YENİ BİR MRAS YÖNTEMİ İLE 3 FAZLI ASENKRON MOTORUN ALGILAYICISIZ VEKTÖR KONTROLÜ DOKTORA TEZİ. Ali Saffet ALTAY. Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı

Transkript

1 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YENİ BİR MRAS YÖNTEMİ İLE 3 FAZLI ASENKRON MOTORUN ALGILAYICISIZ VEKTÖR KONTROLÜ DOKTORA TEZİ Ali Saffet ALTAY Elektik Mühendisliği Anabilim Dalı Elektik Mühendisliği Pogamı MART 2014

2

3 İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YENİ BİR MRAS YÖNTEMİ İLE 3 FAZLI ASENKRON MOTORUN ALGILAYICISIZ VEKTÖR KONTROLÜ DOKTORA TEZİ Ali Saffet ALTAY ( ) Elektik Mühendisliği Anabilim Dalı Elektik Mühendisliği Pogamı Tez Danışmanı: Pof. D. Ahmet Faik MERGEN MART 2014

4

5 İTÜ, Fen Bilimlei Enstitüsü nün numaalı Doktoa Öğencisi Ali Saffet ALTAY, ilgili yönetmeliklein belilediği geekli tüm şatlaı yeine getidikten sona hazıladığı YENİ BİR MRAS YÖNTEMİ İLE 3 FAZLI ASENKRON MOTORUN ALGILAYICISIZ VEKTÖR KONTROLÜ başlıklı tezini aşağıda imzalaı olan jüi önünde başaı ile sunmuştu. Tez Danışmanı : Pof. D. Ahmet Faik MERGEN... İstanbul Teknik Ünivesitesi Eş Danışman : Pof.D. Mehmet Emin TACER... Bahçeşehi Ünivesitesi Jüi Üyelei : Doç. D. LaleERGENE... İstanbul Teknik Ünivesitesi Pof. D. MetinGÖKAŞAN... İstanbul Teknik Ünivesitesi Doç. D. TaıkDURU... Kocaeli Ünivesitesi Pof. D. İbahim ŞENOL... Yıldız Teknik Ünivesitesi Yd. Doç. D. Mustafa TURAN... Sakaya Ünivesitesi Teslim Taihi : 10 Ocak 2014 Savunma Taihi : 28 Mat 2014 iii

6 iv

7 v Babama, anneme ve sevgili eşime

8 vi

9 ÖNSÖZ Doktoa çalışmamda yadımını ve desteğini esigemeyen çok değeli hocalaım sayın Pof. D. A. Faik MERGEN e, sayın Pof. D. M. Emin TACER e ve he zaman yanımda olan sevgili eşim Yd. Doç. D. Filiz ALTAY a çok teşekkü edeim. Mat 2014 Ali Saffet ALTAY (Elektik Yüksek Mühendisi) vii

10 viii

11 İÇİNDEKİLER ix Sayfa ÖNSÖZ... vii İÇİNDEKİLER... ix KISALTMALAR... xi SEMBOL LİSTESİ... xvii ÇİZELGE LİSTESİ... xv ŞEKİL LİSTESİ... xvii ÖZET... xxi SUMMARY... xxiii 1. GİRİŞ Tezin Amacı Liteatü Aaştıması Elektik Süüş Sistemleinin İncelenmesi Elektikli Süüşte Kullanılacak Asenkon Makinenin Fiziksel Yapısı ve Standat İmal Edilmiş Asenkon Motoun Eğilei Üç Fazlı Asenkon Motoun Fiziksel Büyüklükleinin Gösteimi Hipotez UZAY FAZÖR TEORİSİ VE REFERANS TAKIMI TEORİSİ KULLANILARAK ASENKRON MOTORUN MATEMATİKSEL MODELLERİNİN ELDE EDİLMESİ Uzay Fazölei Teoisi Uzay Fazölei ile Asenkon Makinenin Üç Faz Modeli Stato Akım Uzay Fazöü Roto Akım Uzay Fazöü Stato Akısı Uzay Fazöü Roto Akısı Uzay Fazöü Uzay Fazölei Kullanaak Duum Uzay Modelinin Elde Edilmesi Dik Eksenli (Quadatue-Phase) Bilezikli Model Dik Eksenli (Quadatue-Phase) Kollektölü Model Genel Eksen Takımında Uzay Fazölei İle Modelleme Roto Mıknatıslama Akımı Kullanılaak Asenkon Motoun (sd, sq) Modeli Sebest Uyamalı Doğu Akım Motou İle Kuulan Benzelik UZAY VEKTÖR MODÜLASYONU Üç Faz Geilim Aa Develi Eviicinin Çalıştıılması Geilim Denklemleinin Anahtalama Lojiği İle Elde Edilmesi Anahtalama Duumlaına Göe Geilim Vektöleinin Elde Edilmesi Güç Devesinin Oluştuulması Geilim Uzay Fazöünün Oluştuulması Altıgen Yapının Oluştuulması Modülasyon İndeksi Bölgede Anahtalama Lojiği... 58

12 3.9 SVM Algoitmasının Geçekleştiilmesi V/f Pofilinin Geçekleştiilmesi Altıgen İçin Giiş Büyüklükleinin Hesaplanması SVM Algoitmasının Toplu Halde Gösteimi DSP ve Bilgisaya Aasındaki Bilgi Akışı Deneysel Sonuçla ASENKRON MAKİNENİN ROTOR ALAN YÖNLENDİRMELİ VEKTÖR KONTROLÜ Geilim Aadeveli Eviiciden Beslenen Asenkon Makinede Roto Akısı Yönlendiilmiş Vektö Denetimi Roto akısı yönlendiilmiş eksen takımında oto akısı eşitliklei Dekuplaj (Ayıştıma) develei Roto akı modeli Roto Hızını Algılayıcı Kullanmadan Elde Edilen Model Algılayıcısız Kontol İçin Roto hızı gözlemleyicisi SİSTEMDE YAPILAN BENZETİM SONUÇLARI SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER ÖZGEÇMİŞ x

13 KISALTMALAR AA DA DGM dq DSP EGM emk MMK FDAM IGBT ISHK M MRAS SDGM THD U/F UVM : Altenatif Akım : Doğu Akım : Dabe Genişlik Modülasyonu : Eksen Takımı : Sayısal işaet işleyici (Digital Signal Pocesso) : Elektomanyetik Giişim : elektomoto kuvveti (electomoto foce-emf) : Magnetomoto Kuvveti : Fıçasız Doğu Akım Makinesi : Insulated Gate Bipola Tansisto : Isıtma Soğutma ve Hava Koşullandıma : Modülasyon indeksi : Model efeans adaptif sistemi (Model efeence adaptive system) : Sinusoidal Dabe Genişlik Modülasyonu : Toplam Hamonik Distosiyon : Değişken hız/akı oanı (vaiable speed to flux atio) : Uzay Vektö Modülasyonu xi

14 xii

15 SEMBOL LİSTESİ i sa, i sb, i sc Stato Faz Akımlaı (A) i a, i b, i c Roto Faz Akımlaı (A) v sa, v sb, v sc Stato Faz Akımlaı (V) v a, v b, v c Roto Faz Akımlaı (V) ψ sa, ψ sb, ψ sc Stato Akılaı (Wb/m 2 ) ψ a, ψ b, ψ c Roto Akılaı (Wb/m 2 ) s Stato Geilim Uzay Fazöü Roto Geilim Uzay Fazöü Stato Akım Uzay Fazöü Roto Akım Uzay Fazöü Roto Mıknatıslama Akım Uzay Fazöü Stato Akı Uzay Fazöü Roto Akı Uzay Fazöü R s Stato Faz sagı Dienci (Ω) L s Stato Sagı Endüktansı (H) L Roto Sagı Endüktansı (H) M s Stato-Roto Aasındaki Otak Endüktans (H) p d/dt, Tüev Opeatöü P Çift Kutup Sayısı s Kayma t e Moto Momenti (Nm) t l Yük Momenti (Nm) J Moto Miline İndigenmiş Eylemsizlik Momenti (kgm 2 ) sd, sq Sabit Stato Eksen Takımı Eksen Takımı α, β W Hızında Dönen Roto Eksen Takımı x, y W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımı θ Stato sd ve Roto α eksenlei aasındaki açı θ g W Hızında Dönen Roto Eksen Takımının x ekseni ile Stato sd ekseni aasındaki açı w s Stato Senkon Açısal Hızı (ad/s) w Roto Açısal Hızı (ad/s) v sd Sabit Stato Eksen Takımında Stato Geilim Uzay Fazöünün sd Ekseni Bileşeni v sq Sabit Stato Eksen Takımında Stato Geilim Uzay Fazöünün sq Ekseni Bileşeni i sd Sabit Stato Eksen Takımında Stato Akım Uzay Fazöünün sd Ekseni Bileşeni i sq Sabit Stato Eksen Takımında Stato Akım Uzay Fazöünün sq Ekseni Bileşeni v α W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Roto Geilim Uzay Fazöünün α Ekseni Bileşeni xiii

16 v β i α i β v sd v sq i sd i sq v sx v sy i sx i sy ψ sx ψ sy ψ x ψ y W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Roto Geilim Uzay Fazöünün β Ekseni Bileşeni W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Roto Akım Uzay Fazöünün α Ekseni Bileşeni W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Roto Akım Uzay Fazöünün β Ekseni Bileşeni W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Stato Geilim Uzay Fazöünün sd Ekseni Bileşeni W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Stato Geilim Uzay Fazöünün sq Ekseni Bileşeni W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Stato Akım Uzay Fazöünün sd Ekseni Bileşeni W Hızında Dönen Roto Eksen Takımında Stato Akım Uzay Fazöünün sq Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Stato Geilim Uzay Fazöünün x Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Stato Geilim Uzay Fazöünün y Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Stato Akım Uzay Fazöünün x Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Stato Akım Uzay Fazöünün y Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Stato Akı Uzay Fazöünün x Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Stato Akı Uzay Fazöünün y Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Roto Akı Uzay Fazöünün x Ekseni Bileşeni W g Hızında Dönen Roto Alan Yönlendimeli Eksen Takımında Roto Akı Uzay Fazöünün y Ekseni Bileşeni xiv

17 ÇİZELGE LİSTESİ Sayfa Çizelge 3.1 : Sekiz faklı anahtalama duumuna kaşılık gelen duumla Çizelge 3.2 : Göz at tablosunda süelein hesaplanması Çizelge 3.3 : Doğu IGBT lein anahtalanmasını sağlayan tablo Çizelge 4.1 : Notasyonlaın kaşılıklaı (Texas Instuments, 2000) Çizelge 4.2 : MRAS modülün değişken ve fonksiyonlaı xv

18 xvi

19 ŞEKİL LİSTESİ xvii Sayfa Şekil 1.1 : Dünyadaki elektik tüketiminin dağılımı (Mohan (2000) den uyalanmıştı) Şekil 1.2 : Değişken hız denetiminde kontol blok şeması Şekil 1.3 : Üç fazlı asenkon makinanın stato ve otounun göünüşlei Şekil 1.4 : Asenkon motoun Matlab/Simulink modeli ve modelin çözümüyle elde edilen hız, moment, stato ve oto akım eğilei Şekil 1.5 : Üç fazlı asenkon makinanın senkon altı ve senkon üstü hızlada moment ve güç değişimlei Şekil 1.6 : Üç fazlı asenkon makinanın üç faz sagılaının yeleştiilmesi Şekil 1.7 : Üç fazlı asenkon makinanın he bi fazına ait elektomoto kuvvetle ve bileşke magnetomoto kuvvet Şekil 1.8 : Stato faz akımlaını temsil eden stato akım vektöünün gösteilişi Şekil 1.9 : Stato faz akımlaı ve üç faz stato akımlaının gösteilişi Şekil 2.1 : Simetik üç fazlı asenkon makinenin enine kesiti Şekil 2.2 : Üç faz stato akımlaın stato akım uzay fazöü ile gösteilişi Şekil 2.3 : Quadatue-phase bilezikli modelin şematik gösteimi Şekil 2.4 : Dik eksenli kollektölü modelin şematik gösteimi Şekil 2.5 : Genel eksen takımında tanımlı stato akımı uzay fazöü Şekil 2.6 : Genel eksen takımında tanımlı oto akımı uzay fazöü Şekil 2.7 : Roto iletkenleinin fiziksel gösteimi Şekil2.8 : Roto iletkenlei akım dağılımı ve iletkenlei kesen akı dağılımının endüklediği geilimle Şekil 2.9 : Sinüsoidal dağılımlı oto akı uzay vektöü Şekil 2.10 : Statoun üettiği hava aalığı akı yoğunluğu Şekil 2.11 : Değişken hızlı süücü ile elde edilen kaakteistikle Şekil 2.12 : Elektiksel fenlemede oto akımı Şekil 3.1 : Üç faz geilim aa develi eviici Şekil 3.2 : Asenkon motoun güç devesi Şekil 3.3 : IGBT anahtalaının anahtalama lojiği Şekil 3.4 : Sekiz faklı duuma kaşılık gelen anahtalama duumlaı Şekil 3.5 : DSP güç devesi Şekil 3.6 : DSP katının göünüşü Şekil 3.7 : Asenkon motoun eviici ve DSP bağlantısı Şekil 3.8 : (100) duumuna kaşılık gelen uzay vektöleinin aldığı duum Şekil 3.9 : Altıgenin oluştuulması Şekil 3.10 : Biinci bölge Şekil 3.11 : 1. Bölge içinde geilim uzay fazöünün aldığı duum Şekil 3.12 : 1. Bölgede anahtalama lojiği Şekil 3.13 : Asenkon motoun U/f denetimi Şekil 3.14 : Hız efeansın elde edildiği aabiim Şekil 3.15 : V/f pofili... 62

20 Şekil 3.16 : Altıgen geilim vektölei Şekil 3.17 : Altıgende bölge tayini Şekil 3.18 : Uzay vektö modülasyonunu geçekleştien algoitma Şekil 3.19 : SVM algoitmasının delenmesi Şekil 3.20 : V/f pofili Şekil 3.21 : Stato geilim uzay fazöünün ye eğisi Şekil 3.22 : Geilim uzay fazöünün stato eksen takımındaki bileşenlei Şekil 3.23 : IGBT bacaklaından alınmış üç faza ait DGM osiloskop çıktılaı Şekil 3.24 : Alçak geçien filte Şekil 3.25 : Eviici Sa ve Sa anahtalaının filteden sonaki dalga şekillei Şekil 3.26 : Eviici Sa ve Sb anahtalaının filteden sonaki dalga şekillei Şekil 3.27 : Moto faz aası geilim Şekil 3.28 : SVM yöntemi ile elde edilen moto faz-nöt ve faz aası geilimle Şekil 3.29 : Moto faz-nöt geilimi ve geilim fazöünün hesaplanan açısı Şekil 3.30 : Moto faz aası geilimi ve geilim fazöünün hesaplanan açısı Şekil 3.31 : Moto a fazı akımı Şekil 3.32 : Moto momenti dalga şekli Şekil 4.1 : Roto akısı hızında dönen oto akısı yönlendimeli (x,y) eksen takımı.. 82 Şekil 4.2 : Roto akısı yönlendiilmiş eksen takımında akı modeli Şekil 4.3 : Reaktif güç MRAS hız tahminleyicisinin basitleştiilmiş blok diyagamı Şekil 4.4 : Tez çalışmasında uygulanan hız algılayıcısız oto alan yönlendimeli vektö kontol blok diyagamı Şekil4.5 : Tez çalışmasında şönt diençle akım gei beslemesi yapılan elektonik devenin şematik gösteimi Şekil 5.1 : Asenkon motoa oto alan yönlendime ile yol veilmesinden sona faklı hız ve moment pofilleinden elde edilen eğile Şekil 5.2 : Stato geilim ve akımlaın sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei Şekil 5.3 : Roto akısının hesaplanan açısı Şekil 5.4 : Stato akımının oto alan yönlendime eksen takımında akı ve moment oluştuan bileşenlei Şekil 5.5 : Roto akısının sabit stato eksen takımındaki sd ve sq eksenleindeki göünümlei Şekil 5.6 : Stato akımının akı oluştuan bileşeninin sabit stato eksen takımındaki göünümü ile hız pofilinin bilikte gösteimi Şekil 5.7 : Moment ile hesaplanan oto akısı açısının bilikte gösteimi Şekil 5.8 : Sabit moment koşulunda değişik hız pofilleinde motoun çalıştıılması Şekil 5.9 : Stato geilim ve akımlaın sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei Şekil 5.10 : Roto akısının sabit stato eksen takımındaki alfa ve beta eksenleindeki göünümlei Şekil 5.11 : Stato akımlaının sabit stato eksen takımındaki göünümlei Şekil 5.12 : Stato geilimleinin sabit stato eksen takımındaki göünümlei Şekil 5.13 : Roto hızının efeans hızı küçük hatayla takip edişinin gösteilişi Şekil 5.14 : Roto akısının hesaplanan açısı Şekil 5.15 : Stato akımının akı ve moment oluştuan bileşenleinin oto alan yönlendime eksen takımında gösteim xviii

