Matris Konverterden Beslenen Sabit Mıknatıslı Senkron Motorun Vektör Kontrolünün Sayısal Benzetimi

Transkript

1 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) Matris Konverteren Beslenen Sabit Mıknatıslı Senkron Motorun Vektör Kontrolünün Sayısal Benzetimi Ahmet GÜNDOĞDU Batman Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Elektronik Haberleşme Müh. Bölümü, Batman ahmet.gunogu@batman.eu.tr Hüseyin ALTUN Fırat Üniversitesi Teknoloji Fakültesi Elektrik Elektronik Müh. Bölümü, Elazığ haltun@firat.eu.tr ÖZET Bu çalışmaa 3-fazlı bir matris konverteren beslenen sinüzoial akı ağılımlı sabit mıknatıslı senkron motorun (SMSM), alan yönlenirmeli kontrol tekniğine göre hız enetimi gerçekleştirilmiştir. Kontrollü güç kaynağı olarak, q<=.5 gerilim önüştürme oranına sahip Venturini moülasyon algoritmasını kullanan matris konverter ile rotor referans üzlemine geçici ve sürekli urum matematiksel analizi yapılan sabit mıknatıslı senkron motorun Matlab/Simulink moelleri oluşturularak farklı hız ve yük şartları için benzetim sonuçları alınmıştır. Alınan benzetim sonuçlarınan motorun, sabit moment altına kalkınığı, moment titreşimlerinin çok küçük eğere oluğu ve inamik performansının çok iyi oluğu gösterilmiştir. Anahtar Sözcükler : Matris Konverter, Venturini Moülasyon Algoritması, Sabit Mıknatıslı Senkron Motor, Alan Yönlenirmeli Kontrol, Vektör Kontrol ABSTRACT In this stuy, spee control of the permanent magnet synchronous motors (PMSM) with sinusoial flux istribution fe by a 3-phase matrix converter is performe using fiel oriente control technique. For variouus spee an loa conitions, simulation results are obtaine from constructe permanent magnet synchronous motor Matlab/Simulink moel by consiering the the transient an steay state mathematical analysis in rotor reference plane an utilizing the matrix converter, which is base on Venturini moulation algorithm having q<=.5 voltage conversion rate, as an controlle power source. Obtaine results show that the motor procees evelopment uner the constant torque an torque ripples are significantly reuce while the ynamic performance is consierably improve. Keywors : Matrix Converter, Venturini Moulation Algorithm, Permanent Magnet Synchronous Motor, Fiel Oriente Control, Vector Control. 1. Giriş Yüksek performanslı motor sürücü sistemleri akı ve momentin ayrışık (ecouple) enetimini gerektirir [1]. AC motor sürücü sistemlerine kullanılan ileri kontrol yöntemlerinen birisi, Alan Yönlenirmeli Kontrol olarak a bilinen Vektör Kontrol yöntemiir. Temel kuramı ilk olarak 1971 yılına Blaschke [] tarafınan geliştirilen vektör kontrol yönteminin temeline, stator ve rotor evresine ait 3-faz büyüklüklerinin eksen önüşümleri yapılarak birbirinen bağımsız ve birbirine ik bileşenlere ayrıştırılması yer almaktaır. Bu ayrıştırma neticesine, katsayıları zamanla eğişen 41

