UZAY VEKTÖR KONTROL ALGORİTMASI KULLANAN MATRİS ÇEVİRİCİDEN BESLENEN ASENKRON MOTORUN V/F KONTROLÜ

Transkript

1 UZAY VEKTÖR KONTROL ALGORİTMASI KULLANAN MATRİS ÇEVİRİCİDEN BESLENEN ASENKRON MOTORUN V/F KONTROLÜ Ebubek ERDEM 1 Yetkn TATAR 2 Sedat SÜNTER 3 1,2 Fıat Ünvestes Mühendslk Fakültes Blgsaya Bölümü, Elazığ. 3 Fıat Ünvestes Mühendslk Fakültes Elektk Elektonk Bölümü, Elazığ. 1 e-posta: abedem@fat.edu.t 2 e-posta: ytata@fat.edu.t 3 e-posta: ssunte@fat.edu.t ÖZET Bu çalışmada mats çevcden beslenen üç fazlı b asenkon motoun açık çevm V/f kontolünün smulasyonu geçekleştlmşt. Motoa değşken fekans ve genlkte gelm sağlayan mats çevc çn uzay vektö kontol algotması teknğ kullanılmıştı. Sstemn modellemesnde matlab smulnk paket pogamı kullanılmıştı. V/f kontollü ve kontolsüz asenkon moto çn smulasyon yapılaak elde edlen hız, moment ve stato faz akım dalga şeklle kaşılaştımalı olaak ncelenmşt. Anahta sözcükle: Mats çevc, uzay vektö kontol algotması, asenkon moto, v/f kontol 1. GİRİŞ Asenkon motolaın hız kontolünde kullanılan V/f kontol çn motoun beslendğ güç kaynağının, değşken genlk ve fekansta gelmle üeteblecek özellkte olması geek. Motoun V/f kontolü çn geekl olan değşken genlk ve fekanslı snüzodal gelm, altenatf akıma doğudan dönüşüm yapablen mats çevcle taafından sağlanabl. AC kaynağa doğudan bağlanan AC-AC çevcleden olan mats çevcle, mats şeklnde düzenlenmş çft yönlü 9 adet anahtadan oluşu. Bu anahtala gş gelmn değşk modülasyon algotmalaıyla anahtalayaak çıkışta değşken genlk ve fekanslı gelmle elde edlmesn sağlala.[1,2] Şekl 1.de 9 adet çft yönlü anahtaa sahp, üç faz gş - üç faz çıkışlı tpk b mats çevc deves göülmekted. Son zamanlada mats çevclede kullanılan en popüle kontol algotması, gş akım ve çıkış gelm vektölenn bağımsız kontol edleblmesne müsaade eden uzay vektö kontol algotmasıdı. Bu çalışmada, asenkon motoun açık çevm V/f kontolünün smülasyonu yapılmıştı. Motoa uygulanan değşken fekans ve gelm, uzay vektö kontol algotmasını kullanan mats çevc taafından sağlanmaktadı. Matlab smulnk paket Şekl 1. 3x3 faz mats çevcnn yapısı pogamı kullanaak motoun V/f kontollü ve kontolsüz duumlaı çn smulasyon yapılmıştı. V/f kontollü uygulamada hız geçşlende de v/f oanı sabt tutulaak gelmle fekans zamana bağlı olaak son değee ulaşmakta, kontolsüz de se hız geçş an olaak yapılmaktadı. Elde edlen smulasyon sonuçlaına göe kaşılaştımalı olaak motoun hız, moment ve stato akım dalga şeklle delenmşt. 2. KONTROL ALGORİTMASI Uzay vektö kontol algotması, üç faz gş akımlaının ve üç faz çıkış hat gelmlenn uzay vektö düzlemnde göstelmesne dayandıılı. Mats çevclede anahtalama duumuna bağlı olaak çalışma sües çesnde he b çıkış fazı he b gş fazına bağlanmaktadı. Mats çevcnn güvenl anahtalama yapablmes çn, İk faklı gş hattı aynı çıkış hattına eşzamanlı bağlanmamalı, Çıkış hatlaından hehang b anahtalama süesnce açık bıakılmamalı, şatlaını he anahtalama anında sağlaması geek. Sıalanan temel şatla sağlandığında çıkış fazlaının gş fazlaına bağlanması esnasında 27 adet değşk