21 Şekil 5.16 : Değişik hız pofillei ve 0 hızda asenkon motoun istenen momenti üetebildiğini gösteen eğile Şekil 5.17 : Stato geilim ve akımlaının sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei Şekil 5.18 : Stato akımının oto alan yönlendime eksen takımında akı ve moment oluştuan bileşenlei Şekil 5.19 : Roto akısının sabit stato eksen takımındaki alfa ve beta eksenleindeki göünümlei Şekil 5.20 : Roto akısının hesaplanan açısı Şekil 5.21 : Roto akısının oto alan yönlendime eksen takımındaki d ekseni akısı Şekil 5.22 : Roto akısının oto alan yönlendime eksen takımındaki q ekseni akısı Şekil 5.23 : Roto mıknatıslama akımı Şekil 5.24 : Refeans hız, MRAS bloğunda hesaplanan oto hızı ve motoun geçek hızı nin gösteimi gösteimi xix

22 xx

23 YENİ BİR MRAS YÖNTEMİ İLE 3 FAZLI ASENKRON MOTORUN ALGILAYICISIZ VEKTÖR KONTROLÜ ÖZET Günümüzün teknik ilelemeleine paalel olaak endüstiyel uygulamalada ihtiyaç duyulan elektikli süüş develeinin çeşitliliğinin atmasıyla asenkon makinenin hız ve doğudan moment kontolü ihtiyacı da atmıştı. Endüstide duyulan bu ihtiyaca cevap veebilmek için akademik çalışmala da atmış ve çeşitlilik göstemişti. Bu konula dikkate alınaak düşünülmüş tezin amacı, asenkon makinanın sabit moment, sıfı hızda ve ihtiyaç duyulduğunda yüksek hızlada alan zayıflama bölgesini kapsayacak şekilde hız gei beslemesine ihtiyaç duyulmayan yeni bi kontol algoitmasının geliştiilmesidi. Kontol algoitması oto alan yönlendime pensibi üzeine kuulmuştu. Bu yöntemle asenkon makine sebest uyamalı doğu akım makinesi gibi kontol edileek dinamik pefomansının yükseltilmesi, momentteki dalgalılığın ve moto güültüsünün azaltılması, düşük hızlada ve istenildiğinde sıfı hızda asenkon motoun, yükün o anda ihtiyacı olan momenti vemesi amaçlanmıştı. Asenkon motola kafesli ve bilezikli olaak iki tüde imal edilile. Tezde kafesli asenkon motoun vektö kontolü geçekleştiilmişti. Asenkon motolaın başlıca avantajlaı aasında otoda ek bi kaynak geektimemelei, kolektö, bilezik ve fıça gibi mekanik paçalaı olmadığından bakım geeksinimleinin az olması, oluk tasaımı ve malzeme kalitesi ile motoun kaakteistikleinin değiştiilebilmesi, ucuz olmalaı, tozlu, donduucu soğuk ve patlama özelliği olan zolu çevesel otamlada güvenle çalışabilmeleidi. Bu özellikleden dolayı asenkon motola halen endüstide en çok tecih edilen motoladı. Asenkon motolaın başlıca dezavantajlaı ise paametelei zamanla değişen, doğusal olmayan difeansiyel denklemlele ifade edilmelei,veimsiz, kötü sayılabilecek kalkış süeci ve momenti,momentteki salınım, hassas hız ayaı için mile sinyal üeteci vazifesi göen hız algılayıcılaın (encode) monte edilmesi geeksinimi, bu algılayıcılaın montajındaki ve çalıştıılmasındaki zolukladı. Güç elektoniği develeinin imalindeki, IGBT gibi yaı iletken elemanladaki ve mikoişlemci teknolojisindekiteknik gelişmelele, yazılım mühendisliğinin vediği katkıla asenkon motolaın yukaıda veilen devantajlaını otadan kaldımıştı. Böylece, asenkon motolaın hızı, momenti ve kayıplaı daha kolay ve veimli olaak denetlenebili hale gelmişti. Elektiksel olaak bi giişi olmayan oto büyüklükleinin hesaplanabilmesibu alanda yapılan çalışmalala faklı matematiksel modelle otaya çıkmasına sebebiyet vemişti. Küçük güçlü asenkon motolaın fiyatı miline monte edilen oto konum/hız algılayıcısının toplam maliyetinden daha düşüktü. Bu duumsistemin maliyetini önemli ölçüde attımaktadı. Buna ek olaak, algılayıcı bi elektiksel işaet üettiğinden çeşitli sebeplele üetilen işaet bozulabilmektedi. Bu duum kontolün doğu ve güvenili bi şekilde yapılmasını etkilemeyeceğinden, algılayıcı kontol sonuçlaından emin olunmadıkça tecih xxi

24 edilmemekte, bunun yeine daha ucuz açık çevim kontol yöntemlei uygulanmaktadı. Tezin biinci bölümünde,açık ve kapalı çevim kontol yöntemlei, endüstide kaşılaşılan yük pofillei, bu yük pofillei ile ilişkili değişken hız, hassas hız ve moment ayaının ayıntılı tanımlaı veilmişti. Buna ek olaak bu bölümde,liteatü incelenmesi yapılaak bu tez çalışması geçekleştiilinceye kada olan süede yapılmış olan çalışmalaın özeti veilmişti. Tezin ikinci bölümünde, Uzay Fazö Teoisinden yaalanılaak asenkon motoun oto alan yönlendimeli elektiksel ve mekanik yana ilişkin matematiksel modeli elde edilmişti.matematiksel model asenkon motoun kalkışından itibaen geçici ve süekli hal çalışmasını içemektedi. Matematiksel modelin elde edilmesinde yine bu bölüm içinde anlatılan Refeans Eksen Takımı Teoisiden faydalanılmıştı. Asenkon motoun matematiksel modellei faklı Refeans Eksen Takımlaında elde edileek aalaındaki fakla incelenmişti. Tezin üçüncü bölümünde, asenkon motoun istenildiği gibi çalışması sağlayan geilim aa develi eviicinin yapısı, eviicide kullanılan IGBT yaı iletken anahtalaın seçimi, özelliklei ve IGBT anahtalaı süecek Dabe Genişlik Modülasyonu (DGM) işaetleinin elde edilmesinde kullanılan Uzay Vektö Modülasyonu yöntemi anlatılmıştı.tezin dödüncü bölümünde,asenkon motoun oto alan yönlendimeli vektö kontolünün geçekleştiilmesi için geeken geilim denklemlei ve moment denkleminin elde edilmesi, kontol büyüklükleinin seçimi, Roto alan yönlendime yönteminin V/f gibi diğe yöntemlee göe üstünlüklei, dinamik pefomansın nasıl iyileştiildiği, hız algılayıcısının kaldıılmasıyla oto hızının MRAS yöntemiyle hesaplanmasının anlatılması, önceden öngöülen şekilde sıfı hızda motoun milindeki yükü tutacak (haeket ettimeyecek) şekilde istenilen momentin nasıl üetildiği, hız algılayıcısının kaldıılmasıyla getiilen yenilikle, sayısal işaet işlemcinin (Sİİ) geekliliği anlatılmıştı.tezin beşinci bölümünde, kuulan deneysel sistem, deneysel sistemden alınan DGM tetikleme işaetlei, akım, geilim ve moment dalga şekillei osiloskop çıktılaı ve bu dalga şekilleinin incelenmesi, sistemde yapılan benzetim modellei ve bu modelleden elde edilen sonuçlala deneysel sonuçlaın kaşılaştıılması, tezde elde edilen sonuçlaın endüstide ne şekilde fayda sağlayacağının ayıntılı açıklamalaı yapılmıştı. xxii

25 SENSORLESS VECTOR CONTROL OF A THREE PHASE-INDUCTION MOTOR BY USING A NEW MRAS METHOD SUMMARY The need fo contolling speed and diect moment of induction motos has inceased as vaieties of electical dives incease in industial applications paallel to technical advancements ecently. In addition, the studies and vaieties of studies on the subject in academia have inceased in ode to meet the demand of industy. Theefoe, the objective of this thesis study was to develop a new contol algoithm fo induction motos without speed feedback at constant moment and zeo speed o, at high speeds with field deceasing egion when it is needed. The contol algoithm was set up based on the pinciple of oto flux oiented contol. In this method, it was aimed to contol the induction moto as if it is a sepaately excitation dc moto in ode to incease the dynamic pefomance, to decease the fluctuation in moment and noise in moto, and to povide the desied moment of the load at low speed and even at zeo speed. Induction motos offe enviable opeational chaacteistics such as obustness, eliability and ease of contol. They ae extensively used in vaious applications anging fom industial motion contol systems to home appliances. Howeve, the use of induction motos at its highest efficiency is a challenging task because of thei complex mathematical model and non-linea chaacteistic duing satuation. These factos make the contol of induction moto difficult and call fo use of a high pefomance contol algoithms such as Field Oiented Contol (FOC) (o vecto contol) algoithms. The induction motos have been manufactued as eithe caged o slip-ing oto. In this study, the vecto contol of induction motos has been achieved. The main advantages of induction motos ae that they ae cheap, no need fo the additional electical contacts on the oto; less maintenance equiements due to not containing mechanical pats such as collecto, ing o bush; modifying chaacteistics as mateial quality and designing slot, safely woking chaacteistics at the had envionmental conditions such as dusty, cold and easily blow-up. Theefoe, the induction motos ae the ones that ae pefeed ove othe types of motos. The main disadvantages of induction motos ae that they ae expessed by the non-linea diffeential equations at unsteady conditions; the stating and moment chaacteistics can be consideed as poo and bad; the need fo installation of encode used fo sensitive speed adjustment is equied poducing signals fo shaft; and difficulties in the installation and opeating of these sensos. The above mentioned disadvantages of induction motos have been ovecome by the developments of micopocesso technology and semi-conductive units such as IGBT in the manufactue of powe electonics cicuits and the contibutions of softwae engineeing. Theefoe, the speed and loss of induction motos ae contolled easily and efficiently. The studies used fo contolling oto magnitudes which do not have any electicity enteing lead to vaious mathematical models. The induction motos xxiii

26 with small powe ae cheape than the total cost of the position/speed senso used fo oto installed to the shaft. This significantly inceases the cost of the system. In addition, the poduced signal by the senso which geneates electical signal can be destoyed due to vaious envionmental easons. This does not affect the esult and safe contol, theefoe it is not pefeed unless it is to be sue of the contol esults of the senso. Instead, the open-loop contol methods ae pefeed. K. Hasse and F. Blaschke pioneeed vecto contol of induction motos stating in 1968 and in the ealy 1970s, Hasse in tems of poposing indiect vecto contol, Blaschke in tems of poposing diect vecto contol. Wene Leonhad futhe developed Field Oiented Contol techniques and was instumental in opening up oppotunities fo AC dives to be a competitive altenative to DC dives. Yet it was not until afte the commecialization of micopocessos, that is in the ealy 1980s, that geneal pupose AC dives became available. Baies to use of FOC fo AC dive applications included highe cost and complexity and lowe maintainability compaed to DC dives, FOC having until then equied many electonic components in tems of sensos, amplifies and so on. The Pak tansfomation has long been widely used in the analysis and study of induction motos. The tansfomation is by fa the single most impotant concept needed fo an undestanding of how FOC woks, the concept having been fist conceptualized in a 1929 pape authoed by Robet H. Pak. The novelty of Pak's wok involves his ability to tansfom any elated machine's linea diffeential equation set fom one with time vaying coefficients to anothe with time invaiant coefficients. Induction motos wee contolled scala contol stategy fo vaiable speeds in 1980 s. But, scala contol such as the V/Hz stategy has its limitations in tems of pefomance. The scala contol method fo induction motos geneates oscillations on the poduced toque. Hence to achieve bette dynamic pefomance, a moe supeio contol scheme is needed fo induction moto. With the mathematical pocessing capabilities offeed by the micocontolles and digital signal pocessos (DSP), advanced contol stategies can be implemented to decouple the toque geneation and the magnetization functions in an induction moto. This decoupled toque and magnetization flux is commonly called oto Field Oiented Contol. Thee ae two vecto contol methods, diect vecto contol (DFOC) and indiect vecto contol (IFOC), IFOC being moe commonly used because in closed-loop mode such dives moe easily opeate thoughout the speed ange fom zeo speed to high-speed field-weakening. In DFOC, flux magnitude and angle feedback signals ae diectly calculated using so-called voltage o cuent models. In IFOC, flux space angle feedfowad and flux magnitude signals fist measue stato cuents and oto speed fo then deiving flux space angle pope by summing the oto angle coesponding to the oto speed and the calculated efeence value of slip angle coesponding to the slip fequency. Sensoless contol of AC dives is attactive fo cost and eliability consideations. Sensoless contol equies deivation of oto speed infomation fom measued stato voltage and cuents in combination with open-loop estimatos o closed-loop obseves. In this PhD thesis a model efeence adaptive system (MRAS) fo the speed estimation of induction moto fom measued DC link voltages in invete and phase cuents. The estimated speed, oto flux and poduced toque ae calculated in a vecto contol system. The MRAS appoach has the immediate advantage in that the model is complex and vey had to implement. It has been shown that when a moto xxiv