2 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) parametre sorunu ile akım ve akı arasınaki kenetleme etkisi ortaan kalkmaktaır. Dinamik avranış bakımınan serbest uyartımlı oğru akım motorları, akı ve momenti oluşturan bileşenlerin birbirine ik olması yani birbirinen bağımsız olarak enetlenebilir olması neeni ile yüksek inamik performansa sahiptirler. AC motorlara herhangi bir kontrol yöntemi kullanmaan bu yüksek inamik performansı oğruan ele etmek mümkün eğilir. Çünkü AC motorlara akı ve momentin birbirinen bağımsız (ayrışık) olarak enetlenebileceği akı ve akım bileşeni yoktur. Saece genlik, frekans ve faz bilgilerini içeren sinüzoial 3-faz stator akım ve gerilim bilgileri mevcuttur. Motora oluşan akı ve moment, uygulanan giriş 3-faz giriş gerilimlerinin bir fonksiyonu oluğunan olayı akım ve akı arasına bir kenetleme varır. Bu kenetleme etkisinen olayı AC motorun hız ve moment cevabı olayısı ile performansı üşüktür. Vektör kontrol yönteminin uygulanması ile bu kenetleme etkisi ortaan kalkacağınan AC motorun performansı a artacaktır. Sabit mıknatıslı senkron motorlar, yüksek güç yoğunluğu, yüksek verim, yüksek moment/atalet oranı ve üşük atalet momenti bakımınan AC motorlar arasına önemli bir yer tutar [3], ayrıca iğer AC ve DC motorların bütün avantajlarına sahiptir [4]. Ancak bu motorların vektör kontrolü için hız veya pozisyon algılayıcılar gerekliir. Özellikle alan zayıflatma bölgesine çok yüksek hız eğerlerine ulaşılabilmekteir. Sinüzoial akı ağılımlı sabit mıknatıslı senkron motorlar moment eğişimineki algalanma miktarının az olmasınan olayı, trapezoial akı ağılımlı sabit mıknatıslı senkron motorlara tercih eilmekteir [5]. Doğruan AC-AC önüşüm yapan matris konverter ile ilgili ilk çalışmalar 1976 yılına Gyugyi ve Pelly [6] tarafınan yapılmıştır. Ancak Venturini ve Alesina tarafınan 198 yılına yapılan [7, 8] çalışma ile aha a geliştirilmiştir. Matris konverterler çift yönlü güç akışı, sinüzoial giriş ve çıkış akımları [9,1], ört bölgeli çalışma [11], kontrol eilebilir yer eğiştirme faktörü gibi üstünlüklere sahiptir [1, 13, 14]. Ayrıca eviricilerle karşılaştırılığına konansatör gibi ara enerji epolama elemanlarının olmayışı [14,15,16,17], matris konverterlerin gerçekleştirilmesine fiziksel boyut bakımınan bir avantaj sağlamaktaır. Ara enerji epolama elemanı olarak kullanılan bu büyük hacimli konansatörler eviricilerin kullanım ömürlerini azaltan en önemli faktörlerenir [18]. Bu bakıman matris konverterler eviricilerle kıyaslanığına cazip 4

3 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktaır [19]. Gelişen yarıiletken teknolojisi ile birlikte bir matris konverterin stanart bir asenkron motorun klemens kutusuna monte eilebileceği tahmin eilmekteir. Matris konverterler üzerine pek çok çalışma yapılmıştır. Kaynak [] e evirici ile matris konverterin kullanılığı iki ayrı sürücü moeli ile bir SMSM nin vektör kontrolü gerçekleştirilmiştir. Kaynak [1] e sabit mıknatıslı senkron generatörün kullanılığı bir rüzgar türbininen ele eilen gerilimin matris konverter üzerinen oğruan yüke aktarılmasına ilişkin performans analizi yapılmıştır. Kaynak [] e eneysel olarak matris konverteren beslenen 3~, 1 HP bir asenkron motorun hız ve moment cevaplarına ilişkin sürekli urum analizi yapılmıştır. Kaynak [3] e sabit mıknatıslı senkron motorlu bir servo sisteme hız enetimini iyileştirmek için bir antiwinup-pi tasarımı gerçekleştirilmiştir. Kaynak [4] e bir RL yükünü besleyen matris konverterin giriş-çıkış akım ve gerilimleri incelenerek farklı anahtarlama frekanslarına harmonik analizi yapılmıştır. Kaynak [5] e vektör kontrollü asenkron motor ve kaynak [3] te vektör kontrollü sabit mıknatıslı senkron motor için kontrollü güç kaynağı olarak matris konverter kullanılmıştır.. Matris Konverter Moeli Ve Moülasyon Algoritması Matris konverter oğruan ac-ac önüşüm gerçekleştiren bir konverter tipiir. Giriş ve çıkış hatları arasına matris şekline yerleştirilmiş iki yönlü güç aktarımı yapabilen yarıiletken anahtarlama elemanlarının uygun bağlantısı ile oluşur. Doğrultma işlemi yapılmaığınan enerjinin epolanması için konansatör kullanımına gerek uymamaktaır. Matris konverterin her 1-faz çıkış gerilimi, 3-faz giriş gerilimlerinin yarıiletken anahtarlar tarafınan sabit bir anahtarlama periyou boyunca arka arkaya üzenli bir şekile kıyılarak çıkışa aktarılmasıyla ele eilir. Bu anahtarların iletime kalma süreleri ayarlanarak, istenilen genlik ve frekanstaki çıkış gerilimleri ele eilir. Çıkış gerilimine ait alga şeklinin sinüzoial yapıa olması, anahtarlama frekansının 43

