüştürülür bunlar: motorun akı ve torku olarak tanımlanır. FOC, yüksek performanslı uygulamalar için IM kontrol etmek için kullanılır. Bu kontrol tekniği ile IM sıfır hızda tam yük altında kontrol edilebilir. Ayrıca bu yöntem ile ım geniş hız aralığında makine kontrol edilebilir ve kontrolün dinamik tepkisi yüksektir. FOC'de doğrudan ve dolaylı alan yönlendirmeli kontrol (IFOC) olmak üzere alan yönlendirme koşulunun sağlanması için iki temel yöntem bulunmaktadır. Motorun hava boşluğu alanını doğrudan FOC'de ölçmek gerekir. IFOC yönteminde, kayma frekansı hesaplanarak stator frekansı ve rotor mekanik hızı arasında geçiş yapılabilir. Motorun açısal hızı ve motorun hava boşluğu alanı, enkoder ve hall sensörleri ile ölçülebilir. Bununla birlikte, bazı vektör kontrol uygulamalarında, özellikle zorlu çalışma koşulları, yüksek hızlı uygulamalar ve boyut kısıtlamaları v.b. gibi koşullarda konum bilgisi alabilmek için enkoder, takometre gibi sensörlerin motora monte edilebilmesi mümkün değildir. Motor içerisine sensör yerleştirmek yüksek gürültülü çalışma bölgelerinde enkoder sinyali bozunumları sistem güvenirliğini azaltmaktadır. Bu gürültülerin azaltılarak sistem güvenliğine yönelik yapılacak her ek işlem maliyet ve tasarım zamanını arttıracaktır. Bu nedenle, sensörsüz konum tahmini IM'nin kontrolünde bir tercih ve gereksinim haline gelmiştir. Sensörsüz terimi, yalnızca hız ve konum sensörlerinin kullanılmadığını gösterir. Başka bir deyişle, stator akımları ve gerilimleri akım ve gerilim sensörleri yardımıyla okunmaya devam etmektedir. Hız sensörsüz kontrolün ana avantajı maliyetin düşürülmesidir. Aynı zamanda sensör kablolarının ortadan kaldırılmasıyla sistemin karmaşıklığı azaltılır ve sistemin boyutu en aza indirgenebilir. Enkoderi olmayan sistem daha iyi gürültü toleransına sahiptir, bu nedenle güvenilirlik ve dayanıklılık artırılabilir. Literatürde IM sürücülerinin vektör kontrolünde uygulanan çeşitli hız ve konum tahmin teknikleri vardır. Bu temel makine modeli teknikleri anlık stator akımları ve gerilimleri kullanır ve rotorun konumunu ve hızını hesaplamak için bu değerleri dinamik makine denklemleriyle birlikte kullanırlar. Bu dinamik denklemler makine parametrelerini içerir ve bunların bazıları tam olarak bilinmelidir, çünkü bunlar üzerindeki herhangi bir değişim yanlış hız tahminlerine sebep olabilir. Bu parametrelerin varyasyonuyla ilgili olarak, çok düşük hız ve sıfır hız dahil olmak üzere tüm operasyon kademelerinde yüksek performanslı sensörsüz hız tahmini stabilitesini korumak için gereklidir. Bu tezin amacı, IM için sensörsüz, dolaylı, alan yönlendirmeli vektör kontrollü bir hız tahmin yönteminin geliştirilmesidir. Önerilen yöntem, yeni bir Model referans adaptif sistemdir ve motorun hızını hesaplamak için sadece kararlı hal alan yönlendirme durumunda stator q-eksen gerilim denklemine ihtiyaç duyar. Hesaplanan gerilim doğrudan ölçülen değer ile karşılaştırıldığından, bu yöntem bir referans modele ihtiyaç duymaz. Bu basit denklemde herhangi bir rotor parametresi yoktur ve bu sistemin rotor parametrelerinin değişimine karşı bağışıklık kazandırır. Dahası, bu benzersiz hesaplama akı tahmini gerekliliğini ortadan kaldırdığı için yöntem saf entegrasyon sorunlarına karşı daha az duyarlıdır. Böylece önerilen MRAS çok düşük ve sıfır hızlarda oldukça doğru hız tahmini yapabilir. Önerilen yöntem, sıfır hız, çok düşük hızlarda başarıyla gerçek hızı takip edebilmektedir. Yüklü ve yüksüz koşullar altında çalışabilmektedir. Motorun dört bölge çalışma durumunda hızı doğru tahmin edebilmektedir. Yöntem parametre değişimine karşı oldukça bağışıklıdır, % 100 stator direnci değişiminde yaptığı hız tahmini gerçek hıza oldukça yakındır. Bu çalışmada simülasyon çalışmaları MATLAB / SIMULINK ortamında tamamlanmıştır ve laboratuvar testlerinde 2.2 KW'lık bir 3-faz IM kullanılmış, d-SPACE Microautobox kontrolör kullanılarak anahtarlama sinyalleri 20 kHz'de üretilmiştir.