27 is unning at high speed, the effect of eo in stato esistance is usually quite negligible. But as the fequency appoaches zeo, this becomes moe seious because the voltage dop on stato esistance becomes elatively lage as the fequency deceases. Fo that eason, in this PhD thesis instead of using stato esistance, oto flux oientation adaptation is used in oto flux oiented efeence fame. Unde this efeence scheme, stato cuent space vecto can be decoupled into the flux contol component and the othe quadatue component can povide supeio toque contol. In the novel contol system, the output of the speed and flux obseves updates the new values of the flux and speed vales with compaing old values at wide speed ange. In the fist chapte of the thesis, the open and closed-loop contol methods, the load pofiles encounteed in the industy and the definitions of vaiable speed, the sensitive adjustments of speed and moment wee given in detail based on the load pofiles. Futhemoe, the summay of the liteatue based on the studies wee pesented. In the second chapte, the electical and mechanical mathematical modeling of induction moto was stated using the oto field-oientation equations. The mathematical model fo the induction moto includes the tempoay and steady state woking conditions afte the stating. The efeence axis set theoy was used to obtain the mathematical model. The mathematical methods fo the induction motos wee obtained fom diffeent efeence axis sets, and thei diffeences wee investigated. In the thid chapte the space vecto modulation method was given. In addition the stuctue of cicuit invete which enables the induction moto woks as desied, choosing semiconducto IGBT switch in the invetes and thei popeties, space vecto modulation method used fo obtaining signals of Pulse Width Modulation (PWM) applying IGBT switches wee explained. In the fouth chapte, voltage equations, which ae equied fo contolling the oto-field oiented induction moto and how the moment equation is obtained, the choosing of the anges fo the contol, the supeioities of oto field diected methods ove the othe methods such as V/f, how the dynamic pefomances impove, the calculation of oto speed without speed senso by MRAS method, how the moment is poduced as it holds the shaft load (motionless) when the speed is zeo, the innovations due to no speed senso, the equiement fo digital signal pocesso (DSP) wee given. In the fifth chapte, the expeimental setup, the tiggeing signals fom PWM in the expeimental setup, the oscillation outcomes of cuent, voltage, and moment wavefoms, and thei evaluations, simulation models in the system, the compaisons of esults fom the models and expeiments, the detailed explanation of how the outcomes of the thesis has impacts in the industy wee explained. Expeimental and simulation esults show advantages of FOC. Those ae impoved toque esponse, toque contol at low speed and even zeo speed, dynamics speed and toque accuacy, eduction in size of induction moto, cost and powe consumption, fou quadant opeation and shot-tem oveload capability. xxv

28 xxvi

29 1. GİRİŞ Değişken hızlı süücü sistemlei ilk olaak 1970 li yıllaın başında kullanılmaya başlanmıştı. İlk uygulamalaın çoğu doğu akım motolaını tahik eden kıyıcı sistemleiydi. Bu sistemle yüksek pefomansgeektien sistemledi. Altenatif akım makinelei süücülei de o zamanda endüstide kullanılmaktaydı. Busüücülein kullanım alanlaı geçici zaman pefomansının çok az önem geektidiği düşük pefomanslı yükledi. O zamanda bu sistemlein kullanımını etkileyen ve sınılayan önemli bi faktö de sistemleingüvenililiğiydi. Önek olaak güç elektoniği develeindeki dc baa kısa devesi sık göülen bi hataydı. Yüksek pefomanslı süücüle doğu akım motolaına göe geliştiilmişti. Bu süücülein kullanıldığı sistemledeki poblemle doğu akım moto teknolojisinde va olan poblemledi. Bu poblemle kısaca maliyet, bakım geeksinimi ve fıça kollektö düzeneğinde dolayı diğe makinelele kaşılaştııldıklaında güvenililik sounlaıdı. Bu nedenden dolayı altenatif akım makinalaı süücüleinin geliştiilmesi o yıllada başlamıştı. Asenkon makinelein özellikle güveni olmalaı ve düşük maliyette imal edilmelei bumakinalaa olan ilgiyi başlatmıştı. Fakat bu makinalaın temel dezavantajı ise denetimleinin zoluğu ve klasik analog yöntemlele kalkışta yüksek pefomans elde edilemeyişidi. Sonuç olaak değişken hızlı asenkon moto süücülein geliştiilmesinde iki poblem öncelikli olmuştu [Boldea,1999]; güç elektoniği develeinin az güvenili olması, asenkon makinenin pefomasını iyileştiecek denetiminin eksikliği. İlk geçekleştiilen güç elektoniği elemanlaının kullanım zoluğu nedeniyle asenkon motosüücülei 1980 li yıllaın başına kada gelişme olanağı bulamamıştı. Bu yılladan başlayaak düşük maliyetteüetilen mikoişlemcile ve güç elektoniği teknolojisindeki gelişmele ile kamaşık moto denetim algoitmalaının kısa süede hesaplanması sağlanmıştı [Holtz, 2005]. Doğu akım motolaının yapısı denetiminin yüksek pefomans geektien uygulamalaa uygulanabililiğini sağlamıştı. Sebest uyamalı doğu akım 1

30 makinesinin dinamiği biinci deeceden doğusal difeansiyel denklem ile elde edili. Ancak asenkon makinanın dinamiği ise çok kamaşık doğusalolmayan beşinci deeceden difeansiyel sistemin çözümü ile elde edili. Bu nedenden dolayı ilk asenkon moto süücülei süekli çalışma koşullaı için tasalanmıştı. Değişken hız denetimi ancak efeans hızındeğiştiilmesi ile elde edilmekteydi. Fakat 1970 li yıllaın başında bi doktoa tezinde geçekleştiilen vektö denetimi ile bu sınılama otadan kalkmıştı. Vektö denetiminin geçekleştiilmesi analog bilgisaya ile yapılmış sebest uyamalı doğu akım makinasının pefomansı efeans hız ayalanmaksızın elde edilmişti [Novotny, 2010]. Vektö denetiminin geçek pefoması hızlı mikoişlemcilein yaygın olaak kullanılmaya başlandığı 1980 li yıllaın başında olmuş ve vektö denetimi de ticai bi boyut kazanmıştı.teknolojideki ileleme sonucu güç elektoniği biçok mühendislik alanına gimiş bulunmaktadı.özellikle otomobil sanayi, habeleşme teknolojisi ve sayısal moto süücülei bunlaın başındadı [Rachid, 1997]. Yeni güçelektoniği sistemlei ile moto süücü uygulamalaı daha veimli, güvenili ve bi bütünlük teşkil ede halegelmişti. Bunun sonucunda tüm uygulamalada maliyet ve güvenililik önde gelen unsula olmuştu [Vas, 1998]. Günümüzde asenkon makinala ucuzluklaı ve az bakım ihtiyaçlaı ile endüstide en çok tecih edilen makinaladı. Asenkon makinalaın en çok tecih edilen kontol yöntemi skale kontoldü. Bunun nedeni kolaylıkla geçekleştiilmesi ve maliyetinin düşük olmasıdı. Ancak asenkon makinanın kamaşık matematiksel modeli göz önüne alınısa skale kontol ile istenilen moment yanıtı uzun olmaktadı. Sebest uyamalı doğu akım makinalaının kullanıldığı moment, devi sayısı ayalaının daha geniş bi aalıkta yapıldığı kitik yüklede istenilen moment yanıtı çok daha kısa olmaktadı. Bunun nedeni doğu akım makinasının uyama akımı ile oto akısı aasındaki otogonallikti. Bunun sonucunda nominal uyama alanında moment oto akımı ile doğu oantılı değişmektedi. Mikoişlemci ve yazılım teknolojisindeki gelişmele ile asenkon makinala atık doğu akım motolaının yeini almaktadı. Asenkon makinanın moment ifadesini doğu akım motouna benzetecek kontol yöntemi vektö kontoldü. Vektö kontol, skale kontole göe kontol algoitması çok daha kamaşıktı [Rachid, 1997]. Vektö kontolün amacı stato akımını iki bileşeni ayııp bu bileşenlein tüm kontol aalığı boyunca otogonal olmasını, ayı ayı kontol edilebililiğini sağlamaktı. 2

31 Buna göe bu bileşenleden bii doğu akım makinasındaki uyama akımına diğei ise oto akımına benzetilmektedi. Stato akım bileşenlei kontol ediliken makinanın matematiksel modeli asıl kontol edilmesi geeken büyüklüğe göe oluştuulu. Bu büyüklükle oto akısı, stao akısı ya da hava aalığı akısı olabili. Tezde tecih edilen yöntem oto akısı yönlendimedi. Tezin biinci bölümünde oto akısı yönledimeli kontol algoitması oluştuulmuştu. Roto akısı yönlendimenin tecih edilmesindeki neden model sonunda elde edilen moment ifadesinin kayma açısal hız ile doğu oantılı değişmesi ve bunun sonucunda seme momentinin oluşmamasıdı. Bu kontol algoitması sonucunda moment stato akımının moment oluştuan bileşeni ile doğu oantılı değişmektedi. Roto akısı yönlendimede stato akımlaı ve oto hız bilgisi geekmektedi. Oluştuulan modelde oto yük taafından tutulması duumunda hız bilgisi sıfı olmakta ve makine istenilen momenti vemeye devam etmektedi. Kontol algoitması Matlab kullanılaak denenmiş ve istenilen sonuçlaa ulaşılmıştı. Doktoa tezinin ikinci bölümünde asenkon makinanın hız gei beslemesi olmadan kontol algoitması oluştuulmuştu. Böylece hız bilgisi için geeken algılayıcıya atık geek yoktu. Bunun için stato akımlaı ve stato geilimlei gei besleme alınaak model efeans adaptif kontol algoitması ile hız bilgisi tahmin edilmektedi. Oluştuulan kontol algoitması Matlab kullanılaak deneneek istenilen sonuçla elde edilmişti.tezde tasalanan gözlemleyici ile geçekleştiilen kafesli asenkon makinenin sayısal kontolü ile makinanın pefomansının, veiminin ve ömünün yükseltileceği gösteilmişti. 1.1 Tezin Amacı Değişken hızlı uygulamalada sebest uyamalı doğu akım motolaı, denetimleinin kolaylığı nedeniyleyıllaca kullanılmıştı. Ancak, doğu akım motolaının kolektö ve fıça düzenlei ile sıkça bakım geektimeleinden dolayı asenkon motolaın değişken hızlı uygulamalada daha sık kullanılmalaının yollaı da yıllaca aaştıılmıştı. Günümüzün teknik ilelemeleine paalel olaak endüstiyel uygulamalada ihtiyaç duyulan elektikli süüş develeinin çeşitliliğinin atmasıyla asenkon makinenin hız ve doğudan moment kontolü ihtiyacı da atmıştı. Endüstide duyulan bu ihtiyaca cevap veebilmek için akademik çalışmala da atmış ve çeşitlilik göstemişti. Bu konula dikkate alınaak düşünülmüş tezin amacı, 3

32 asenkon makinanın sabit moment, sıfı hızda ve ihtiyaç duyulduğunda yüksek hızlada alan zayıflama bölgesini kapsayacak şekilde hız gei beslemesine ihtiyaç duyulmayan yeni bi kontol algoitmasının geliştiilmesidi. Tezde incelenen konula aşağıda veilmişti; Uzay fazö teoisi, Matematiksel modellein uzay fazölei ile elde edilmesi, Refeans eksen takımlaının incelenmesi ve efeans eksen takımlaı aasındaki dönüşümle, Vektö kontol kavamının incelenmesi, Asenkon moto ile sebest uyamalı doğu akım motou aasında kontol açısından kuulan benzeliğin incelenmesi, Sayısal İşaet İşlemcinin kullanılması, Roto alan yönlendime yönteminin diğe alan yöntemleine göe avantajlaı, Hız gei beslemesi cihazının kaldıılmasının sağlayacağı faydala, Uzay vektö modülasyonu yönteminin kullanılması, Tez çalışmasında kuulan donanımın ve yazılımın incelenmesi, Deneysel ve benzetim sonuçlaın incelenmesi 4

33 1.2 Liteatü Aaştıması Doğu akım makinalaının yapılaı geeği alan ve moment kontolü bibiinden bağımsız olaak yapılabilmektedi.doğu akım motolaı bu özellikleinden dolayı değişken hız geektien uygulamalada 1980 li yıllaın sonuna dek kullanılmaktaydı. Ancak güç elektoniği ve yaı iletken teknolojisindeki gelişmele asenkon motolaının geniş sınıla içeisinde hız ayalaının yapılabilmesini mümkün kılmıştı. Asenkon motolaın basitliği, ucuzluğu, bibiine temas eden kontaklaın olmaması, sağlamlığı ve bakım geeksinimleinin azlığı gibi özelliklei nedeniyle değişken hızlı süücü sistemleinde doğu akım motolaının yeini almaya başlamıştı li yıllaın başında asenkon motolaın hız denetimisadece besleme geilimi ve fekansı değiştiileek açık çevim kontol mantığında yapılmaktaydı. Bu denetim skale, V/f kontol olaak bilinmektedi. Skale kontolde, voltaj ve fekans temel kontol değişkenlei olup, moment ve akı bu iki değişkenin fonksiyonlaıdı. Bu kuplaj etkisi asenkon motoun tepkisinin yavaşlamasına neden olu. Bundan dolayı, skale kontolde motounmomenti kontol edilemediğinden momentte salınım meydana gelmektedi. Açık çevim kontol mantığında yük momentindeki değişiklikle moto hızında değişikliklee sebep olmakta, dinamik pefomans zayıf ve momentte osilasyon gibi poblemle oluşmaktadı. Hızlı dinamik cevap ve hassas hız kontolü yapılmasını geektidiğinde açık çevimli kontol yetesiz kalmaktadı. Ancak, 1980 li yıllaın başından itibaen güç elektoniği, yaı iletken teknolojisi ile moto süme teknolojisindeki gelişmele ileasenkon motola kapalı çevim kontol mantığında kontol edileek değişken hız ve değişken moment geektien yüklede kullanılmaya başlanmıştı. Kapalı çevimli kontolün yapılabilmesi için süücü düzeneği hız geibeslemesini geektimektedi. Bu geibesleme genellikle oto miline bağlanan bi hız algılayıcısından sağlanmaktadı. Ancak, yüksek hızlı uygulamalada hız algılayıcısını mile bağlamak mümkün olmamaktadı. Yapılan aaştımala motoun miline bağlanan bu hız algılayıcısını çıkataak kontol sisteminin pefomansını atımayı amaçlamaktadı. Kuulan hız algılayıcısız kontol sistemleinde sistem kuma maliyeti düşüülü, bakımı azalı, sağlamlığı ve güvenililiği atıılmış olmaktadı. 5

34 Kapalı çevim kontol için, hız bilgisi geekli olduğundan, aaştımala mekanik algılayıcılaın yeini alabilecek aynı zamanda dinamik pefomansı düşümeyecek aksine yükseltecek hız gözlemleyicileinin geliştiilmesi yönünde olmuştu. Hız algılayıcısız süücü sisteminde oto hızının ölçülmesi yeine, kolaylıkla ölçülebilen stato akımlaı ve geilimleinden tahmin edileek moto çıkış büyüklüklei kontol edilmektedi lı yıllaın sonuna doğu bu konuda bi çok yeni aaştımala başlamış ve değişik yöntemle geliştiilmişti. İlk olaak 1971 yılında Siemens fimasından F. Blaschke önediği teoik vektö kontol olaak isimlendiilen yöntemle asenkon motoun sebest uyamalı doğu akım motouna benzetileek stato akımı bi dönüşümle bibiinden bağımsız olaak kontol edilebilen iki bileşene ayıştıılabileceği göstemişti. Bu akım bileşenleinden bi tanesi motoun manyetik akısını, diğei makinanın oluştuacağı momentin kontol edilmesini sağla. Wene Leonhad ilk olaak mikoişlemci kullanaak vektö kontolü uygulamalı olaak geçekleştien kişidi. Vektö kontolün hızla gelişmesindeki önemli yadımcıfaktöleden bii ilk olaak Though R. H. Pak taafından 1929 da sunulan dönen eksen takımlaı teoisinin vektö kontolde kullanılmasıdı. Liteatüde vektö kontol olaak üç faklı yöntem bulunmaktadı. Bunla stato alan (akı) yönlendimeli, hava aalığı alanı yönlendimeli ve oto alan yönlendimeli yöntemledi. He yöntemin kendine has denklemlei ve hesaplama yöntemlei ile avantaj ve dezavantajlaı bulunmaktadı. Endüstide kullanılmamakla bilikte belitilen yöntemleden özellikle stato alanının doğudan ölçülmesi içinmoto içine algılayıcılaın yeleştiilmesigeekmektedi. Bunun bi öneği stato oyuklaına bobinle yeleştiileek alanın ölçülmesidi. Bu yöntemde 0.5 Hz e kada olan akıla ölçülebilmektedi. Diğe bi yöntem ise Hall etkili algılayıcıla kullanmaktı. Ancak bu yöntem özel olaak üetilmiş bi moto yada standat bi motoda değişiklikle yapılmasını geektimektedi. Akının doğudan ölçülmesine altenatif olaak çeşitli akı tahmin modellei kullanılmakta ve geliştiilmekte olup, bu yöntem moto akısının doğudan ölçülmesini geektimez. Dolayısıyla özel olaak üetilmiş asenkon motoa yada standat bi asenkon motoda değişiklikle yapılmasına ihtiyaç yoktu. Stato alan yönlendimeli vektö kontol çalışmalaı sıasında ilk olaak 1984 yılında ManfedDepenbock taafından Doğudan Özgün Kontol (Diect Self Contol) yöntemi otaya atılmıştı. Bu yöntem 6