4 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) büyüklüğü ile oğruan orantılıır. Şekil 1 e matris konverterin Matlab/Simulink [6] a oluşturulan moeli verilmiştir. VA VB VC 1 Va 3-Fazli Kaynak q_wmt SW TSA 1 VABC* VAB VBC VABC* q q wmt wmt rem(u,ts) MAa MBa MCa MAa MBa MCa ST SAa SBa SCa Vb 3 Vc Şekil 1. Matris konverterin Simulink moeli. Verilen moele anahtarların iletime kalma sürelerinin hesaplanmasına Venturini moülasyon algoritması kullanılmıştır. Oluşturulan moele göre öncelikle konverteri besleyecek olan 3-fazlı AC kaynağın hatlar arası gerilimi ölçülür. Daha sonra akım enetleyicileri tarafınan belirlenen ve konverterin çıkışına olması istenen referans 3- faz VABC* gerilimleri ile ölçülen hatlar arası gerilimler kullanılarak, konverterin q talep faktörü ile wmt moülasyon açısı belirlenir. Venturini moülasyon algoritmasına göre talep faktörü ile moülasyon açısı enklem (1), () ile ifae eilir. V om q (1) V im ω t m ω t ω t () o i Buraa sırası ile, V im giriş faz gerilimlerinin tepe eğerini, V om çıkış faz gerilimlerinin tepe eğerini, w i kaynak frekansını ve w o konverter çıkış frekansını temsil etmekteir. 44

5 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) Talep faktörü ve moülasyon açısı belirlenikten sonra SW ile TSA blokları yarımı ile anahtarların iletime kalma süreleri hesaplanır. Talep faktörü olarak alanırılan q, matris konverterin çıkış ile giriş gerilimleri arasınaki önüştürme oranıır. Bu benzetim çalışmasına q<=.5 gerilim önüştürme oranına sahip Venturini moülasyon algoritması kullanılmıştır. 3. Motor Moeli Sabit mıknatıslı senkron motorlar, senkron makinaların özel olarak uyartılan bir alt sınıfı olarak ele alınır ve yüksek güç yoğunluğu, yüksek verim, yüksek moment/atalet oranı ve üşük atalet momenti bakımınan AC motorlar arasına önemli bir yer tutar. Bu motorlar günümüze enüstrinin farklı uygulama alanlarına olukça popülerir. Vektör kontrol yöntemine göre, motorun senkron hızla önen rotor referans üzlemineki matematiksel enklemleri çıkartılarak Matlab/simulink moeli oluşturulmuştur. Sabit mıknatıslı senkron motorlar hava aralığınaki manyetik akının ağılımına göre, trapezoial akı ağılımlı ve sinüzoial akı ağılımlı olmak üzere iki farklı yapıya sahiptirler. Bunlaran sinüzoial akı ağılımlı sabit mıknatıslı senkron motorlar ürettikleri elektromanyetik momentin aha az harmonikli olması neeniyle aha geniş bir kullanım alanına sahiptir. Uygun bir motor moeli türetebilmek için bazı varsayımlar yapılır. Bunlar; stator sargıları hava aralığı çevresine sinüzoial bir şekile yayılmıştır, inüktansların rotor açısına bağımlılığı üzerineki stator oyuklarının etkisi, manyetik oyma, inüktans ve irençlerin sıcaklık ve frekansa olan bağımlılıkları ihmal eilmiştir. Bu varsayımlar oğrultusuna motora ait akım, gerilim ve akı gibi üç faz büyüklükleri rotor konumuna sabitlenmiş senkron hıza önen q eksen sistemine enklem (3) yarımı ile önüştürülür. 45

