Kalıcı Mıknatıslı Senkron Motorun Hız Kontrol Sisteminde UVDGM ile Yapılan V/f ve Vektör Kontrol Yöntemlerinin İncelenmesi

Transkript

1 . Uluslaaası İli Tknolojil Spozyuu (IATS 9), 1-1 Mayıs 29, Kaabük, Tükiy Kalıcı Mıknatıslı Snkon Motoun Hız Kontol Sistin UVDGM il Yapılan V/f v Vktö Kontol Yöntlinin İnclnsi Invstigation of V/f an Vcto Contol Mthos in a Sp Contol Syst of Pannt Magnt Synchonous Moto with SVPWM Divn İnvt M.Ein ASKER a*, Mht ÖZDEMİR b v Mht İlyas BAYINDIR c a* Dicl Üni. Diyabakı MYO, Diyabakı, Tükiy, ask@icl.u.t b Fıat Üni. Elk-Elktonik Müh., Elazığ, Tükiy,ozi@fiat.u.t c Fıat Üni. Tknik Bilil MYO, Elazığ, Tükiy,bayini@fiat.u.t Özt Vilinin v güç yoğunluğunun yüksk olası, oto tasaıının snk olası v aii ıknatıslaın fiyatlaının azalası il öü boyu aliytinin asnkon otoan üşük hal glsi gibi avantajlaınan olayı Kalıcı Mıknatıslı Snkon Motola (KMSM) gittikç fazla ilgi gökti. Uzay Vktö Dab Gnişlik Moülasyonu (UVDGM) yönti, DC-link giliini aha tkin kullanaya izin vsi, üşük THD v üşük anahtalaa kayıplaına sahip olası gibi avantajlaınan olayı popül bi yönti. Bu çalışaa, UVDGM li viici il süüln KMSM nin V/f v Vktö Kontol yöntlin ayalı hız kontol sistlinin Siulinkt bnztii yapılıştı. Hız kontolöü olaak PI tüü bi kontolö kullanılıştı. El iln bnzti sonuçlaına gö bu iki hız kontol sistinin pfoans analizi yapılıştı. Anahta sözcükl: KMSM, UVDGM, V/f kontol, Vktö kontol, Hız kontol Abstact Pannt agnt synchonous otos (PMSM) a incasingly attactiv in any applications u to thi high fficincy, high pow nsity, casing pics of pannt agnt an low lif-cycl cost. Spac vcto puls with oulation (SVPWM) tho is a popula tho u to so avantags such as using DC-link voltag o fficintly, low total haonic istotion (THD) an lss switching losss. In this stuy, siulations of sp contol systs bas on V/f an vcto contol thos of a PMSM which suppli by an viici ivn SVPWM a a in Matlab Siulink. Th sp contoll is a PI contoll. Pfoanc of ths systs a analys as gaing siulation sults. Kywos: PMSM, Spac vcto PWM, V/f conto, Sp contol 1.Giiş KMSM hızı; fkans v kutup sayısı il oantılı olan sabit hızlı bi otou. Statouna üç fazlı sagı v otoa ont iliş sabit ıknatıslaan yana gln bi yapıya sahipti.[1] Rotoaki ıknatıslaın ontaj şklin gö iki sınıfta inlni. Sabit ıknatısla oto yüzyin ont iliş is Yüzysl KMSM, otoa göülü olaak ylştiiliş is ahili ıknatıslı KMSM l iliş olu. Ayıca stato sagısına inüklnn gili alga şklin gö Tapzoial tip (Fıçasız Dc Moto) v Sinüsoial tip (KMSM) olaak ayı ayı isilniilil.[2] Moto yapısınaki sabit ıknatısla KMSM yi snkon otoan ayıan özlliğii. Rotoa sagı yin ıknatıs kullanılası, kayıplaın üşsi, oto hacinin küçülsi v oto yapılış şklinin snkliği gibi avantajla sağlaıştı. [] Sabit hızlı olan KMSM viici vya ayalı gili v fkans kaynağı il hız ayaı yapılabili. Eviici giişinki DC gilii, çıkışına istnn gnlik v fkansta AC gili önüştün vli.[4] Eviicil kullanılan çşitli oülasyon yöntli vaı. UVDGM yönti ijital olaak uygulanabiln, anahtalaa kayıplaı üşük, çıkış giliinki haonikli aha az olan popül bi yönti.[-7] AC otolaa kullanılan tl üç kontol yönti vaı. Bunla skal kontol (V/f), vktö kontol (FOC) v Doğuan ont kontolüü(dtc).[-8] Bu çalışaa yüzysl KMSM için skal kontol il vktö kontol yönti inclnişti. 2. KMSM nin Mataatiksl Moli KMSM un - oli[9]; V i t i V = Ri + L + w Li + wψ t (2) ψ = Li + ψ () ψ = Li (4) T = 1. P ψ I + L L I L () = Ri + L w Li (1) ( ( ) ) IATS 9, Kaabük Ünivsitsi, Kaabük, Tükiy