35 asenkon motoun momentini kontol etmektedi. Bu yöntem 1886 yılındaisao Takahashi and Toshihiko Noguchi taafından geliştiileek günümüze kada gelen Doğudan Moment Kontolü (DTC) adını almıştı. W. Leonad akı ve istenildiğinde moment kontolünü iç kontol bloklaında akım gei beslemelei ve kaşılaştımalaı ile yapmakta iken, doğudan moment kontolünde doğudan stato akısı ve moto momentiç kontol bloklaında akım kaşılaştımalaı olmadan kontol edilmektedi. Roto alan yönlendimeli vektö kontol, oto akısının büyüklüğünü ve konumunu tam olaak bilinmesini geektimektedi. Roto akısının büyüklüğü ve konumu doğu olaak bilindiğinde stato akımının tam olaak ayıklaştıılmasını sağlamakta, böylece dinamik pefomans iyileştiilmekte, hız ve istenildiğinde moment kontolü hızlı ve hassas bi şekilde yapılmaktadı. Roto akısının doğudan ölçülmesi aynen stato akısının ölçülmesi gibi çeşitli düzenekle geektidiğinden, akıyı doğudan ölçme yeine kolaylıkla ölçülebilen akım, geilim, hız bilgilei kullanılaak akının hesaplanması yoluna gidilmektedi. Roto akı bilgisinin elde edilmesi için öncelikle oto hızının hesaplanması geekmektedi. Roto hızı doğudan bi hız algılayıcısı ileelde edilebildiği gibi, hız algılayıcısı kullanılmadan moto denklemlei kullanılaak hesaplanabili. Akı hesaplanması, asenkon makinanın akı ve geilim denklemleinden yaalanaak adaptif ya da adaptif olmayan gözlemleyicilein kullanılmasıyla yapılmaktadı. Hız algılayıcısız oto alan yönlendimeli yöntemde kuulan adaptif ya da adaptif olmayan yöntemlein doğuluğunu oto zaman sabiti belilemektedi. O halde, oto zaman sabitinin değişiminin modele yansıtılmasıözellikle çok düşük hızlada ve sıfı hızda en doğu akı ve oto hızı tahmini yapılması için geeklidi. Adaptif olmayan yöntemleistato geilimlei ve akımlaının geçek zamanlı ölçümü üzeine kuulmaktadı. Bu yöntemlein en önemli özelliği moto paametleinin değişiminin modelde temsil edilme zounluluğudu. Buna kaşın kuulan matematiksel modelle ise kamaşık olmamakta ve hızlı dinamik yanıt elde edilmektedi. Asenkon makinenin hız algılayısıcız oto alan yönlendimeli vektö kontolünde özellikle süekli mıknatıslı senkon motoun kalkışı için ihtiyaç duyulan oto konum bilgisine ihtiyaç yoktu. Bu duum asenkon moto için matematiksel modelin basitleşmesi anlamına gelmektedi. Düşük hızlada ve sıfı hızda integasyon işleminden gelen hatanın azaltılması ve hızlı Sİİ kullanılması ile hesaplama süecinin azaltılması iyi 7

36 bi kalkış pefomansı, yüksek moment/akım oanı ve geniş bi hız sahasında klasik V/f yöntemine göe çok daha veimli bi kontol yapılmasını sağlamaktadı. Adaptif yöntemlede ise, yine asenkon motoun giiş büyüklüklei ölçüleek istenen moment ve hız gibi çıkış büyüklüklei tahmin edilmektedi. Bu yöntemde oluştuulankontol modelinin giiş ile çıkış büyüklüğü aasında hata olacaktı. Hata kuulan modelde tahmin edilmiş büyüklüklein en iyi değeini alması için gei besleme olaak kullanılmaktadı. Adaptif yöntemin en büyük avantajı kuulan modelde hedef büyüklüklein tahmin edilebilmesidi. Bu yöntemin en büyük dezavantajı ise matematiksel modelin adaptif olmayan yöntemlee göe daha kamaşık olmasıdı. Adaptif yöntemlede başlıca üç temel yöntem kullanılmaktadı. Bunla; Popov (citeia of supe stability theoy), Genişletilmiş Kalman Filtesi (E.K.F.) ve En küçük kaele yöntemidi. Popov yönteminde Model efeans adaptif sistem (MRAS), Luenbege gözlemleyicisi ve Kayan kipli gözlemleyici (Sliding Mode Obseve) yöntemlei kullanılmaktadı. MRAS yönteminde oto akısı tabanlı ancak temel olaak hedef olaak seçilen oto hızı veya konumu gözlemleyicilei ile kontol yapılmaktadı. MRAS yönteminde tahmini yapılacak büyüklüğü içemeyen model efeans model diğei ise ayalanabili (adaptif) modeldi. He iki model çıkışı aasındaki fak bi uyalama mekanizması taafından ya ayalanabili oto zaman sabiti gibi sistem paametesinin düzeltilmesi için ya da iki model çıkışı aasındaki fakı minimum yapacak oto hızı gibi yadımcı bi büyüklüğün üetilmesi için kullanılmaktadı.mras yönteminde kuulan efeans modelin doğuluğu düşük hızlada dinamik pefomansı doğudan etkilemektedi. Luenbege gözlemleyicisinde kuulan modelde elde edilen hata MRAS yöntemleinden daha büyüktü. Bu hata azaltılabildiği zaman MRAS yöntemine göe daha iyi dinamik pefomans elde edilmektedi. Kayan kipli gözlemleyicisi Luenbege gözlemleyicisi aasındaki temel fak gözlemleyici tasaımındadı. Kayan kipli gözlemleyicide hatanın değei yeine bunla ilişkilendiilmiş bi hata fonksiyonu kullanılmaktadı. Genişletilmiş Kalman Filtesi duum uzayı modeli ile gösteilen bi dinamik sistemde, modelin önceki bilgileiyle bilikte giiş ve çıkış bilgileinden sistemin 8

37 duumlaını tahmin edilebilen filtedi. Genişletilmiş Kalman Filtesi de bi gözlemleyici yapısında olup modelin giiş bilgilei ile çıkış bilgilei aasında hata elde edilmektedi. Bu hata, Kalman kazancı (gain) olaak bilinen bi çapan ile ölçeklendiili. Elde edilen iyileştime, daha sona yapılan tahminlei iyileştimek için modele giiş olaak gei besleme mantığında ekleni. Kalman kazancı ne kada iyi ayalanmış ise dinamik pefomansta yükseltili ve kontol mantığında çıkışın giişi büyük bi doğulukla izlemesi sağlanı. Böylece bu yöntem ile modelin bilinmeyen değeleine, model tahminleine dayanaak elde edilebilecek tahminleden daha yakın tahminle üetmeye yakınsaması sağlanı. En küçük kaele yönteminde ölçülen büyüklükle üzeinde bulunan güültü bileşenle filte edileek geçek değele elde edili. En küçük kaele yönteminde doğusal olmayan moto kontol sisteminde bibiine bağlı olaak değişen giiş ve çıkış büyüklüklei aasında,bu ölçülen geçek değele kullanılaak egesyon yöntemi ile geçeğe uygun matematiksel bağıntı kumaya çalışılı. Asenkon motolaı hız denetimlei 1970 li yıllada kae dalga (TDH %45), sıfı süeli kae dalga (THD %24) ve altı dabeli çıkış dalgası (THD %6,5) üeten eviicile ile yapılmaktaydı. Özellikle kae dalga içinde içediği üç ve üçün katı hamonikle ile motoun güültülü dönmesine ve ısınmasına sebebiyet vemekteydi. Asenkon motolaın hız denetimleinde esas ileleme Dabe Genişlik Modülasyonu (DGM) (THD 6,5) yönteminin geliştiilmesiyle başlamıştı. Bu yöntem 3., 5., 9.,. gibibelili hamonik geilim dalgalaının moto fazında olmaması içinkae dalga geilim dalgasının değişken genişlikli geilim dalgalaına ayılmasına dayanı. Sinüs modülasyonlu DGM yöntemi, analog develele kuulabilen, moto fazlaında en iyi sinüs geilim dalgasının elde edildiği yöntemdi. Bu yöntemle moto fazlaında akan akımlada sinüs foma olabildiğince yakınlaşmaktadı. Bunun yapılabilmesi için bi anahtalama peyodunda motoa uygulanan geilim dabeleinde çalışma oanlaı ayalanaak sinüse daha yakın bi geilim dala şeklinin elde edilmesi geekmektedi. Sinüs foma yakın akımla özellikle moto ısınmasını ve momentindeki salınımlaı en aza indigemektedi. Ancak, analog devele sayısal develee göe daha az güvenili yapıdadı. Analog develein çalışması sıcaklıktan kötü etkileni. Analog devele elektomagnetik giişim gibi güültü ve dış etkileden etkilenile. Moto kontol analog develein güvenili çalışma fekanslaı en fazla 3-5 khz di. Analog devele, dv/dt, di/dt olaak ifade edilebilen geilim ve akım pikleinden etkilenile. 9

38 Analog devele, sayısal develee göe çok daha fazla ye kaplala. Bibiinin aynı olan analog devele faklı kalitede işaet üetebilile. Analog develein bu dezavantajlaı sayısal elektonik develede bulunmamaktadı. Sayısal elektonik develede kullanılan sayısal işaet işleme tekniklei hızla gelişmektedi. Sayısal develede kullanılan sayısal filtele ile bozulmuş veile yüksek doğulukla düzeltilebili. Oysa, analog filtele analog develede yüksek doğuluklu filteleme işlemi yapamamaktadı. Bu avantajla ile sayısal işaet işleyen sayısaş işaet işlemcile mobil telekominikasyon, uzay teknolojilei, medikal sistemle, gösel ve işitsel medya endüstisi ve moto kontol sistemlei gibi bi çok alanda kullanılmaktadı. Analog develele kuulan sinüs modülasyonlu DGM yöntemi sayısal elektonik develele kuulabili. Sayısal elektonik devele ile kuulan DGM yöntemi Uzay Vektö Modülasyonu (UVM, SVM) olaak bilinmektedi. UVM yöntemi ile üç fazlı moto kontol sistemleine vektöel bi yaklaşım getiilmişti (Van De Boeck, 1986). Bu yöntemle 3-5 khz civaında çalışan IGBT yaı iletken elamanla ahatlıkla khz insan kulağının duyamayacağı DGM fekans aalığında çalıştıılabilile. Sonuçta, analog yöntemlee göe moto fazlaında özellikle akım THD sinde çok daha azalma elde edilmektedi. Yüksek anahtalama hızlaı IGBT yaı iletken elemanla üzeindeki anahtalama ve iletim kayıplaını atımaktadı. IGBT elemanlaın güvenle çalışmalaını sağlamak için kullanılan soğutucu boyutlaının da (heatsink) oluşan ısıya göe tasalanmalaı geekmektedi. Bazı uygulamalada elde edilecek sinüs fomundaki dalga şeklinden çok IGBT elemanlaın ısınmaması, böylece güvenle çalışması isteni. UVM içinde de faklı yöntemle mevcuttu. Bu yöntemle IGBT yaı iletken elemanlaın anahtalama ve iletim kayıplaını azaltacak şekilde yapılmaktadı. 1.3 Elektikli Süüş Sistemleinin İncelenmesi Bu başlık genel olaak Genelleştiilmiş Makine Teoisi ne ve elektik makinalaının dinamiğine giiş sağlayacaktı. Bu nedenle değişken hızlı süücü sistemlein endüstide önemleinin atması ile bu başlık altında temel konula incelenecekti. Şekil 1.1 den göüldüğü gibi elektik motolaı üetilen enejinin yaısından fazlasını tüketmektedile. Günümzde kontollü çalışan elektik motolaı ile kayıpla azaltılaak eneji tasaufu yoluna gidilmektedi. Yine de tüm dünyada kullanılan elektik motolaının büyük bölümü kontol dışı çalıştıılmaktadı. Bu nedenle bu 10

39 motolaın daha veimli kullanılması daha çok sayıda güç santallei ve özellikle nüklee santallein yapılmasını azaltacaktı. Bu duum çevenin daha az tahip edilmesini ve bu santallee hacanacak paanın iyi amaçla için kullanılmasını sağlayacaktı. Yapılan bi aaştımada bu alanda kullanılabililiği kanıtlanmış teknolojile ile senede New Yok gibi bi kentin tükettiği eneji kada tasauf yapılabileceği belilenmişti (Mohan, 2000). Dünyadaki Elektik Tüketimi İletişim, % 14 ISHK, % 16 Motola, % 51 Aydınlatma, %19 Şekil 1.1 : Dünyadaki elektik tüketiminin dağılımı (Mohan (2000) den uyalanmıştı). Elektik süüş uygulamalaında en önemli özellik elektonik süücü, elektik motou, yük ve çalışma otamı paameteleinin bibileine uyumlu olmasıdı. Özellikle yükün kaakteistiği önemli bi paametedi. Bunun nedeni yüklein sabit ve değişken momentli olmalaına göe değişken özellikle göstemeleidi. Sabit momentli yükle yaygın olanlaıdı. Süücü, yüke sabit momenti çıkış gücü hız ile doğu oantılı olacak şekilde değiştimek suetiyle sağla. Sabit momentli yükle sütünmeli yükledi. Sabit moment sütünmeyi yenmek zoundadı. Eneji tasaufu ise değişken momentli yüklede sağlanmaktadı. Santifüj fanla, pompala ve üfleyicile bu guba giele. Değişken hızlı süücülede moto hızının kontolü ile hava veya akışkan akışının kontolü yapılmaktadı. Değişken momentli yüklein özelliği ile ani yük momenti dalgalanmalaı için fazladan güce ihtiyaç duyulmaz, bu yüzden aşıı yük kapasiteli değişken momentli süücüle bu yükle için uygundu.değişken hız uygulamalaı en çok ısıtma, soğutma ve hava koşullandıma uygulamalaında göülmektedi. Bu uygulamalada soğuk hava ihtiyacı azalısa fanı döndüen motoun hızını düşümek geeklidi. Eğe, bu sistemlede veimlilik ve eneji tasaufu planlanmış ise, uygulanacak kontol yöntemi kapalı çevim kontol 11