6 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) 46 abc f c f b f a f θ qo T ) o 1 sin(θ ) o 1 sin(θ sinθ ) o 1 cos(θ ) o 1 cos(θ cosθ 3 qo f o f q f f (3) Buraa T q (θ) Park önüşüm matrisi olarak alanırılır ve f a, f b, ve f c ise aralarına 1 faz farkı bulunan üç faz büyüklüklerini temsil eer. Şekil e motora ait abc üç faz büyüklükleri ile senkron hıza önen q eksen sistemi arasınaki ilişki vektörel olarak gösterilmiştir. q ω θ f c f a f b Şekil. q ile abc arasınaki ilişki. Buraa θ faz vektörleri ile rotor konumu arasınaki elektriksel açıır. Vektör önüşümleri sonucuna motorun elektriksel evresine ait geçici urum matematik moeli, stator faz gerilimleri cinsinen enklem (4) ile ifae eilir. co E cq E c E o I q I I t o L q L L o I q I I s L s R s R o V q V V (4) c E t I L I s R V (5)

7 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) V q I q R I L E s q q t cq (6) E c ω L I (7) r q q E cq ω L I ω ψ (8) r r m Yukarıaki enklemlere V, Vq rotor konumuna sabitlenmiş senkron hıza önen q eksen gerilimleri, Rs stator sargı irenci, I ve Iq stator akımları, Ec ve Ecq zıt emk, Wr ise ra/s olarak rotor açısal hızıır. Motorun ürettiği elektromanyetik moment; T e P 3 [ψ I (L L )I I ] (9) m q q q Motora üretilen moment motorun mekanik evresine harcanmaktaır. Motorun mekanik evresine ait geçici urum matematik moeli; ω J m t T T Bω (1) e L m Buraa J motorun eylemsizlik momenti, B sürtünme katsayısı, Wm rotor mekanik hızı ve TL yük momentiir. Denklem (5)-(1) kullanılarak motorun q eksen sistemine ele eilen simulink moeli Şekil 3 te verilmiştir. 1 V 1 L.s+Rs -Lq L-Lq 3*(P/) P/ J.s+B 1 I 4 Iq Te 3 Wr Yük Vq 1 L.s+Rs L fm 47

8 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) Şekil 3. Sabit mıknatıslı senkron motorun q moeli. Benzetime kullanılan motora ait parametreler Tablo 1 e verilmiştir. Tablo 1. Sabit mıknatıslı senkron motor parametreleri. Volt, 5 Hertz fm=.188 Weber Rs=.41 Ω J=. kg.m L= 6.8 mh B= Nm.s Lq= 6.8 mh P=4 (15 rpm) 4. Sabit Mıknatıslı Senkron Motorun Vektör Kontrolü Alan yönlenirme kontrolü olarak a bilinen vektör kontrol, bir vektör ile temsil eilen stator akım ve gerilimlerini hem genlik hem e faz bakımınan kontrol etmeyi heeflemekteir. Bunu gerçekleştirmek için, kontrol yöntemi zamana ve hıza bağımlı 3- fazlı bir sistemi zamanan bağımsız iki koorinat (q-koorinatları) sistemine önüştüren önüşümlere ihtiyaç uyulur. Bu önüşümler kullanılığı takire a.c motor yapısı bir.c motor yapısına benzer oluğu ve bu neenle a.c motorun.c motora benzer bir şekile kontrol eilebileceği görülür. Vektör kontrollü motor, giriş referansı olarak q koorinatı ile çakışık moment bileşenine ve koorinatı ile çakışık akı bileşenine ihtiyaç uymaktaır. Bu kontrol yöntemi bahseilen önüşümlere gerek uyuğunan kontrol yapısına elektriksel eğişkenlerin ani eğerleri her an için mevcuttur. Bu bakıman vektör kontrollü motorun performansı artmaktaır. Çünkü stator akımının moment ve akı bileşenlerinin referans (heef) eğerlerine ulaşmak ve hatta irekt moment kontrolünü yapmak kolaylaşır. q referans çatıa moment aşağıaki ifaeye göre eğişir. T (3 ψ P/)I (11) e m q Bu bağıntıya göre m rotor akısı sabit tutulursa veya sabit oluğu kabul eilirse moment ile moment bileşeni I q arasına oğrusal bir ilişki ele eilir. Bu neenle moment, stator akım vektörünün moment bileşeni kontrol eilerek kontrol eilebilmekteir. Bu açıan SMSM un vektör kontrol yöntemine göre kontrol eilmesiyle ilgili olarak Şekil 4 teki kontrol şeması verilmiştir. 48