2 bağlantı kombnasyonu oluşmaktadı. Bu anahtalama kombnasyonlaı 3 gupta ncelenebl. Bnc guptak altı adet anahtalama kombnasyonunda he çıkış fazı faklı gş fazlaı le doğudan bağlanmaktadı. Bu duumda çıkış gelm vektöünün faz açısı gş gelm vektöünün faz açısına bağlıdı. Aynı duum akım vektölende de oluşmaktadı. Uzay vektö kontol teknğnde bu gup anahtalama duumunda he k vektöün de faz açılaının bağımsız denetlenememes nedenyle mats çevclede kullanılmamaktadı. İknc gup anahtalama kombnasyonlaından 18 tanesnde se değşk genlkte ve fekansta aktf gelm vektöü oluşu. Çıkış gelmnn genlğ seçlen gşlee at fazla aası gelmn değene bağlıdı. Bu duumda se çıkış gelm uzay vektöünün faz açısı gş gelm uzay vektöünün faz açısına bağlı değld. Aynı duum akım vektölende de oluşmaktadı. Son gup anahtalama kombnasyonun 3 tanesnde se sıfı vektöle oluşu. Bütün çıkış fazlaı aynı gş fazına bağlanmıştı. [3,4] Mats çevc çıkışında, uzay vektö kontol teknğne göe tetkleme snyalle üeteblmek çn çıkış hat gelm ve gş akımlaın uzay vektöle kullanılmaktadı. Şekl 2. de gş akımlaının ve çıkış hat gelmlenn uzay vektö göstem velmşt. Buada, v ve v o an gş ve çıkış gelm vektölenn genlklen, α ( W t ) ve α 0 ( W 0 t ) se gş ve çıkış gelm faz açılaını sıasıyla göstemekted. İletme geçecek anahtalaın bellenmes çn, α ve α 0 ın şekl 2. de göstelen gş akımlaının ve çıkış hat gelm vektölenn hang bölgesnde olduklaı bellenmeld. α ve α 0 ın duumlaına göe 36 bölge oluşmaktadı.[5] He anahtalama elemanının ne kada letmde kalacağı he k vektöünde otak anahtalama kombnasyonlaı baz alınaak bellen. Mats çevclen çıkışında stenen fekans ve gelmn genlğn elde etmek çn he b anahtalama kombnasyonuna at elemanlaın letm sües bulunmalıdı. α ve α 0 ın 1. bölgede olması duumu çn anahtalaa at letm süele denklem 1.de π velmşt. Denklem 1. dek çözümle 0 α, 3 π π α 0 olması duumuna att. Bu 6 6 algotmaya göe, mats çevcnn maksmum çıkış gelm, gş gelmnn en fazla katı olablmekted ( v ). anahtalama o 0 q= v peyodunu m modülasyon ndeksn göstemekted. Denklem 1. de bulunan anahtalama süele toplamı b anahtalama peyodu süesn geçmemeld. Aks takdde anahtala aşma modunda letme gecekt. İletm süelenn toplamı denklem 3. dek şatı sağlamalıdı. 1, 4, 7 3, 6, 9 4, 5, 6 IV 1, 2, 3 IV β 2, 5, 8 III V II VI 2, 5, 8 β V v α 7, 8, 9 III V '' Vo II ' V o VI 7, 8, 9 α o α v π 6 3, 6, 9 α 1, 4, 7 v o I 1, 2, 3 α 4, 5, 6 Şekl 2. a)gş akımlaın, b)çıkış hat gelmlen uzay vektö göstem π π q sn αo sn α π qsn α o snα π π q sn α o sn α π qsn αo snα 3 6 (1) 2 2 vo m= q= (2) 3 3 v δ 1 δ3 δ 4 δ 6 T s (3) 3. SİSTEM MODELİ Uzay vektö kontol algotmasını kullanan mats çevcden beslenen üç fazlı b asenkon motoun açık çevm V/f kontolünün smulasyonu, matlab smulnk paket pogamı kullanılaak geçekleştlmşt. Şekl 3.a da bu ssteme lşkn smulnk model velmşt. Şekl 3. a. da mats çevcnn üç çıkış fazı çn göstelen model üç kısımda oluşmaktadı. Bnc kısımda kaynak gelmlenn bulunduğu blokla, knc kısımda V/f