40 yöntemidi. Bu yolla geek fan ve geekse pompalaın çalıştıılmasında önemli miktada eneji tasaufu sağlanmaktadı [Valentine, 1998]. Altenatif akım (AA) ve doğu akım (DA) süüş tekniklei aasında önemli fakla vadı. DA süüş teknolojisinde, DA motouna uygulanan geilim ayalanaak hız ayaı yapılı. DA süücülei daha ucuzdu fakat kollektö fıça düzeneği ile moto pahalı olmakla bilikte bakım ihtiyacı vadı. Ancak, DA süücülei ile bibileinden bağımsız olaak hız ve moment denetimi son deece yüksek doğululukla yapılı. DA makinalaından elde edilen bu hassasiyet, fıça kollektö düzeneği yeine aynı işlevi yapan bi elektonik deve ile fıçasız doğu akım makinasından da (FDAM) elde edili. Fakat AA motolaı ile kaşılaştııldığında, sistem daha kamaşık ve pahalı hale gelmektedi. AA süücülei daha yeni teknolojiye sahipti ve maliyeti DA süücüleine göe daha fazladı. Ancak, elektikli süüş develeinde çokça kullanılan asenkon makinalaın ucuz olmalaı, az bakım geektimelei ve veimleinin yüksek olmalaı bu makinalaın kullanımlaını süekli attımaktadı. Asenkon makinelede yalnızca demi ve bakı bulunu. İmalatı kolay ve maliyeti düşüktü. Mıknatısı olmayan bi elektik makinesi olduğu için, malzemenin teminindeki isk faktöü de düşüktü. Endüksiyon pensibiyle çalıştığı için kontolü, mıknatıslı motolaa göe daha kamaşıktı. Kontol elektoniğinin donanım ve yazılımındaki gelişmele, bu kamaşıklığın üstesinden gelmektedi. Bu nedenle bu makinalaı süen yeni süüş tekniklei geliştiilmişti. Şekil 1.2 de bi elektikli süüş devesi blok diyagam şeklinde gösteilmişti. Blok diyagamda güç işleme ünitesi olaak gösteilen bloğun içinde güç elektoniği devesi bulunmaktadı. Blok diyagamı göülen elektik süüş devesinde asenkon motoun hız ve/veya moment kontolünü yapabilmek için makinenin çalışmasını fiziksel temellee dayandıaak yeni bi kontol algoitması geçekleştimek geeklidi. Geliştiilecek algoitma makinanın hız ve moment kontol uygulamalaında optimum pefomansı sağlayacak şekilde yapılmalıdı [Vas, 1998]. Güç elektoniği develeinin imal edilişindeki gelişmele ile güç elektoniği develei atık imalatçı fimala taafından modüle halinde imal edilmektedi. Eviici (invete), doğultucu (ectifie), DA/DA çeviicileinde ve moto kontol endüstisinde akım değelei büyüdükçe IGBT (Insulated Gate Bipola Tansisto) anahtala kullanılmaktadı. IGBT le yüksek akım-geilim değeleine sahipti, anahtalama fekanslaı yüksekti, dv/dt ve di/dt dayanımlaı yüksekti, anahtalama 12

41 değişken fom ve iletimdeki kayıplaı azaltılmıştı. IGBT le ile hızlı, doğu ve sessiz bi çalışma elde edilmektedi.gelişen teknoloji ile IGBT lein boyut ve pefomanslaı daha da iyileştiilmektedi. Buna kaşın, fekans değeinin çok yüksek olması amaçlanmış ve akım değei düşük ise MOSFET anahtala kullanılmaktadı. Intenational Rectifies, IXYS, Semikon, Infineon, Misubishi yaı iletken anahtalaı modül halinde üetebilen üeten önemli fimaladı. Yükeuyulanan momentin ve moto dönüş hızının kontolü için elektik motouna uygulanan geilimin genlik ve fekans yönünden denetlenmesi geeki. Eviici güç elektoniği devesi giişindeki doğu geilimi, uygun genlik ve fekansta altenatif geilime çevieek motoa uygula. Böylece, yük üzeinde istenen moment ve hız değelei elde edili. Tezin liteatü aaştıması kısımında veilen bilgiledende anlaşılacağı gibi uzay vektö modülasyonu sayısal bi yöntem olup elekttik motouna uygulanabilecek en kaliteli dalga şeklini üetmektedi. Tez çalışmasında da uzay vektö modülasyonu yöntemi tecih edilmişti. Elektikli süüş sistemlei, elektik motolaının geneatö modu çalışmasına göede tasalanmalıdı. Buna en güzel önek elektikli taşıtladı. Elektikli taşıtla gelecek yıllada fosil yakıtlaının azalması ve havadaki CO 2 miktaının kontol edilemeyecek şekilde atmasıyla çok daha yaygın hale gelecekti [Davai, 2011]. Elektik Kaynağı güç işleme ünitesi Elektik Süüş hız ve/veya moment kontolü hız konum akım geilim algılayıcı Sabit veya değişken yük momenti güç işaet hız ef. konum ef. akım ef. geilim ef. Şekil 1.2 : Değişken hız denetiminde kontol blok şeması. 13

42 Aacın hızlanmasında ve sabit hızda gitmesinde elektik makinası moto olaak çalışmakta iken, aacın fenlenmesinde veya yokuş aşağı haeketinde ise elektik makinesi geneatö konumuna geçe ve elektik üeti, güç elektoniği devesi bu geilimi akü batayasına uygun doğu geilim olaak aktaı ve batayanın dolmasını sağla.başka bi uygulamada, elektik makinası geneatö modunda çalışmaya geçtiğinde güç elektoniği devesi şebekeye bağlı ise, doğultucu evime modunda çalıştıılaak ve uygun filteleme yapılma şatıyla eneji şebekeye gei basılabili. Elektikli aaçlada temel üç unsu bulunmaktadı. Bunla 1. biim ağılık (kg) ve hacime (lt) göe elde edilecek güç (kw), 2. biim maliyete göe elde edilecek güç (kw) ve 3. toplam sistem veim değeleidi. Bu değelein iyileştiilmesiyle, daha hafif ve küçük, daha ucuz ve veimi yüksek süüş sistemleine kavuşulacağı beklenmektedi. O halde, bu unsula dikkate alınaak elektikli süüş sistemi biim maliyeti azaltacak, biim ağılık ve hacme göe daha fazla güç elde edecek ve bunla yapılıken toplam veimin de yükseleceği bi şekilde tasalanmalıdı. Kısaca, şekil 1.2 de blok diyagamı veilen elektikli süüş sistemlei bu şekilde tasalanmaktadı. 1.4 Elektikli Süüşte Kullanılacak Asenkon Makinenin Fiziksel Yapısı ve Standat İmal Edilmiş Asenkon Motoun Eğilei Asenkon makinele endüstide genellikle moto olaak çalıştıılıla, fakat belili koşullaın sağlanması duumunda geneatö olaak da çalıştıılabilile. Geneatö çalıştıılan asenkon motolaın en önemli uygulaması üzga tübinleidi. Asenkon makinelei senkon makineleden ayıan en büyük özellik, dönme hızının sabit olmayışıdı. Bu hız moto olaak çalışmada senkon hızdan küçüktü. Asenkon motola genel olaak stato ve oto olmak üzee iki kısımdan yapılmışladı. Stato, asenkon motoun duan kısmıdı. Stato, stato sac paketlei ve içine sagılaın yeleştiildiği olukladan meydana gelmişti. Stato sagılaı stato sac paketinden yalıtılı. Şekil 1.3 de üç fazlı asenkon makinanın stato ve oto yapısı gösteilmişti. 14

43 Şekil 1.3 : Üç fazlı asenkon makinanın stato ve otounun göünüşlei. Oluk şekillei ve malzeme kalitesi çalışma kaakteistikleini faydalı bi şekilde değiştiebilmektedi. Roto ise donen kısmıdı. Roto, stato içinde statola aasında sabit genişlikli hava aalığı olacak şekilde yataklanmıştı. Hava aalığının küçük olması kaçak akılaın küçük olmasını, güç faktöü ve veimin yüksek olmasını sağlamaktadı. Roto mili üzeinde oto sac paketi ve döne bilezikle bulunu. Stato sac paketi ile sagılaındaki ve oto üzeinde ısıyı dışaı almak için mil üzeine bi pevane yeleştiili. Sincap kafesli asenkon motoun oto sagılaı oto sac paketi üzeine açılmış oluklaa döşenmişti. Oluklaa eitilmiş alüminyum döküleek oto iletkenlei (ba) oluştuulu. Bu iletkenle oto nüvesinden yalıtılmazla. Roto çubuklaı hafifçe eğimli (slightly skewed) yapılı. Bunun nedeni akının sac paketinde doyma olmadan en iyi şekilde mıknatıslama etkisini yapmasının sağlanmasıdı. Üç fazlı asenkon moto üç fazlı eviici ile beslendiğinde üç fazlı döne alan kapalı elektik devesindeki oto iletkenleinde geilim endükle, iletkenleden akım aka ve sonuçta etkiyen kuvvet nedeniyle moto momenti meydana geli. Asenkon motoun yapısından dolayı ilk anda büyük kalkış akımı çektikleinden kalkış momenti düşük olmaktadı. Yine motoun yapısı geeği kalkış yapıldıktan kısa bi süede moto momenti azalmakta, daha sona ise devilme momenti geçildikten sona moto yük momenti şatlaına uyum sağlamaktadı. Asenkon motoun en önemli çıkış büyüklüğü momentidi. Moment otoda oluşmaktadı. Roto çubuğundan (iletkenleinden) akım geçmeye başladığında çevesinde magnetik alanla meydana gelmektedi. He bi çubuğun magnetik alanı hem kendisine hem de komşu çubuğa etkiyeek çubuk diençleinin yükselmesine neden olu. Bu olaya dei etkisi denmektedi.bu olay kalkış süecine olumsuz etki etmektedi. İyi bi 15

44 kalkış için oto iletkenleinin diencinin stato sagılaı diencine göe küçük olması geekmektedi. Roto devi sayısı attıkça, oto elektiksel devesinin fekansı düşe ve dei etkisi akım fekansı ile doğu oantılı olduğundan bi süe sona oto çubuklaın dienci de küçülü. Bilindiği üzee, asenkon motoun mekanik olaylaına ilişkin bi mekanik zaman sabiti ile elektiksel olaylaına ilişkin elektiksel zaman sabiti bulunmaktadı. Elektiksel olayla çok kısa süede olup biteken mekanik olayla süe olaak daha uzundu. Öncelei, asenkon motoun kalkış dinamik olayı motoun yapısal özelliklei değiştiileek iyileştiilmeye çalışılmıştı. Bu iyileştime mekanik zaman sabitinin azaltılması yönündedi. Günümüzde ise, standat imal edilmiş bi asenkon motoun dinamik pefomansı,anılan elektiksel zaman sabiti azaltılaak mekanik olaylaa olumlu yönde etki yapılması ile iyileştiilmektedi. Üç fazlı kafesli asenkon motoun (d-q) sabit stato eksen takımında tanımlanmış matematiksel modeli denklemlei (1,1), (1,2), (1,3), (1,4) ve (1,5) de veilmişti. İlk döt denklem geilim denklemlei, son denklem ise moment denklemidi.matematiksel model, makinanın davanışını hem geçici ve hem de süekli duumda temsil etmektedi. d sd dt d dt sq d d dt d dt q Vsd s sq Rsisd V sq Vd V t e q s sd R i s sq Ss q Rid S s d R i q ve ve ve ve sd Lsisd sq L i s sq d Lid q L i q Mmid M i m q Mmisd M i m sq (1.1) (1.2) (1.3) (1.4) 3 P ( sdisq sqisd ) (1.5) 2 2 Buada akı, V geilim, L öz indüktans, R sagı iç dienci, i akım, M m otak indüktans, s ad/sn olaak senkon elektiksel fekans, P kutup sayısı ve S kayma için kullanılmıştı. Akım, geilim, indüktans ve akı için kullanılan temsil sembolleiyle beabe; alt indis olaak kullanılan d ve q sembollei sıasıyla d ekseni 16

45 ve q ekseni değişkenleini, yine alt indis olaak kullanılan s ve sembollei sıasıyla stato ve oto değişkenleini ayıt etmek içindi. Üç fazlı geilim kaynağından beslendiği kabul edilen asenkon motoun veilen denklemleinin çözümü için şekil 1.4 de veilen Matlab/Simulink modeli kuulmuştu. Bu modelin çözümü ile standat imal edilmiş kafesli asenkom motoun hız, akım, geilim ve moment eğilei elde edilmişti. Elde edilen eğile yine şekil 1.4 de veilmişti. 1 Va 2 Vb 3 Vc W Ws Va Vd Vb Vq Vc Ws Ws Vabc_dq0 5 Vabc 4 My Vsd Vsq Ws My asm Isd Isq Id Iq W Me Mux Mux 1 Me Isdq Idq W Ws Isabc Iabc IdqO,abc 3 Isabc 4 Iabc 2 W 1 s Integato2 MATLAB Function teta(0-2pi)1 6 tetaa Şekil 1.4 : Asenkon motoun Matlab/Simulink modeli ve modelin bilgisayada çözümüyle elde edilen hız, moment, stato ve oto akım eğilei. 17

46 Tezin bu kısmına kada bahsedilenleden anlaşılacağı üzee, kafesli asenkon motoun kontolündeki en önemli soun motoun şekil 1.4 deki eğileden göüleceği üzee kalkış süeci, momentteki dalgalanma ve olası yük değişimleindeki dinamik pefomasının iyileştiilmesidi. Bu iyileştime motoun yapısal özellikleinin değiştiilmesiyle azda iyileştiilmekte ise de, sebest uyamalı doğu akım motoundan elde edilen dinamik pefomans özelliklei elde edilememektedi. Tezin bundan sonaki kısımlaında asenkon motoun dinamik pefomansının güç elektoniği ve sayısal işaet işleme yöntemlei ile ne şekilde iyileştiileceği anlatılacaktı. Asenkon moto stato geilimi, stato fekansı ayı ayı ya da ikisi bilikte kontollü bi şekilde çalıştııldığında geek moment geekse motodan alınabilecek güç değişimlei şekil 1.5 te veilmişti. Şekil 1.5 incelendiğinde 0 hızdan itibaen hızlanmaya başlayan ve yük momentinin belilediği yük koşullaındaki hızdan dönen asenkon motoun plakasında veilen geilim değeine kada faklı hızlada elde edilen eğile sabit moment bölgesindedi. Sabit güç bölgesinde ise fekans değei yükselmeye devam ede. Ancak, nominal geilim izolasyon sınıından dolayı aşılamaz. Şekil 1.5 : Üç fazlı asenkon makinanın senkon altı ve senkon üstü hızlada moment ve güç değişimlei. Şekilde göüldüğü gibi, değişken hızlı elektikli süüşlede asenkon motoun plakasında yazan nominal geilim değeine kada sabit moment üetebili. Bu bölgeye sabit moment bölgesi denmektedi. Nominal geilim değeinden sonaki bölgede ise motoun hızının yükseltilmesi geekiyosa, bu bölgede geilim değei sabit kalacağından moment değei besleme fekansının kaesiyle tes oantılı şekilde 18