9 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) ω r * ω r + - PI Hız Kont.. I * = + - I q * + - PI Akım Kont. PI Akım Kont. V q * V * -q α-β V α * V β * α-β V A * ABC V* B V* C Kont. Güç Kayn. SMSM θ -q I α α-β I b α-β I β ABC I c Hız Hesabı Şekil 4. Sabit mıknatıslı senkron motorun vektör kontrol şeması. Verilen kontrol şemasına göre motor kontrolünün yapılabilmesi için motorun iki faz akımının ve hız/konumun ölçülmesi gerekir. Buraa motorun üçüncü faz akımının a bilinmesi gerekir ancak üçüncü faz akımı, motor yılız bağlı ve nötr noktası izoleli kabul eiliğine I a +I b +I c = ifaesine göre hesaplanabilir. Motorun konum ve 3-faz akım bilgileri kullanılarak önce Clark ve aha sonra Park önüşümleriyle I ve I q akımları hesaplanabilir. Motorun konumu ölçülüyorsa hızı, hızı ölçülüyorsa konumu hesaplanabilir. Hesaplanan hız ( r ), referans hız * r ile karşılaştırılıktan sonra araaki fark bilgisi, PI * hız kontrolörü aracılığıyla motora momenti oluşturacak olan referans akım bileşeni I q ya önüştürülmekteir. SMSM a rotor üzerine sabit bir mıknatıs bulunuğunan ve rotor alanı m sabit oluğunan motorun normal hız çalışma aralığına kontrol eilmesi urumuna motoraki akıyı oluşturacak olan akım bileşeninin referans eğeri I * = alınması gerekir. Aksi hale alan zayıflatması gerekiyorsa I * akımı sıfıran farklı ve negatif eğere olmalıır. Moment ve akı bileşenlerinin referans eğerleri olan I * * q ve I belirlenikten sonra ölçülen gerçek motor akımları I q ve I karşılaştırılır. Araaki fark PI akım kontrolörleri aracılığıyla referans V * q ve V * gerilim eğerlerine önüştürülür. Bu gerilimler ters Clark ve ters Park önüşümleri aracılığıyla referans V * A, V * * B, V C gerilim eğerlerine önüştürülür. Bu gerilimlerin bünyesine hem genlik hem e frekans bakımınan motora uygulanması gereken gerilimlerin bilgisi mevcuttur. Bu 49

10 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) neenle çeşitli moülasyon teknikleriyle kontrollü güç kaynağına bulunan yarı iletken anahtar elemanların sürülmesi için ilgili PWM sinyalleri üretilebilmekteir. 5. Benzetim Sonuçları ve Tartışma Matris konverteren beslenen sabit mıknatıslı senkron motorun vektör kontrolünün sayısal benzetimini yapabilmek Şekil 4 te verilen vektör kontrol şeması kullanılarak Şekil 5 e verilen Matlab/simulink moeli oluşturulmuştur. Bu moel kullanılarak, 5 khz lik anahtarlama frekansına eğişik yük ve hız şartları için yapılan benzetim sonuçları aşağıa verilmiştir. Hiz Denetleyici wr* wr Iq* Akim Denetleyici I* Iq* wr Iabc VA* VB* VC* 3-Faz KAYNAK VA* VB* VC* VA VB VC VABC* Matris Konverter VA VB VC VABC* Va Vb Vc PMSM Iq Va Te Vb teta Iabc Vc wr Şekil 5. SMSM vektör kontrol sisteminin Simulink moeli. Şekil 6 a wr * =5, 14, 1 / olarak verilen referans hızlar için motor momenti, hız ve rotor konum grafikleri verilmiştir. Bu süreçte yük momenti TL= alınmıştır. t= anına referans hız 5 / ır. Bu hıza bağlı olarak motor hızı a ani olarak yükselmekteir. ile.5 saniye arasına referans hız sabit tutulmuştur. Bu süre boyunca motor hızı, referans hızı üzgün olarak izlemekteir..5 sn sonra referans hız 14 / ya çıkartılmış ve.7 saniye boyunca sabit tutulmuştur. 5