2 Ask, M.E.,Özi, M., Bayını, M.İ.. w t θ t w T T y J Bw = (6) = w = w P (8) * Yüzysl KMSM - olin L v L bi biin şitti. Buaa,; snkon olaak önn ksn takıı L,L nüktans, R stato sagı inci, i,i akı, V,V gili ψ, ψ akı, ψ sabit ıknatıs akısı, T lktiksl ont, T y yük onti, B anytik akı yoğunluğu, w oto hızı, lktiksl hız, w θ oto açısını göstkti. (7) π 2 j( k 1) = V k V. (k=1, 6) (1) şklin ifa ilbili. Aktif uu vktöli aasına 6 lik açıla bulunu v üznli bi altıgn oluşaktaıla. Bu 6 lik aalıklaın h biin sktö ni. Uzay vktöü oülasyonunun n önli kısı aktif v sıfı-uu sülinin h bi anahtalaa piyouna hsaplanası statjisii. T s piyou boyunca T k süsi V k vktöünün uygulaa süsinin yaısını, T süsi sıfı-uu vktöünün uygulaa süsinin yaısını göstkti. [1] Ts T Tk + Tk 1 = (11) T T k = 2 kπ Vf sin wt Ts Vc ( k 1) sin wt k + 1 π (12) Şkil1 KMSM siulink oli Ts T = ( Tk + Tk +1) (1) 2. Uzay Vktö Dab Gnişlik Moülasyonu (UVDGM) Bu oülasyon yönti uağan fans çatıaki viici giliinin, uzay vktöü olaak ifa ilsin ayanaktaı V = Vα + jvβ = ( VA a+ VB a+ VC a) (9) buaa 2π j a = ı. Duağan fans çatıa ifa iln uzay vktöünün gnliği, giliin gnliğin şit olup w açısal hızı il önkti. Üç fazlı bi viicinin (2 ) skiz olası uuu vaı. Bunlaan ikisi sıfı-vktö, altısı is aktif-uu vktöü olup bi altıgn oluştuaktaı. Uzay vktö oülasyonu h bi anahtalaa öngüsün knisin n yakın olan iki aktif-uu vktölini v sıfı-uu vktölini anahtalayaak önn fans vktö yaklaşıı yapaktaı. [1] En iyi haonik pfoansı v h bi anahta için iniu anahtalaa l bilk için, anahtalaa sıalaası öyl ayalanı ki bi uuan bi sonaki uua gçişt viicinin sac bi koluna anahtalaa gçklştiili. [1] Sıfı-vktöli V v V 7, aktif uu vktöli is Şkil 2 Rfans vktöün sktö1 bulunuğu uuaki anahtalaa sinyalli Şkil Rfans vktöün sktö1 bulunuğu uuaki anahtalaa sinyalli v Rfans vktöün sktö1 ki bilşnli