47 azalacaktı. Bu bölgeye sabit güç bölgesi ya da alan zayıflatma bölgesi denilmektedi. Asenkon motoun alan zayıflatma bölgesinde çalışmasına en güzel önek günlük hayatımız içine gimeye başlayan elektikli taşıtladı. Elektikli aaçla, küesel ısınma ve tükenen fosil yakıtlaa kaşı etkili altenatif çözümleden bii olaak gündeme gelmişti. Elektikli aaçlada, tekeleklei döndüen kuvvet, elektik motolaı taafından sağlanmaktadı. Elektik tahik sistemlei, içten yanmalı motolala kaşılaştııldığında önemli avantajlaa sahipti. Elektik tahik sistemleinde asenkon makinanın kullanıldığı dikkate alındığında, süüş daha sessizdi, daha yüksek moment üetebilme kabiliyetine sahipti ve bunlada atık sea gazı sounu yoktu. O halde, asenkon makinanın tüm avantajlaı elektikli taşıtlada kullanılabili, dezavantajlaı ise günümüzün teknolojik ilelemelei ile avantaja çevilebili. Bu tez çalışmasında da, oluştuulması öngöülen kontol algoitması bi elektikli taşıtın motounun temel kontol algoitması oalcak şekilde düşünülmüştü. 1.5 Üç Fazlı Asenkon Motoun Fiziksel Büyüklükleinin Gösteimi Asenkon motoun stato fazlaı bibiine elektiksel olaak faz fakı olacak ve statou çeveleyecek şekilde yeleştiilmektedi Asenkon moto üç fazlı geilim kaynağından beslendiğindebibiinden faz fakı olan üç fazlı döne alanla elde edilmektedi.üç fazlı döne alanın a fazına ait temsili gösteilişi şekil 1.6 da gösteilmişti. Döne alan hava aalığını geçeek oto iletkenleinde endükleme yapmaktadı. 19

48 Şekil 1.6 : Üç fazlı asenkon makinanın üç faz sagılaının yeleştiilmesi. Roto iletkenleinden akım geçtiğinde alan içinde bulunan he bi oto iletkenine tesi eden elektomoto kuvvet f=bli fomülünden hesaplanabilmektedi. Asenkon motoun he bi fazına ait elektomoto kuvvetin dalga şekillei ve sonuçta elde edilen bileşke magnetomoto kuvvet şekil 1.7 de gösteilmişti. Şekilde değişik t anlaında hava aalığında hebi fazdan geçen akımlaın aynı yönde üettiklei elektomagnetik kuvvetlein (veyaakı yoğunluğu dağılımlaı) o andaki akım değeine uygun olaak bie uzay vektö ile temsil edilmişti. Bu uzay vektöle ( ) ( ) ( ) ile gösteilmişti. F bileşke vektödü. F bileşke vektöü asenkon moto içinde elde edilen fiziksel bi büyüklüktü. F bileşke vektöünün elde edilmesi ile asenkon moto dönmeye başlayacaktı. Bu dönme haeketi bu tezde vektö kontol yöntemiyle kontol edilmektedi. 20

49 Şekil 1.7 : Üç fazlı asenkon makinanın he bi fazına ait elektomoto kuvvetle ve bileşke magnetomoto kuvvet. Bileşke magnetomoto kuvvet vektöünün elde edilişi (1.6) de veilmişti. Magnetik doyma olmadığı kabulü altında bileşke vektö diğe üç vektöün vektöel toplamıdı. Denklemde gösteilen işaeti vektö anlamındadı. ( ) ( ) ( ) ( ) (1.6) Denklem (1.6)vektöel büyüklüklein mooto büyüklükleine uyalanması açısından fiziksel bi temel oluştuu. Sinüsoidal hava aalığı akı yoğunluğu sinüsoidal olaak dağılmış stato faz sagılaından oluştuulduğu için moto büyüklükleine atanacak vektöle motoun tüm dinamik çalışma koşullaını gösteecekti.moto stato akım ve geilimlei motoun duum uzay matematiksel modelinin giiş büyüklüklei olaak esas alınısa aynı magnetomoto kuvvet denkleminde olduğu gibi ani büyüklükle cinsinden (1.7) ve (1.8) denklemleindeki gibi hesaplanı. i s ( t) i a ( t) 0 0 i ( t) 120 b 0 i ( t) 240 c 0 i s ( t) ( t) i (1.7) 21

50 v s ( t) v a ( t) 0 0 v ( t) 120 b 0 v ( t) 240 c 0 vs ( t) ( t) v (1.8) Yukaıda yapılan tanımlaa uygun olaak şekil 1.8 de stato akımlaının bi vektö ile gösteilişi ve bu akım vektöünün oluştuduğu vasayılan magnetik eksen göülmektedi.stato akım vektöü besleme fekansının meydana getidiği açısal hızda dönecekti. Meydana gelen magnetik alanlaın bibiine eşit olması için stato oluklaına aynı saımda stato sagılaının yeleştiilme zounluluğu vadı. Oluklaa yeleştiilen sagıladan geçen akımlaın ani büyüklük kontolü bu tezin konusudu. Şekil 1.8: Stato faz akımlaını temsil eden stato akım vektöünün gösteilişi. Şekil 1.9 da t=0 anı için stato akım vektöü ile ani değişen üç faz stato akımlaı gösteilmişti. Asenkon motoun fiziksel büyüklükleinin vektölele gösteilişi Tezin 3. bölümünde anlatılacak uzay vektö modülasyonu için bi başlangıç oluştumaktadı. Şekil 1.9 : Stato faz akımlaı ve üç faz stato akımlaının gösteilişi. 22

51 1.6 Hipotez Tezin bu bölümünde yapılan açıklamalaa göe, asenkon motoun hızı yük ile değişmektedi. Klasik kontol yöntemlei ile motoun hızı sabit tutulamaz. Momenthız kaakteistiğinden göüldüğü gibi motoun hız aya aalığı küçük bi bölgedi. Bunun nedeni, asenkon motoun endükleme pensibine göe çalışan bi moto olmasıdı. Sebest uyamalı doğu akım motounda ise motoun akısı sabit tutulaak istenildiği gibi hız ayaı yapılabilmektedi. Tezin amacı, asenkon motoda sebest uyamalı doğu akım motoundakine benze bi şekilde hız aya yapılması olduğundan dolayı, asenkon motoun bu bölümde açıklanan büyüklükleini yine fiziksel temellee dayandıaak yeni bi anlayışla yazaak bi matematiksel model oluştumak geekmektedi. O halde, oluştuulacak matematiksel model oluştuulacak kontol yöntemiyle ötüşeek motoun sıfı hız dahil düşük hızla ve senkon üstü hızlada yükün ihtiyaç duyduğu koşullaı sağlayacak şekilde olmalıdı. Bu geçekleştiildiğinde, asenkon motoun kalkışından itibaen değişken yük koşullaında istenildiğinde hız ayaı ve istenildiğinde moment ayaı yapabileceği, dinamik pefomansının da iyileştiği Tezin 5. bölümünde veilen sonuçla kısmında gösteilecekti. 23

52 24

53 2. UZAY FAZÖR TEORİSİ VE REFERANS TAKIMI TEORİSİ KULLANILARAK ASENKRON MOTORUN MATEMATİKSEL MODELLERİNİNELDE EDİLMESİ Tezin amacının ne olduğunun iyi anlaşılması amacıyla asenkon motoun matematiksel modeli ve elde edilen eğile biinci bölümde 1.4 Elektikli Süüşte Kullanılacak Asenkon Makinenin Fiziksel Yapısı ve Standat İmal Edilmiş Asenkon Motoun Eğileibaşlığı altında veilmişti. Bu bölümde Refeans Eksen Takımı Teoisinden bahsedilecekti. Buna ek olaak, asenkon makinenin matematiksel modellei açıklaması yapılacak Refeans Eksen Takımlaında elde edilecekti. Asenkon motolaın hız veya moment kontolü, kamaşık ve doğusal olmayan yapılaından dolayı, sebest uyamalı doğu akım motolaına göe daha kamaşıktı. Asenkon motoun elektiksel dinamiği ile mekaniksel dinamiği aasındaki doğusal olmayan kuplaj nedeniyle asenkon motoda yüksek pefomans elde etmek oldukça zodu.tezin amacı, anılan kublaj etkisini kaldıaak dinamik pefomansı iyileştimek ve hız algılayıcısı kaldıaak asenkon motoun vektö kontolünü geçekleştimek olduğundan, buna ilişkin Genel eksen Takımında matematiksel model elde edileek vektö kontol için geekli modele geçiş yapılacaktı [Vas, 1998]. 2.1 Uzay Fazölei Teoisi Asenkon makinanın doğusal olmayan yapısı ve fiziki yapısını yansıtacak analitik modelleini eldeetmekteki güçlükleden dolayıgeçek makine modeli çok kamaşıktı. Buna ek olaak, stato ve oto elektiksel develein kendi içleinde ve kendi aalaındaki kublajladan dolayı asenkon makine doğusal olmayan, değişken katsayılı difeansiyel denklemlele ifade edilmektedi. Bu zolukladan dolayı tüm modellemele bazı ihmallele elde edili. Önemli olan yapılan ihmallein ne olduğunun ve elde edilen modelin geçeliliğini nasıl etkilediğinin ifade edilebilmesidi. Yapılan vasayımladan ilki sinuzoidal sagı dağılımıdı ve sonaki başlıkta ifade edilecekti [Hava, 2000]. 25

54 Yapılan vasayımlaın en temeli sinuzoidal sagı dağılımıdı. Temel olaak bu vasayımda makine içindeki sagılaın bileşke magnetomoto kuvvet dağılımının sinuzoidal olacak şekilde yeleştiildiği kavamı vadı. Üç fazlı asenkon makinenin statounda 120 o faz fakı ile yeleştiilmiş üç fazlı sagıla makine etafında bi sinüs dalgasının dolaşmasını sağlamaktadı. Sinüs dağılımının önemi şöyle açıklanabili. Sinüs fonksiyonlaı makine modelinin analitik olaak izlenebili olmasını sağlamaktadı. Sinüsoidal fonksiyonlaıngeçekte önemi vektölele olan bağlantısı ve sonuçta otagonal bileşenle sağlamasıdı. Geçekte sagıla taafından oluştuulan magnetomoto kuvvet saf sinüzoidal değildi. Sagıla stato bloğunda açılmış oluklaa yeleştiili. Bumagnetomoto kuvvet adım şeklinde değişmesine neden olu ve yüksek deeceli hamonikle oluşu. Moto sagılaının filte yapısı ise bu basamak şeklindeki dalga şeklini sinüzoidale yaklaştıı. Makine pefomansını etkileyen sebeplein başında oluşan bu sagı hamoniklein yanısıa akı dalga şeklindeki hamoniklein sagılala etkileşimi ile oluşan hamonikle de vadı. Sinuzoidal yaklaşım, sadece sagıda üetilen magnetomoto kuvvet için değil,magnetomoto kuvvetin makinenin demi kısmı üzeinde olan etkisiyle oluşan bileşke akılaiçinde uygulanı. Ancak akı dalga şeklindeki hamonikle genellikle ihmal edili ve sadece temel bileşeni göz önüne alını. Bu duum büyük bi yaklaşıklık sağla fakat bu yaklaşım ile yapılan modellein geçek makine davanışını yansıttığı gözlenmişti. Makine sagılaının dabe genişlik modülasyonu ile oluştuulan dalga şekilleiyle beslenmesinden dolayı moto faz akımlaında bi mikta zaman hamoniklei meydana gelmektedi. Zaman hamoniklei uygulanan dabe genişlik modülasyonu yöntemiyle alakalıdı. Tezin üçincü bölümünde uygulanan uzay vektö modülasyonu yöntemi ile zaman hamonikleinin ne şekilde azaltıldığı anlatılacaktı. Sinüzoidal vasayım çok önemli olmakla bilikte diğe yaklaşımlada makineyi modellemede kullanılı. Bu vasayımla aşağıda veilmişti; Stato sagılaı sinüzoidal olaak dağılmıştı ve içinden akım aktığı zaman sinüzoidal şeklinde bi magnetomoto kuvvet oluşu. Simetik asenkon motoun stato yada otounda oluk etkisi göstemediği kabul edilmişti. Makinenin demi kısmı doğusal bi malzemedi. Doyma ihmal edilmişti. Tezin dödüncü bölümünde anlatılacağı gibi moto doymaya gimemesi için 26

55 akı değei kontol altına alınmıştı. Demi malzemenin manyetik geçigenliği havaya göe çok büyüktü. Böylece manyetik yolun hava aalığı taafından domine edili. Hava aalığındaki akı dalga şekli büyük bi yakınsamayla temel bileşeni ile gösteilebili. Model kuuluken, tasaım aşamasında çok fazla toleans gösteilmeyen veya gözadı edilmeyen bazı hususla, bu çalışmada hem modeli basitleştimek hem de mikoişlemcinin hesaplama süesini kısaltmak amacıyla bazı vasayımlada bulunulaak ihmal edilmişti. Stato ve oto sagı ya da çubuklaının aynı nitelikte iletkenleden yapılmış olması ve sagıla aasında lik elektiksel açı ile simetinin bulunması. Sinüsoidal bi alan dağılımı sağlayacak şekilde düzgün bi hava aalığının olması Roto ile statodaki diş ve oluklaın elektiksel etkileinin ihmal edilmesi. Roto ve statoda magnetik malzemelein magnetik geçigenlikleinin sonsuz büyük olduğu vasayımı ile doyma etkisinin ihmal edilmesi. Demi kayıplaının olmadığı vasayılmıştı (Leonhad, 1996; Vas, 1998). 2.2 Uzay Fazölei ile Asenkon Makinenin Üç Faz Modeli Asenkon makinanın kontolündeki gelişmele uzay fazö teoisinin uygulanmaya başlaması ile olmuştu. Bi altenatif akım devesindeki sinüsoidal olaak değişen akım ve geilimlei süekli halde fazöle ile gösteili ve matematiksel olaak kompleks sayıla ile ifade edili. Asenkon makinanın üç faz modelinde yukaıdaki vasayımlaı da gözönüne alaak ilgili oto ve stato değişkenlei kendi eksen takımlaında tanımlanmıştı. (Vas, 1998). Şekil 2.1 de üç fazlı bi asenkon makinanın oto ve stato sagılaıyla bilikte enine kesiti veilmişti. Tezin bu kısmında asenkon motoun akım, geilim ve akı gibi fiziksel büyüklükleinin uzay fazölei ile ifade edilebileceği anlatılacaktı. Uzay fazö gösteimi, asenkon makinanın akım, akı ve geilim gibi üç faz büyüklükleini, makinanın kesit düzlemine yeleştiilen kompleks düzlemde ifade edilmeleini 27

56 sağla. Şekil 2.2 de ise üç faz stato akımlaının stato akım uzay fazöü ile temsil edilmesi gösteilmişti. Şekil 2.1 : Simetik üç fazlı asenkon makinenin enine kesiti. Şekil 2.2 : Üç faz stato akımlaın stato akım uzay fazöü ile gösteilişi. Uzay fazölein matematiksel modellee adaptasyonu ile bu büyüklükle üzeinde a=e j 2π 3, a 2 =e j 4π 3 opeatölei ile işlem yapılabilmektedi.uzay fazöleinin kullanımı, kamaşık matematiksel modellei sadeleştidiği gibi, makinenin geçici hal ejimini göstemekte, açı bilgisi de kontol edileek makinanın dinamik pefomansını iyileştien vektö kontolün uygulanmasına olanak tanımaktadı. 28