11 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) T e (N.m) n r (/) Konum (rayan) t (s) Şekil 6. T L = Nm ve wr*=5,14,1 / referans hızlar için motor momenti, evir sayısı ve rotor konum eğişimleri. Bu süre içerisine e motor hızının referans hızı 5 ms gecikme ile yakalaığı ve üzgün olarak izleiği görülmekteir. 1. saniyeen sonra referans hız 1 / olarak verilmiş ve yine motorun bu hızı 15 ms gecikme ile yakalaığı ve üzgün olarak izleiği görülmekteir. Te moment grafiğine ikkat eilecek olursa motorun saece verilen referans hızları yakalama süreleri içerisine yüksek moment ürettiği bunun ışına sürekli urumlara sıfıra yakın üşük bir moment ürettiği görülmekteir. Konum grafiğinen, rotorun elektriksel konumunun her π rayan (36 ) a bir sıfır noktasınan geçtiği görülmekteir. Motorun başlangıçta π rayana ulaşma süresi kalkınmaan olayı fazlaır. Bu urum verilen referans hızları yakalama süreleri içerisine e görülmekteir. Sürekli urumlara ise π rayanlık süre aha kısaır. Şekil 7 e aynı referans hız eğerleri ve sıfır yük momenti için, moment akım bileşeni Iq ve akı bileşeni I ile stator akımlarına ait grafikler verilmiştir. Verilen referans hız eğerlerine ulaşma süreleri içerisine, moment akım bileşeni Iq akımının ve stator akımlarının yüksek oluğu görülmekteir. Sürekli uruma ise Iq akımının ve stator akımlarının azalığı ve sıfıra yakın bir eğer alığı görülmekteir. 1. nci saniyeen 51

12 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) sonra referans hız 14 / an 1 / ya üşürülüğü zaman gerçek rotor hızının 14 / an 1 / ya üşmesi için motor negatif moment üretmiştir. Bu urum Te moment grafiğinen açıkça görülmekteir. Aynı zamana moment bileşeni Iq a negatif olmaktaır. Akı bileşeni I nin, hızaki eğişimleren fazla etkilenmeiği ve sıfıra yakın bir eğere oluğu görülmekteir. I ; I q (A) I a ; I b ; I c (A) 1-1 I I q t (s) Şekil 7. T L = Nm ve wr*=5,14,1 / referans hızlar için q ve stator akımları. Şekil 8 e wr * =5, 14, 1 / olarak verilen referans hız eğerleri ve TL=5 Nm yük momenti için motorun, moment akım bileşeni Iq, akı bileşeni I ile stator akımlarına ait grafikler verilmiştir. Hızlanma ve yavaşlama süreleri içerisine Iq akımı ile stator akımları yüksektir. Sürekli uruma ise Iq akımı yük momentini karşılayacak eğere ve I akımı ise sıfıra yakın eğereir. Referans hız 14 / an 1 / ya üşürülürken motorun negatif moment üretebilmesi için moment bileşeni olan Iq akımı a negatif eğer almaktaır. Bu urum grafikte açıkça görülmekteir. 5

13 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) I ; I q (A) I a ; I b ; I c (A) I I q Şekil 8. T L =5 Nm ve wr*=5,14,1 / referans hızlar için q ve stator akımları. t (s) Şekil 9 ve Şekil 1 a, başlangıçta 1 / ve.75 saniye sonra -1 / olarak verilen referans hız eğerleri için motor momenti, rotor hızı, rotor konum eğişimi ile q ve stator akımlarına ait grafikler verilmiştir. Bu süreçte yük momenti TL= Nm alınmıştır. T e (N.m) n r (/) Konum (rayan) Şekil 9. T L = Nm ve wr*=1,-1 / referans hızlar için motor momenti, evir sayısı ve rotor konum eğişimleri. t (s) 53