3 Ask, M.E.,Özi, M., Bayını, M.İ.. Rfans vktöün sktö1 içisin bulunası uuuna ( wt π / ) fans vktö bilşnli şkil t göstiliği gibi olu. T 1 v T 2 süli şkil t göstiliği gibi fans vktöün sktö1 ki V 1 v V 2 aktif uu bilşnlinin uygulaa sülii. [1] oülasyon inksi olak üz [1] π V 2 V f = (14) c Buna gö T k v T k+1 T T k = kπ sin wt T s π ( k 1) sin wt k + 1 π olaak l ili. 4. Skal Kontol (V/f) (1) V/f kontolü üşük aliyti, yapısının basit v uygulanasının kolay olasınan olayı n çok tcih ln hız kontol yöntlinni.[11]bu yönt tl pnsip stato gilii gnliği il fkansının blli bi oana ğiştiilsii. V/f oanının sabit olası, stato incinin ihal iliği üşünülüs hava aalığı akısının şitlik 17 göülüğü gibi sabit olası anlaına gli. Noinal yükt oto kalkış anına stato sagı inci üzinki gili üşüü fazla olu v ği sabit V/f il sağlanaaz. Bu ğin başlangıçta kalkış ontini a kaşılayacak bi ğ olası gki. Bu aaçla ilk ana boost gilii olaak bilinn sabit küçük bi gili il başlanı. Ayıca gili noinal ğ kaa atıılabili. Noinal hızın üzinki ğl gili noinal ğin sabit tutulaak sac fkans atıılı. Gili v fkans ğişii ğisi şkil 4 tki gibi olu.[4] E = kfφ (16) E = f ha V f φ ha (17) Eşitlik φ ha hava aalığı akısı, E inüklnn gili, V gili gnliği v f fkansı göstkti. Stato inci üzinki gili üşüü ihal iliğin E v V gili yaklaşık şit kabul ilbili. Şkil 4 V/f ğişi ğisi Yüksk pfoanslı hakt kontol uygulaalaına hız, ont v konu kontolü için çok iyi inaik pfoans vktö kontol vya DTC il l ilbili. Ancak popa, fan v ısıta sistli gibi uygulaalaa yüksk pfoans istnz. Bu yüzn bu tü uygulaalaa sa olan V/f yönti tcih ili. V/f kontolü h açık çvi h kapalı çvi olaak uygulanabili. Kopsö, klia v vantilatö gibi uygulaalaa hız cvabı oğuluğunun önli olaığı uygulaalaa açık çvi kullanılı. KMSM l V/f kontol yönti özllikl çok yüksk hızlı uygulaala il fan, popa v ikognatö gibi uygulaalaa kullanılabili.[ 11-1] V/f açık çvi kontol şası şkil tvilişti. Şkil V/f contol şası V/f kontol için siülasyona fans hız,1 s kaa 1 a/s, sonaa hız 14 a/s y çıkaılış v. s oto yük onti an 1. NT çıkaılıştı. Bu uua l iln sonuçla şkil 7 vilişti.. Vktö Kontol Sbst uyatılı DC otoa, akı v ont, nüvi akıı v uyatı akıı il kontol ili. Akı, uyatı akıı ğiştiilk, ont is uyatı akıı sabit tutulaak nüvi akıı ğiştiilsi il kontol ilbili. Bu özllik DC oto için önli bi avantajı.[4] Vktö kontol aaç AC otou DC otoa bnztk kontolünü sağlaaktı. AC oto stato akıı, bibiin ik iki bilşn ayılaak, DC oto uyatı v nüvi akıına bnz iki akı l ilbili. Böylc bu stato akı bilşnli saysin akı v ont kontolü sağlanabili. Toik olaak AC oto, snkon hızla önn - ksn takıınaki oli il bu gçklştiilbili.[4] Böylc olki I v I akılaı sıasıyla DC nüvi akıı v

4 Ask, M.E.,Özi, M., Bayını, M.İ.. uyatı akıına bnztilişti. KMSM için oli şitlik 1-8 vilişti. Şkil 6 Alan saslı vktö kontol sisti bnzti Yüzysl KMSM a (L =L ) iki ksn nüktanslaı şitti. Buna gö şitlik tki ont ifasi şitlik 18 ki gibi olu. Yani DC akinki gibi tk akı il kontol ilbili. T = 1. P ( ψ I ) (18) Böylc I akıı kontol ilk ont kontolü sağlanı. Akı zatn sabit ıknatıstan olayı sabitti. Vktö kontol yönti iko-lktonik v güç lktoniğinki glişll gçklştiilişti. Özllikl sayısal işat işlci (DSP) tabanlı uygulaala ön çıkıştı. [2] Vktö kontol için şkil 6 ki bnzti yapılıştı. Mont sac I akıına bağlı oluğu için I akıı fansı sıfı alınıştı. Kontolö olaak PI kontolö kullanılıştı. PI sabitli n yanıla yolu il sçilişli. Bu sabil il oto paatli k 1 sunuluştu. Akı v gili önüşüli için Pak v Clak önüşülinn fayalanılıştı. W T U A n t ta zaan(t) sn Şkil 7 V/f için hız, ont, V An gilii v oto açısının zaana gö ğişii