57 2.3 Stato Akım Uzay Fazöü Şekil 2.2 de gösteilen stato akım uzay fazöü ve üç faz stato akımlaı aasındaki dönüşüm (2.1) de veilmişti. (2.2) de veilen denklem stato akım uzay fazöünün (sd, sq) sabit stato eksen takımında tanımlanmış bileşenleidi. ' gösteimi stato akım uzay fazöünün, dönen oto eksen takımındaki gösteimidi. Aalaındaki dönüşüm (2.3) denkleminde veilmişti. (2,4), (2,5) ve (2.6) gösteimlei stato faz akımlaının gei dönüşüm ile elde edildiği denklemledi. = [ ( ) ( ) ( )] = (2.1) = ( ) ( ) (2.2) = ( ) = ' (2.3) [ ] [ ( ( ) ( ) ( ))] (2.4) [ ] [ ( ( ) ( ) ( ))] (2.5) [ ] [ ( ( ) ( ) ( ))] (2.6) 2.4 Roto Akım Uzay Fazöü Şekil 2.2 de gösteilen kesitte oto akım uzay fazöü ile dönen oto eksen takımı aasındaki açı α ile gösteilmişti. Roto akım uzay fazöü ve üç faz oto akımlaı aasındaki dönüşüm (2.7) de veilmişti. (2.8) deoto akım uzay fazöünün (, β) dönen oto eksen takımında tanımlanmış bileşenlei gösteilmişti. ' gösteimi oto akım uzay fazöünün, sabit stato eksen takımındaki gösteimidi. (2.9) denkleminde oto akım uzay fazöünün sabit stato eksen takımındaki bileşenlei d ve q olaak gösteilmiş ve aalaındaki dönüşüm veilmişti. (2,10), (2,11) ve (2.12) gösteimlei oto faz akımlaının gei dönüşüm ile elde edildiği denklemledi. = [ ( ) ( ) ( )] = (2.7) = ( ) ( ) (2.8) 29

58 = ( ) = ( ) (2.9) [ ] [ ( ( ) ( ) ( ))] (2.10) [ ] [ ( ( ) ( ) ( ))] (2.11) [ ] [ ( ( ) ( ) ( ))] (2.12) 2.5 Stato Akısı Uzay Fazöü Şekil 2.2 de gösteilen stato akım uzay fazöünün stato akı uzay fazöü olduğu kabul edlilise, stato akım uzay fazöü için yapılan dönüşümle stato akı uzay fazöü içinde geçeli olacaktı. Stato akı uzay fazöünün elde edilişi (2.13) ve (2.14) denklemleinde veilmişti. (2.15) denkleminde stato akı uzay fazönün bileşenlei gösteilmişti. (2.16) denkleminde stato akı uzay fazöünün dönen oto eksen takımına dönüşümü gösteilmişti. = [ ( ) ( ) ( )] (2.13) + = (2.14), (2.15) = = + (2.16) 2.6 Roto Akısı Uzay Fazöü Şekil 2.2 de gösteilen oto akım uzay fazöünün oto akı uzay fazöü olduğu kabul edlilise, oto akım uzay fazöü için yapılan dönüşümle oto akı uzay fazöü içinde geçeli olacaktı. Roto akı uzay fazöünün elde edilişi (2.17) ve (2.18) denklemleinde veilmişti. (2.19) denkleminde oto akı uzay fazönün bileşenlei gösteilmişti. (2.20) denkleminde oto uzay fazöünün sabit stato eksen takımına dönüşümü gösteilmişti. = [ ( ) ( ) ( )] (2.17) + = (2.18) 30

59 , (2.19) = = (2.20) 2.7 Uzay Fazölei Kullanılaak Duum Uzay Modelinin Elde Edilmesi L s, L, M s ve M s, sıasıyla stato, oto endüktansı, stato sagılaı aasındaki kuplaj ve stato ile oto sagılaı aasındaki otak endüktansla olmak üzee, sabit stato eksen takımındaki geilim denklemlei ile dönen oto eksen takımında oto geilim (2.21) (2.26) denklemlei aşağıdaki gibi ifade edilebili. V t ) R.i (t ) d (t )/ dt (2.21) sa( s sa sa V t ) R.i (t ) d (t )/ dt (2.21) sb( s sb sb V t ) R.i (t ) d (t )/ dt (2.23) sc( s sc sc V t ) R.i (t ) d (t )/ dt (2.24) A( A A V t ) R.i (t ) d (t )/ dt (2.25) B( B B V t ) R.i (t ) d (t )/ dt (2.26) C( C C ψ sa, ψ sb, ψ sc stato akılaıdı. Hem oto hem de stato akılaı kullanılaak(2.21)- (2.26) aasında veilmiş difeansiyel denklemle (2.27) de veilen matisel fomda yazılabili. p=d/dt tüev opeatöü, θ=θ, θ 1 =θ +2π/3 ve θ 2 =θ +4π/3 olaak tanımlanmıştı. V V V V V V sa sb sc A B C Rs p.l s p.m s p.m s p.m s, cos p.m s, cos 1 p.m s, cos 2 s p.m p.m p.m p.m s, s, s, s R p.l p.m s s cos 2 cos cos 1 Rs p.l p.m p.m p.m p.m p.m s, s, s, s s s cos 1 cos 2 cos p.m p.m p.m s, s, s, R p.l p.m p.m cos cos 2 cos 1 p.m p.m p.m s, s, s, p.m p.m cos R p.l 1 cos cos 2 p.m s, cos 2 i p.m s, cos 1 i p.m s, cos i p.m i p.m i R p.l i sa sb sc A B C (2.27) (2.27) matis takımı asenkon motoun kaakteistikleinin elde edilmesi için çözülmesi geeken biinci deeceden difeansiyel denklem takımını oluştumaktadı. Empedans matisinden göüleceği gibi, katsayıla oto dönme açısına bağlıdı. 31

60 Sincap kafesli asenkon motoun bi özelliği, oto çubuklaı uçladan bileziklele bilikte kapalı elektik devesi oluştuduğundan dolayı eşitliğin sol taafındaki geilim kolonunda oto geilimlei 0 olacaktı. Bu denklem takımının çözümü ile Pak dönüşümüne ihtiyaç vadı. Empedans matisinde bi fazın stato indüktansı L s kaçak indüktans, L sl ile mıknatıslanma indüktansı L sm nin toplamına eşitti. Stato sagılaı aasındaki kuplaj indüktans M s ise mıknatıslanma indüktansı ile oantılıdı. M L cos( 2 / 3) L / 2 (2.28) s sm sm 3 L L M, L L 2 s s s sl sm (2.29) Asenkon makinanın mekanik kısmına ilişkin moment denklemlei ise (2.30) ve (2.31) de ki gibi ifade edilebili. t e 1 2 t d (2.30) dt e tl J B. I I T T s I I * * s 0 M s, M 0 s, (2.31) Moment denkleminin iç döndüme momenti ifadesi elektiksel yanın haeket denklemine etkisini belile. Denklemleden göüldüğü gibi asenkon motoun stato fazlaı aasında, oto fazlaı aasında ve stato ile oto fazlaı aasında ayı ayı kublajla söz konusudu. Bu kublajlaın değelei moto döndükçe değişmektedi. (2.27) ve (2.31) de elde edilen difeansiyel denklem takımı ilk olaak Pak taafından öneilen bi dönüşüm ile katsayılaı zamanla (dönme haeketi ile) değişmeyen difeansiyel denklem takımı haline dönüştüülmüştü. Bu dönüşüm daha sona Refeans Eksen Takımı Teoisinin temelini oluştumuştu. 2.8 Dik Eksenli (Quadatue - Phase) Bilezikli Model Düzgün hava aalıklı bi üç fazlı asenkon makinanın bu modelini elde etmek için, ilk olaak kendi eksenleinde tanımlı faz büyüklükleinden statoa ilişkin olanla (sd, sq)sabit eksen takımına, otoa ilişkin olanla ise hızıyla dönen (, oto eksen 32

61 takımına indigeni. Bibiine dik iki eksen takımında tanımlama yapabilmek için Tezin kabulle kısmında veilen şekilde asenkon motoun simetik ve fazlaının eşit yükleneek sıfı bileşenleinin olmaması geeki; ki bu da motoun nöt noktasının yalıtılmış olması anlamına geli [Vas, 1998]. Buna ilişkin eksen takımı şekil 2.3 de veilmişti. sq sd w Şekil 2.3 : Quadatue-phase bilezikli modelin şematik gösteimi. Dik eksenle üzeindeki stato geilimlei ve akım bileşenlei (2.32), (2.33), (2.34) ve (2.35) denklemleindeki gibi ifade edilebili. a=e j.2/3 uzaysal opeatödü V ( t ) av. ( t ) a V. ( t ) V V V 2 1 V sd Re sa sb sc sa sb sc (2.32) V sq 2 1 V ( t ) av. ( t ) a V. ( t ) V V 2 Im sa sb sc sb sc (2.33) i i i i sd sa sb sc 1 i i i 3 sq sb sc (2.34) (2.35) Benze şekilde stato akımlaı ve dönen oto eksen takımındaki oto geilim bileşenlei (2.36), (2.37), (2.38) ve (2.39) denklemleindeifade edilmişti.. 33

62 2 1 1 V VA VB VC (2.36) V 1 V V B C (2.37) i i i i A B C 1 i i i 3 B C (2.38) (2.39) Yukaıda eksen dönüşümlei ile yapılan indigeme sonası L m =3/2*M s, olmak üzee (2.27)ile veilen matisel denklem takımındaki bağıntıladönüşümle kullanılaak (2.40) matisel hale getiili. Bu ifadede oto ve satato değişkenlei kendi efeans eksen takımlaında ifade edilmişti. Eğe indüktansla sabit ise matis içindeki p tüev opeatölei nedeniyle diagonal bi matis elde edili; ancak eksen takımlaı aasındaki θ açısının zamana bağlı olması dolayısıyla difeansiyel denklemlei zamandan bağımsız kılmak mümkün değildi. Denklemlein çözümünü kolaylaştımak için tigonometik teimleden kutulmak amacıyla yapılması geeken eksen takımı dönüşümlei ileleyen bölümde ele alınmıştı. V V V V sd sq Rs pls 0 plm cos plm sin R s pl pl m m 0 pl s sin cos pl pl R m m cos sin 0 pl plm sin i plm cos i * 0 i R pl i sd sq (2.40) (2.40) denklemleinde sol taafta bulunan geilim kolonunda oto geilimlei asenkon motoun kafes yapısı nedeniyle değelei 0 dı. 2.9 Dik Eksenli (Quadatue - Phase) Kollektölü Model (2.40) denklem takımı incelendiğinde empedans matisinde dönen oto açısı nedeniyle katsayıla zamanla değişmektedi. Elde edilen denklem takımıda çözüme uygun değildi. (2.40) da elde edilen zamana bağlı difeansiyel denklemledeki 34

63 paametelei zamandan bağımsız kılmak amacıyla simetili bileşenle, iki fazlı geçek bileşenle veya Pak dönüşümlei uygulanabili. Pak dönüşümlei ile dönüştüülen ve geçek değişkenle aasında bağıl hız fakı söz konusudu. Pak dönüşümleinin tesi uygulanaak otoa ilişkin değişken büyüklükle duağan efeans eksen takımına indigeni. Roto geilimleinin dönüşümü, V V cos V. d sin V. (2.41) sin V. d cos V. q (2.42) q şeklinde bulunu. Benze şekilde akımlaın dönüşümü de yazılabili. i i cos.i sin. i (2.43) d d q sin.i cos. i (2.44) q V V V V sd sq d q Rs pl 0 pl m L m s R s 0 pl L pl m m s R pl 0 pl L m R 0 pl m L pl i i * i i sd sq d q (2.45) Stato akım ve geilimlei ile sabit stato eksen takımına dönüştüülmüş oto akım ve geilimlei toplu halde (2.45) de veilmişti. Empedans matisi incelendiğinde, (2.40) da göülen zamanla değişen katsayıla bu modelde sabit katsayılı hale getiilmişti. Tez çalışmasında da (2.45) de elde edilen matematiksel model kullanılmıştı. Bu modele ait efeans eksen takımı şekil 2.4 de gösteilmişti. Bu efeans eksen takımı modelinde asenkon motoun oto devesi dönmektedi. Bundan dolayı difeansiyel denklemlein çözümünde akımlala bilikte oto hızıda elde edilecekti. Eğe, oto hız kapalı çevim mantığında efeans değeiyle kontol edilebilise asenkon motoun sabit moment bölgesi içinde geniş bi hız sahasında hız kontolü yapılabilmektedi. Sabit hız bölgesinde kontol için ise fekansın yükseltilmesi ve eş zamanlı olaak stato akım uzay fazöünün eaktif bileşenini önceden öngöülen değelede azaltmak geekmektedi. 35

64 sq sd q w d Şekil 2.4 : Dik eksenli kollektölü modelin şematik gösteimi Genel Eksen Takımında Uzay Fazölei İle Modelleme İkinci bölüm 2.3başlığı altında stato akım fazöünün ve 2.4 başlığı altında oto akım uzay fazöünün kendi eksen takımlaında diğe eksen takımında elde edilişlei ve gösteilişlei veilmişti. Bu dönüşümlede, stato akım uzay fazöü = ( ) = ' ve sabit eksen takımındaki oto akımı uzay fazöü de = ( ) olaak elde edilmişti. Bu bölümde ise Tezin 4. bölümünde anlatılan ve vektö kontolün kuulduğu eksen takımının anlatıldığı w g açısal hızı ile dönen genel eksen takımı anlatılacaktı. Genel eksen takımında w g açısal hızı hehangi bi hız olabili. w g açısal hızı 0 yapılısa sabit stato eksen takımı, w g =w yapılısa oto hızında dönen eksen takımı elde edili. Eğe, w g açısıhızı stato besleme fekansına tekabül eden senkon açısal hıza eşitlenise senkon hızda dönen ekse takımı elde edili. Şekil 2.5 de w g açısı hızından dönen (x, y) genel eksen takımı gösteilmişti. Genel eksen takımının x ekseni ile sabit stato sd ekseni aasında açı θ g olaak tanımlanmıştı. [Vas, 1998]. Genelleştiilmiş eksen takımı asenkon motoun vektö kontolünün yapılabilmesi için geekli olan eksen takımıdı.genelleştiilmiş eksen takımının hızının seçimi kontol edilmek istenen büyüklüğe göe yapılı. Bu tezde genelleştiilmiş eksen takımının hızı doğudan ölçülemeyen oto akısının, başka bi deyişle otot mıktatıslama vektöünün hızı seçilmişti. 36

65 Şekil 2.5 : Genel eksen takımında tanımlı stato akımı uzay fazöü. Şekil 2.5 te stato akım uzay fazöü ve (sd, sq), (α, β) ve (x, y) eksen takımlaı toplu halde gösteilmişti. Stato eksen takımı sabit dönmemektedi. Diğe eksen takımlaı dönmektedi. Eksen takımlaı aasındaki dönüşümle ilgili açılaı kullanılaak yapılmaktadı. Buadaki dönüşümle önceki bölümlede gösteilen dönüşümlele aynıdı. Refeans Eksen Takımı Teoisinin asenkon motoun kontolünde çok büyük yadımı olmuştu. Refeans eksen takımlaı aasındaki dönüşümlei sadece matematiksel dönüşümle olaak gömemek geekmektedi. Bu dönüşümlein fiziksel anlamlaı vadı. Öneğin, sabit stato eksen takımında ifade edilmiş stato büyüklüklei bu eksen takımında doğu geilim büyüklüğü olaak göülmektedi. Doğu geilim büyüklüklei, sayısal işaet işlemci (Sİİ) içinde işlenebili üzeinde işlem yapılabili büyüklükledi. O halde, sayısal işaet işlemci içinde işlem yapabilmek için altenatif tazda değişen büyüklüklein doğu büyüklükleine çevilmesi geekmektedi. Refeans eksen takımlaı dönüşümlei bu işlenebililik duumunu sağlamaktadı. w g hızında dönen genel eksen takımında stato akım, stato geilim ve stato akı uzay fazöleinin elde edilişlei (2.46), (2.47) ve (2.48) denklemleinde veilmişti. Şekil 2.5 den göüleceği gibi uzay fazöleini genel eksen takımında elde etmek için açı dönüşümünü ( s g ) kada ötelemek geeki. 37