14 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) Hızlanma süresi içerisine motorun ürettiği moment yüksek eğereir yani motor maksimum momentle kalkınmaktaır. Dolayısı ile momenti oluşturan Iq akımı a yüksek eğereir. Motor 1 / ya ulaştıktan sonra üretilen moment ve Iq akımı üşmekte ve buna bağlı olarak motorun çektiği faz akımları a azalmaktaır..75 saniye sonra referans hız -1 / olarak verilikten itibaren Iq akımı ve üretilen moment negatif eğer almaktaır. Motorun ters yöneki bu hıza ulaşması için geçen süre yaklaşık.5 saniyeir. Bu süre içerisine motorun çektiği akımların a yüksek oluğu görülmekteir. I ; I q (A) I a ; I b ; I c (A) 1-1 I I q t (s) Şekil 1. T L = Nm ve wr*=1,-1 / referans hızlar için q ve stator akımları. Şekil 11 e 1 / referans hız için motor miline.5 saniye ile.7 saniye zaman aralığına 5 Nm lik yükün uygulanmasıyla ele eilen hız, moment ve -q ile stator akımlarına ait grafikler verilmiştir. Hızlanma süresince moment, momenti oluşturan Iq akımı ve stator akımları yüksek eğereir. Motor 1 / hıza ulaştıktan sonra moment, Iq akımı ve stator faz akımları motorun boşta çalışmasını karşılayacak bir eğere üşmekteir. 5 Nm lik yükün motor miline uygulanığı zaman aralığına momentin, Iq akımının ve stator akımlarının artışı grafikten görülmekteir. Yükün motor miline uygulanması ve kalırılması esnasına, yükün büyüklüğü ile orantılı olarak motor hızına anlık bir üşüş ve artış meyana gelmekteir. Motor hızının verilen referans hız eğerine tekrar ulaşması hız enetleyici tarafınan çok hızlı 54

15 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) bir şekile sağlanmıştır. Bu uruma ilişkin grafik Şekil 1 e zaman aralığı büyütülerek verilmiştir n r (/) I ; I q (A) ; T e (Nm) I Iq Te Iq Te 5 I a ; I b ; I c (A) t (s) Şekil 11. T L =5 Nm ve wr*=1 / referans hız için evir sayısı, motor momenti, q ve stator akımları. 1 n r (/) t (s) Şekil 1. T L =5 N.m ve wr*=1 / referans hıza yüke bağlı evir sayısı eğişimi. 55

16 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) 6. Sonuçlar Yapılan benzetim çalışmasına matris konverteren beslenen sinüzoial akı ağılımlı sabit mıknatıslı senkron motorun vektör kontrolünün sayısal benzetimi gerçekleştirilmiştir. Matris konverterin anahtarlama sürelerinin ele eilmesine q<=.5 gerilim önüştürme oranına sahip Venturini moülasyon algoritması kullanılmıştır. Çalışmaa farklı yük ve referans hızlar için hız enetimi gerçekleştirilmiştir. Yüklü veya yüksüz çalışma urumlarına verilen referans hızlara motorun çok kısa sürelere ulaştığı, evir yönü eğişimlerine motorun negatif moment üreterek frenleme mouna geçtiği ve olayısı ile ört bölgee çalışabiliği, sabit moment altına kalkınığı ve üretilen momentteki algalanmaların çok küçük eğerlere oluğu grafiklerle gösterilmiştir. Ayrıca matris konverterin, eviricilerle karşılaştırılığına konansatör gibi ara enerji epolama elemanlarının olmayışı, çift yönlü güç akışı yapabilmesi, sinüzoial giriş ve çıkış akımlarına sahip olması, ört bölgeli çalışma ve kontrol eilebilir yer eğiştirme faktörü gibi üstünlükleri e göz önüne alınığına bütün bunlar vektör kontrolü uygulanan sinüzoial akı ağılımlı sabit mıknatıslı senkron motorun akısının ve momentinin ayrı ayrı enetlenebilir oluğunu olayısı ile çok iyi bir inamik performansa sahip oluğunu ve matris konverterin bu motorlar için bir sürücü evre olarak kullanılabileceğini göstermekteir. KAYNAKLAR 1. Vasuevan, M., Arumugan, R., Paramasivam, S., Development of Torque an Flux Ripple Minimization Algorithm for Direct Torque Control of Inuction Motor Drive, Electrical Engineering, 5, pp Blaschke, F., A new metho fort he structural ecoupling of AC inuction machines, in conf. Rec. IFAC, Dusselorf, Germany, Oct. 1971, pp Bouchiker, S., Capolino, G, A., Poloujaoff, M., Vector Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor Using AC-AC Matrix Converter, IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 13, No. 6, pp , November, Khan, M. A. S. K., Rahman, M. A., Implementation of a New Wavelet Controller for Interior Permanent Magnet Motor Drive, IEEE, pp , Günoğu, A., Matris Konverteren Beslenen Sabit Mıknatıslı Senkron Motorun Vektör Kontrolünün Sayısal Benzetimi, Yüksek Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, 84s., (5). 56