3 kontol bloğu ve he çıkış fazı çn anahtalama peyodu çesnde anahtalaın letmde kalma süelen hesaplayan ve tetkleme snyallen üeten göev peyot üetec bloğu, üçüncü kısımda se çıkışı oluştuan anahta bloklaı bulunmaktadı. Mats çevcnn V A, V B, V C çıkışlaı asenkon motoa bağlanmıştı. Bu benzetmde kullanılan asenkon motoa at paametele EK de velmşt. Şekl 3.a da V/f kontol le göstelen alt bloğun çeğ şekl 3.b de göstelmşt. Bu blok yadımıyla asenkon motoun açık çevm V/f kontolü yapıla bln. Bu bloğa gş olaak velen hız (n ef ) değe, açısal hız değene dönüştüülüp ntegal alınaak α 0 değe bulunu. Ayıca açısal hız değe V/f sabt le çapılaak motoa uygulanacak çıkış gelm değe elde edl. Çıkış gelmnn, mats çevcnn maksmum çıkış gelmn aşmaması çn kontol sstemne b gelm lmtöü eklen. Açık çevm V/f kontol yöntemnde, stato gelmnn genlğnn az olduğu düşük hız bölgelende stato denc öneml hale gel. Motoa nomnal yükün uygulanması duumunda, bu çalışma bölgesnde geekl moment değenn sağlanması çn motoa uygulanan gelme oanla oldukça büyük değede olan R s I s gelm düşümünün de kaşılanması geekmekted. Bu değe yol alma sıasın da öneml olup motoun başlangıçta üetmes geeken yol alma momentnn değen etklemekted. Bu nedenle özellkle düşük hız bölgelende gelmn genlğ, bahsedlen gelm düşümünü kompanze edeblecek şeklde V/f oanının belledğ değeden daha yüksek seçlmeld. Bu genlk boost gelm olaak adlandıılı. Elde edlen çıkış gelm değe boost değenden büyükse kontol bloğu yadımıyla çıkış gelm değşmez fakat küçükse çıkış gelm boost gelmnn değen alı. Bu çıkış gelm değe ( v ), b sonak blokla çapılaak o denklem 2 de fades bulunan modülasyon ndeks (m) elde edl. V/f kontol bloğu yadımıyla elde edlen m ve α 0 değele göev peyot üetec bloğuna geek mats çevcnn çıkış gelmn elde edeblmek çn geekl olan anahtalaın b anahtalama peyodu çesnde letme gme sıasını ve süesn belle. B öncek blokta hesaplanan α 0 ve kaynak gelmnde elde edleblen α, şekl 2. de göstelen gş akımlaı ve çıkış hat gelmle vektölende hang bölgede olduklaı bellen. Ayıca bu blok çnde, 36 bölge çn letme gecek anahtalama elemanlaının sıasını ve he anahtalama elemanının ne kada letmde kalacağını hesaplayan blokla mevcuttu. Şekl 3.c. de bu blokladan b tanesnn çyapısı göstelmşt. Şekl 3.c. de göstelen blok, α ve α 0 n he ksnn de gş akımlaı ve çıkış hat gelmle vektölende 1. bölgede olması duumu çn letme gecek anahtalama elemanlaının sıasını ve denklem 1. yadımıyla anahtalama süelen belle. Şekl 3. Uzay vektö kontol algotmasını kullanan 3x3 fazlı mats çevcnn a) Smulnk model, b) V/f kontol deves bloğunun çeğ, c) Çıkış ve gş vektölen 1. bölgede olması duumu çn anahtalaı süen şaetle oluştuan blok dyagamı Hesaplanan bu süele kada ve bellenen sıada çıkışı oluştuan anahtala sıasıyla bulunduğu fazın kaynak gelmn çıkışa aktamış olu. Bu anahtalaın çıkışında elde edlen şaet, çıkış gelmnn lgl faza at paçasını oluştuu. Böylece bütün gş fazına at paçalaın toplamı, hedeflenen çıkış gelmn ve. Bu çıkış gelmle V A, V B, V C asenkon motoa uygulanı. 4. BENZETİM SONUÇLARI Uzay vektö kontol algotmasını kullanan mats çevcden beslenen üç fazlı asenkon motoun açık çevm V/f kontolü çn smulasyon sonuçlaı elde