5 Ask, M.E.,Özi, M., Bayını, M.İ W Bnzti Rfans hız bilgisi il oto hızı aasınaki hata PI kontolöün uygulanaak I fansı l iliş, I f v gçk I aasınaki hata a yin bi PI kontolöün uygulanaak V gilii l ilişti. Bnztiki PI1 v PI2 kontolölinin sabitli aynı sçilişti Bu bnzti otoa fans hız olaak,1 s kaa 1 a/s n sona a hız 14 a/s y çıkaılış v. s oto yük onti an 1. NT çıkaılıştı. Bu uua l iln siülasyon sonuçlaı şkil 8 vilişti. 1T V A N t t a I I Şkil 8 vktö kontol için ont, V An gilii oto açısı, I akıı v I akıının zaana gö ğişii Sonuç Bu çalışaa UVDGM lu viici il bslnn bi KMSM un V/f kontolü il alan saslı vktö kontolü inclnişti. Şkil 7 viln hız v ont gafikli inclniğin biaz algalanalaın oluğu ancak açık çvi kontol için kabul ilbili ğl oluğu söylnbili. Ayıca aynı şkil V AB gilii v oto açısı ğişili göstilkti. Bu şkill inclniğin fkansın ğişii tkisi gözllnkti. Alan saslı vktö kontol yönti için yapılan siülasyon için şkil 8 oto hızı, ont, V An gilii, oto açısı, I akıı v I akıı vilişti. V/f kontol için viln Şkil 7 ki hız il ont ğili v şkil 8 ki vktö kontol hız il ont ğili kaşılaştıılığına; V/f kontol olukça algalana oluğu ancak vktö kontol is çok aha iyi sonuç l iliği göülkti. Ayıca aynı şklil göülüğü gibi vktö kontol, v/f kontoln aha hızlı bi tpki viliği v yük ğişiin kaşı aha iyi tpki viliği göülkti. I v I akı ğili inclniğin is vktö kontol yöntin, c akiny bnz şkil ontin sac I akıı ğiştiği göülkti. Sonuçlaa bakılığına V/f yönti özllikl çok iyi pfoansın istniği yl, yapısı basit v ucuz oluğunan kullanılabilcği söylnbili. Vktö kontol yönti kaaşık olakla bilikt çok aha iyi pfoansa sahipti. Buna gö yüksk pfoans gktin uygulaalaa kullanılabili. Ek 1 Paatl (Moto)R=2.87; L=8.-; L=8.-; P=4; J=.8-; U=22; T=; fi=.176; B=;f=; (PI) Ki=.; Kp=7.; (PI1 v PI2)Ki=.6; Kp=2; V/f v Vktö kontol (Eviici ) f=hz, (anahtalaa fkansı)fs=1hz, Uc=1V; KAYNAKLAR 1. Dibaş, Şvki,Sükli Mıknatıslı snkon otoun Konu algılayıcısız ntii, oktoa tzi, 21, Ankaa IATS 9, Kaabük Ünivsitsi, Kaabük, Tükiy

6 Ask, M.E.,Özi, M., Bayını, M.İ.. 2. Güüş, Bilal,Sükli Mıknatıslı snkon otoun bulanık antık gözllyicisi kullanaak vktö kontolü, oktoa tzi, 24, Elazığ. Özgnl, M.Cihat,Kalıcı Mıknatıslı snkon otoun vktö kontol tkniği il ntii, oktoa tzi, 2, Ankaa 4. Saıoğlu, K., Gökaşan,M., Boğosyan,S.,Asnkon Motola v Kontolu, Bisn yayınlaı, 2. Rashi,M.H.,Pow Elktonics Hanbook, Acaic pss, Xiao-ling W., Xiang-gn Y.,Th Unifi PWM İplntation Mto fo Th-Phas İnvt, Scon IEEE Confnc on İnustial Elctonics an Aplication, Zhou, K.,Wang, D., Rlationship btwn spacvktö oülation an th cai-bas PWM: A cophnsiv, IEEE Tans.İn.Elctonics,Fbuay 2 8. Kaptanoğlu, S, Sükli Mıknatıslı Snkon Motoun Doğuan Mont Kontolü, yüksk lisans tzi,24, İstanbul 9. P. Pıllay, R. Kıshnan, Moling of Pannt Magnt Moto Divs, IEEE Tansactıons on Inustıal Elctonıcs VOL., NO.4, Novb Analog Dvics, İlnting Spac Vcto Moulation With Th ADMC41, Januay Lici Zhao,Chan H.Ha,Q.Han,Thoas X. Wu, L.Zhng, K. B. Sunaa, J. Kapat an L. How, Dsign of an optial V/f contol fo a sup high sp pannt agnt synchonous oto, Th th annual confanc of th IEEE Inustial Elctonics Socity, Novb2-6,24,Busn,Koa 12. P. D. Chanana Pa, John K. Psn, A Snsolss, Stabl V/f Contol Mtho fo Pannt- Magnt Synchonous Moto Divs, IEEE Tansactıons on Inusty Applıcatıons, Vol. 9, no., ay/jun 2 1. Chunyuan Bian, Shuangyan Rn, Liangyu Ma, Stuy on ict tou contol of sup high-sp PMSM Pocings of th IEEE İntnational confnc on autoation an logistic, august18-21, 27, Jian,China IATS 9, Kaabük Ünivsitsi, Kaabük, Tükiy