17 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16) 6. Gyugyi, L., Pelly, B. R., 1976, Static Power Frequency Changers: Theory, Performance an Applications, New York: John Willey 7. Venturini, M., A New Sine Wave in a Sine Wave Out Conversion Technique Which Eliminates Reactive Elements, In:Proceeings of Powercon 7, San Diego, Calif., pp:e3-1;e3-15, Venturini, M., Alesina, A., The Generalize Transformer: A New Biirectional Sinusoial Waveform Frequency Converter with Continuously Ajustable Input Power Factor, In Proc. IEEE PESC 8, pp:4-5, S.M. Barakati, J.D. Aplevich, M. Kazerani., Controller esign for a win turbine system incluing a matrix converter, IEEE Power Engineering Society General Meeting, pp. 1-8, M.E.I. Mokaem, V. Courtecuisse, C. Sauemont, B. Robyns, J. Deuse., Experimental stuy of variable spee win generator contribution to primary frequency control, Renewable Energy, Vol. 34, pp , Frieli T, Kolar JW, Roriguez J, Wheeler PW., Comparative evaluation of three-phase AC-AC matrix converter an voltage DC-link back-to-back converter systems, IEEE T In Electron 1, , Wheeler, P. W., ve iğ., Matris Converters: A Technology Review, IEEE, Transactions on Inustrial Electronics, Vol.49, No., 76-88,. 13. Zari, L., Control of Matrix Converter, PhDThesis, Department of Electrical Engineering, University of Bologna, Liu, T. H., Chen, D. F., Hung, C. K., nonlinear Controller esign an Implementation for a Matrix Converter Base PMSM Drive System, IEEE. Proc. Electr. Power Appl., Vol. 15, No. 5, September S.M. Barakati, M. Kazerani, J.D. Aplevich., Maximum power tracking control for a win turbine system incluing a matrix converter, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 4, pp , H. Poliner, F.F.A. Vaner Pijl, G.J. DeViler, P. Tavner., Comparison of irect-rive an geare generator concepts for win turbines, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 1, pp , L. Helle, K.B. Larsen, A.H. Jorgensen, S. Munk-Nielsen, F. Blaabjerg., Evaluation of moulation schemes for three-phase to three-phase matrix converters, IEEE Transactions on Inustrial Electronics, Vol. 51, pp , Kolar JW, Frieli T, Roriguez J, Wheeler PW., Review of three-phase PWM AC-AC converter topologies. IEEET In Electron, 11, , Casaei D, Serra G, Tani A,. Zarri L., A review on matrix converters. Electr Rev,, 15-5, 6. 57

18 Yaşam Bilimleri Dergisi; Cilt 6 Sayı / (16) Journal of Life Sciences; Volume 6 Number / (16). Szcze_Sniak, P., Urbanski, K., Feyczak, Z., Zawirski, K., Comparative stuy of rive systems using vector-controlle PMSM fe by a matrix converter an a conventional frequency converter, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Vol.4, , Bharanikumar, R., Kumar, A.N., Performance analysis of win turbine-riven permanent magnet generator with matrix converter, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Vol., No.3, , 1.. Nnai, D., Omeje, C., Steay state analysis of a three phase inirect matrix converter fe 1 HP, V, 5 Hz inuction machine for efficient energy generation, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Vol.4, , Yang, M., Niu, L., Xu, D., Antiwinup esign for the spee loop PI controller of a PMSM servo system, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Vol.1, , Günoğu, A., RL Yükünü Besleyen Matris Konverterin Matlab/Simulink İle Benzetimi, Gazi Üniversitesi Mühenislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Cilt.4, No., 199-7, Matsuo, T., Bernet, S., Colby, R. S., Lipo, T. A., Application of the Matrix Converter to Inuction Motor Drives, in Proc. IEEE-IAS 96, Oct. 1996, San Diego, CA, pp Math Works, MATLAB R for Microsoft Winows, Mass,