4 edlmşt. Sstemn modellemesnde matlab smulnk paket pogamı kullanılmıştı. Mats çevc 220V 50Hz lk üç fazlı gelm le beslenmşt. Anahtalama fekansı (fs) 5kHz alınmıştı. EK de paametele velen asenkon motoun V/f kontollü ve kontolsüz duumlaı çn değşk hız ve yük moment efeanslaına göe smulasyonlaı yapılmıştı. Benzetm sonuçlaı şeklle 4-7 de velmşt.. (d) Şekl 4. V/f kontolsüz asenkon motoun hız, moment, stato faz akımı ve (d) fazla aası gelm dalga şeklle ( Ty = 0 ) (d) Şekl 5. V/f kontollü asenkon motoun hız, moment, stato faz akımı ve (d) fazla aası gelm dalga şeklle ( Ty = 0 )

5 Şekl 6. V/f kontolsüz asenkon motoun hız, moment dalga şeklle ( 0-1 sn aası Ty=0, 1-2 sn aası Ty=2 Nm) edlmşt. Şekl 5.a da motoa bell b eğmde atan efeans hız uygulayaak V/f olayı gözlenmşt yan hızı an olaak değl de gelmle oantılı olaak değştleek motoun büyük akım çekmes engellenebln. V/f kontollü motoun hız dalga şeklle ncelendğnde, motoun hızlanma esnasında b dalgalanma olduğu göülmekted. Bunun sebeb düşük hızlada stato gelm kompanzasyonunun yapılmasıdı. Şekl 6-7 de sıasıyla V/f kontolsüz ve kontollü duumla çn, 0-1 sn aasında yüksüz ve 1. sn den sona moto Ty=2 Nm yüklenmes duumunda motun hız ve moment dalga şeklle ncelenmşt. Motoa yük moment uygulandığında, moto hızının azda olsa düşmes V/f açık çevm kontolünün b dezavantajı olaak göülebln. 5. SONUÇLAR Bu çalışmada uzay vektö kontol algotmasını kullanan mats çevcden beslenen üç fazlı b asenkon motoun açık çevm V/f kontolünün smulasyonu geçekleştlmşt. V/f kontollü ve kontolsüz asenkon moto çn smulasyon yapılaak elde edlen hız, moment ve stato faz akım dalga şeklle ncelenmşt. Elde edlen sonuçladan göüldüğü gb açık çevm V/f kontolünün dezavantajı asenkon motoa yük moment uygulandığında moto hızının azda olsa düşmesd, avantajı se hız değşmlende motoun büyük akım çekmesnn önlenmesd. EK. Asenkon moto paametele: Un=380V, In=2.7 A, P=1.1 kw, f=50, p=2, Rs=7Ω, R=6Ω, Ls=0.52 H, L=0.52 H, Lm=0.5 H, P=2, J= kgm 2, B=0.07 Nms Şekl 7. V/f kontollü asenkon motoun hız, moment dalga şeklle ( 0-1 sn aası Ty=0, 1-2 sn aası Ty=2 Nm) Şekl 4 ve şekl 5 de motou lk önce 500 d/dak da ve sona 1500 d/dak da sıasıyla V/f kontolsüz ve kontollü olaak çalıştımak suetyle motoun hız, moment, stato akımı ve gelm dalga şeklle elde KAYNAKLAR [1] Ventun M. and Alesna A., 1980, The genealzed tansfome: A new bdectonal snusodal wavefom fequency convete wth contnuously adjustable nput powe facto, n Poc. IEEE PESC 80, pp [2] Sunte S., 1995, A vecto contolled matx convete nducton moto dve, PhD Thess, Unvesty of Nottngham, U.K [3] Casade D., Sea G., Tan A., Nelsen P., 1995, Pefomance of swm contolled matx convete wth nput and output unbalanced condtons, EPE '95, Sevlla, Span [4] Casade, D., Gand, G., Sea, G. and Tan, A., 1993 Space vecto contol of matx convetes wth unty nput powe facto and snusodal nput/output wavefoms, Powe Electoncs and Applcatons, Ffth Euopean Confeence on, 7: [5] Edem E., Tata Y., Sunte S., 2005 Modelng and Smulaton of Matx Convete Usng Space Vecto Contol Algothm. EUROCON2005- IEEE Intenatonal Confeence on "Compute as a tool", Novembe 21-24, Belgade, Seba & Montenego,