66 i sg i e s j. g i s.e s.e j. g i sx j. i sy (2.46) V sg V s e j. g v sx j. v sy (2.47) j. g sg se sx j. sy (2.48) Şekil 2.6 da oto akım uzay fazöü ve genel hızda dönen eksen takımındaki oto akım uzay fazöü gösteilmişti. Roto eksen takımındaki oto geilim uzay fazöü, oto akım uzay fazöü ve oto akısı akısı uzay fazöünün, genel eksen takımına indigenmesi için benze şekilde fazö büyüklüklein ( g - ) kada ötelenmesi geeki. y sq i, i g ' g g x sd Şekil 2.6 : Genel eksen takımında tanımlı oto akımı uzay fazöü. Roto akım uzay fazöü, oto geilim uzay fazöü ve oto akısı uzay fazöünün genel eksen takımında elde edilişlei (2.49), (2.50) ve (2.51) denklemleinde veilmişti. i g i.e j..e j.( ) g i.e j.( ) g i x j. i y (2.49) V g V.e j.( ) g v x j. v y (2.50) j.( g ) g.e x j. y (2.51) Genel hızda dönen eksen takımında stato ve oto geilim uzay fazölei denklemlei (2.52) ve (2.53) te veilmişti. Geilim denklemlei incelendiğinde, yukaıda anlatılan fiziksel açıklamaladan yaalanılaak, genel eksen takımı wg hızında döndüğünden 38

67 stato geilim uzay fazöü denkleminde j sg. ile gösteilen bağıl hızdan g kaynaklanan teim gelmişti. Aynı şekilde oto geilim uzay fazöü ifadesinde de bağıl hızdan kaynaklanan j.( teimi gelmişti. g ) g V V d g (2.52) dt sg sg Rs.i. sg j sg d g (2.53) dt g g R.i ) g j.( g (2.52) ve (2.53) geilim denklemlei içinde akı ifadelei yeine konulusa(2.54) ve (2.55)geilim denklemlei elde edilmektedi. 2.52) ve (2.53) geilim denklemleinde içinde akı ifadeleinin olduğu teimle endüklenen elektomoto geilimi ifade etmektedi. Bu ifadelein fiziksel açıklaması bu teimlein moto içinde akıyı oluştuması ve motoun demi kısmında geekli olan mıknatıslanmayı meydana getimesidi. Mıknatıslanma bilindiği gibi elektomekanik eneji dönüşümü için geekli olandı. V V sg g d d Rsisg ( Lsisg ) ( Lmig ) j. g( Lsisg Lmig ) (2.54) dt dt R i g d ( dt L i g ) d ( dt L i m sg ) j.( )(L i L i ) (2.55) g g m sg (2.54) ve (2.55) geilim denklemlei incelendiğinde, stato akımlaı ölçülebili olduğundan bilinmektedi. Roto akımlaı ise oto elektiksel devesi kapalı olduğundan standat asenkon motoda ölçülememektedi. Roto geilimi 0 olup değei bilinmektedi. O halde, w g hızıda baştan bilinmemekle bilikte dönüş hızı yada değişim hızı bilinen bi fiziksel büyüklüğe w g hızı eşitlenise w g hızda bilinenle aasına katılacaktı. Gelinen sonuca göe sadece oto akımlaı bilinmemektedi. Roto akımlaının difeansiyel denklemlein çözümü ile elde edilebilise, oto akı bileşenleide bilinen hale gelecekti. Roto akılaının bilinmesi elektomekanik eneji dönüşümünün sonucu olan moto momentinin hesaplanabilmesi anlamına gelmektedi. 39

68 Genel eksen takımında dönen eksen takımının hızı şimdilik w g =w s senkon hıza eşitlenise (2.56) da veilen denklem takımı elde edilmektedi. Empedans matisinde oto dönüş hızı ve zamanla değişen katsayıla yoktu. Empedasn matisinde s kayma ifadesi göülmektedi. Roto geilimlei 0 olduğundan yeine 0 yazılmıştı. V V 0 0 sx sy Rs pls sls plm sslm L R s s pl s L s pl m s s m R pl s pl s m L m s L L s L R s pl m s m pl i i * i i sx sy x y (2.56) (2.56) denklem takımının çözümü geçici ve süekli hali kapsamaktadı. Geilim denklemlei hem geçici hem de süekli hal için geçelidi. Moto momenti çözümü yapılan denklem takımının çözümle bilinen büyüklüklei cinsinde (2.57) ve (2.58) de veilen denklemlele elde edilebili. t e d dt m tl J Bm (2.57) P çift kutup sayısı olmak üzee, w m =P.w s di. Moto moment bilinenle vinsinden (2.58) deki gibi yazılabili. t e 3 3 P.Lm.i sg ig P.Lm ( isxiy isyix ) (2.58) 2 2 (2.56) da veilen denklem takımında hedef olaak seçilen duum değişkenlei akımla ve akıla olabili. Hesap edilecek faklı büyüklükle cinsinde faklı moment ifadelei (2.59) (2.62) de veilmişti. t e t t 3 P.( xisg ) (2.59) 2 e sg 3 P.( xig ) (2.60) 2 e g 3 Lm P. ( sgx g ) (2.61) 2 2 ( L L L ) s m 40

69 t e 3 Lm P. ( sgxig ) (2.62) 2 L s 2.11Roto Mıknatıslama Akımı Kullanılaak Asenkon Motoun (sd, sq) Modeli Tez çalışmasının dödüncü bölümünde kuulan vektö kontollü matematiksel modelde oto mıknatıslama akımı kullanılmaktadı. Vektö kontollü matematiksel modelde oto mıknatıslama akımı ile stato akım uzay fazöü bileşenlei aasında matematiksel ilişki vadı. Bu başlık altında, anılan bağıntılaın dödüncü bölümde iyi anlaşılabilmesi için oto mıknatıslama akımı kullanılaak matematiksel model elde edilmişti. Bu modelde, tüm oto ve stato değişkenleini sabit stato eksen takımında tanımlamak için, daha önce genel eksen takımı için çıkaılan matematiksel modelde eksen takımının açısal hızı w g sıfı alını. Simülasyon kontol amaçlı geçeklendiğinden, giişte belitilen vasayımla yapılmıştı. Makinanın beslendiği eviici ideal vasayılaak, eviiciden kaynaklanan gecikme sıfı kabul edilmişti. Roto hızı, stato duağan eksen takımındaki stato ve oto mıknatıslanma akımlaı duum değişkenlei olaak; aynı eksen takımındaki stato geilimlei ise kontol paametelei olaak seçilmişti. Roto mıknatıslanma akımının sabit stato eksen takımındaki (sd, bileşenleinin duum değişkeni olaak seçilmesiyle, mıknatıslanma akımı dolayısıyla da oto akısının genliği ve açısı bulunabilmektedi (Vas, 1998). (2.63) ile veilen stato geilim uzay fazö denkleminde stato akısı yeine + ifadesi yazılaak düzenleme yapılmıştı. v s 2 dis Lm dim Rs.i s Ls (2.63) dt L dt şeklindedi. l oto kaçak faktöü olmak üzee, sabit stato eksen takımındaki oto mıknatıslama akımı (2.64) ve (2.65) de veildiği gibi yazılabili. i ' m i (1 ). i (2.64) s ' 41

70 L / L (2.65) l m Roto mıknatıslama akım uzay fazöünün değişimi ve sabit stato eksen takımındaki bileşenlei cinsinden (2.66), (2.67) ve (2.68) de elde edilmişti. di dt m is 1 j.. im (2.66) T T di dt i i T md sd md di dt i i mq sq mq T. i (2.67) mq. i (2.68) md (2.67) ve (2.68) denklemlei (2.63) de veilen stato geilim uzay fazöü bağıntısında yeine konup, duum değişkeni olaak seçilen stato akım uzay fazö bileşenlei eşitliğin sol taafında yalnız bıakılacak olusa (2.69) ve (2.70) de veilen matematiksel model elde edili. di dt di sd sq dt u sd ' ' '.i sd i ' md. imq (2.69) Ls Ts T T u sq ' ' '.i sq i ' mq.i md (2.70) Ls Ts T T (2.69) ve (2.70) denklemleinde ' ile veilen büyüklükle geçici zaman sabitlei ve buna ilişkin endüktanladı. Bu paametlein değişimlei model içine konulduğunda modelin geçici hali en iyi şekilde veeceği göülmektedi. Bu yapıldığında asenkon motoun dinamik pefomansı da beligin bi şekilde iyileştiilmiş olacaktı. Dinamik pefomansın en iyi göüldüğü büyüklük moto momentidi. Mekanik kısma ilişkin moto momenti ifadesi de (2.71)ve (2.72) de elde edilmişti. t e d 1 t. e tl B (2.71) dt J 2 3 Lm.P imd.i sq imq. isd (2.72) 2 L 42

71 (2.69) ve (2.70) denklemleinin çözümünden i md ve i mq yadımı ile oto mıknatıslama akımının büyüklüğü (2.73) ve (2.74) de veilen dönüş hızı ile buna tekabül eden açısı hesap edilebili. Duum değişkenleinden mıknatıslanma akımının genliği aşağıdaki gibi çıkaılabili. i i i 2 2 m md mq (2.73) i mq actan (2.74) i md 2.12 Sebest Uyamalı Doğu Akım Motou İle Kuulan Benzelik Moment asenkon makinanın en önemli çıkış büyüklüğüdü. Statodan motoa uygulanan elektik kaynağı nedeniyle motodan moment ve çıkış gücü alını. Motoa uygulanan elektik kaynağının az hamonikli olması çıkış momentininde çok daha az salınımlı olmasını sağlayacaktı. Ancak, salınım asenkon motoun doğasında vadı. Asenkon motoda moment oto iletkenleini (Şekil 2.7) kesen dönen akı yoğunluğu dağılımı ile doğu oantılıdı. Stato sagı dienci ve kaçak endüktansın ihmali ile hava aalığı akı yoğunluğu uygulanan geilimin integali ile elde edili. Şekil 2.7 : Roto iletkenleinin fiziksel gösteimi. Hava aalığı akı dağılımı, statoa göe senkon hızda otoa göe ise kayma açısal hızında dönmektedi. Hava aalığından otoa yönleneek devesini tamamlayan akı yoğunluğu oto iletkenleinde geilimle endüklemektedi. Roto kaçak akısını sıfı kabul edeek Şekil 2.8 de oto iletkenleinde akım dağılımı ve iletkenlei kesen akı 43

72 dağılımının endüklediği geilimle göülmektedi. En büyük endüklenen geilim büyük daieyle gösteilmişti. Bu duumda geçen akım en büyük olmaktadı. bileşke akı=0 Şekil 2.8 : Roto iletkenlei akım dağılımı ve iletkenlei kesen akı dağılımının endüklediği geilimle. Sinüsoidal dağılımlı oto akı uzay vektöü Şekil 2.9 da gösteilmişti. ye kaşılık olaak stato sagılaından ek akımla çekilmektedi. Bu akımla ile gösteili ve yi sıfılamaya çalışaak hava aalığı akı yoğunluğunun değişmemesini sağla. Daha doğusu değişmemesi stato sagı diencinin ve kaçak endüktansın sıfı kabul edilmesindendi. Şekil 2.7 ve şekil 2.8 incelendiğinde asenkon motoun oluklaındaki sagıladan akım geçmeye başladığı anda döne alanın nasıl meydana geldiği göülmektedi. Bu döne alan bileşke vektö olaak matematiksel denklemlele ifade edilmektedi. Döne alan besleme geiliminin vektöel anlamda büyüklükleinin değişmesiyle ani değe olaak değişmektedi. O halde, tezin amacı olan asenkon motoun doğu akım motou gibi kontolünün sağlanabilmesi için; ani değe olaak değişen döne alan bileşke vektöünün kayma fekansından bağımsız şekilde kontolünün sağlanaak işlem yapılacak efeans eksen takımında sabit değe olaak elde edilmesinin vektö kontollü matematiksel denklemlele sağlanması geekmektedi. 44

73 Şekil 2.9 : Sinüsoidal dağılımlı oto akı uzay vektöü. t=t 1 anında hava aalığı akı dağılımı dönmektedi, fakat nispi konumu aynı kalmaktadı. Bu duum otoda üetilen magnetomoto kuvvetin he zaman akı yoğunluğu uzay vektöüne göe 90 o gei fazda kaldığını göstemektedi. Çünkü akı yoğunluğu uzay vektöü senkon hızda oto hızından bağımsız olaak dönmektedi. Endüklenen moment Şekil 2.9 dan göüldüğü gibi akımının aktığı vasayılan sinüsoidal sıfılamaya çalışan sagı taafından üetilen stato magnetomoto kuvveti ile gösteili. Moment ifadesi (2.63) ve (2.64) numaalı eşitlikle ile veilmişti. Moment ifadesi uzay fazölei cinsinden ise (2.65) de veilmişti. (2.63) (2.64) x =.. (2.65) (2.65) denkleminden göüldüğü gibi moment, sato akı dağılımının büyüklüğü ile oto iletkenleinden akan akımla bilikte aalaında açının sinüsü ile oantılıdı. Siin teimi moment ifadesinim doğusal olmamasını sağlamaktadı. Tezin konusu asenkon motoun sebest uyamalı doğu akım motou gibi kontol edilmesinin sağlanmasıdı. Şekil 2.10 daasenkon motoun doğu akım motouna benzetilmiş temsili kesiti gösteilmişti. Doğu akım motounun statouna yeleştiilen ve alan oluştuan sagının meydana getidiği akı yoğunluğu ve endüvi 45

74 olaak bilinen oto sagısının oluştuduğu magnetomoto kuvveti aasında 90 o faz fakı bulunmaktadı.şekil 2.10 daki gösteim bu özelliğin asenkon motoun fiziksel yapısı nedeniyle asenkon motoda bulunmamasına ağmen elektiksel yöntemlele yapılabileceğini göstemektedi. Şekil 2.10 : Statoun üettiği hava aalığı akı yoğunluğu. Bu tip analiz geleneksel analizden faklı olaak tek faz eşdeğe deveye dayandıılaak moment üetimi ve optimum pefomansın elde edilmesi için geekli kontol algoitması elde edili. Önek olaak değişken hızlı süücülede (2.63) de veilen akı yoğunluğu en büyük değeinde tutulmalıdı. Bu duumda oto bakı kayıplaını azaltma mümkündü. Hava aalığı akısı yoğunluğu (2.64) de en büyük değeinde sabit tutulmuş moment üetimi kayma hızına bağlı olaak değişmektedi. Değişken hızlı süücü ile elde edilen kaakteistikle Şekil 2.11 de gösteilmişti. Böylece hız kontolü için bibileine paalel moment-hız kaakteistiklei elde edili. Şekil 2.11 : Değişken hızlı süücü ile elde edilen kaakteistikle. 46

75 Asenkon motoda fenleme duumuda endüstide en çok kaşılaşılan dinamik bi olaydı. Fenleme esnasında anlık olaak büyük bi eneji oluşmakta ve buna kaşılık anlık büyük genlikli akım üetilmektedi. Şekil 2.12 de gösteilen fenleme duumunda, elektiksel fenlemede (ω > ω s ) oto akımı moto çalışmaya göe tes yönde akmaktadı. Dönüş yönü ise değişmemektedi. Elektiksel fenleme modunda endüklenen momenttes yönde etkimektedi. Bu tü çalışma özellikle üzgâla tahik edilen elektikli sistemlede kullanılan asekon geneatöde göülmektedi. Elektikli taşıtlada da fenleme en çok kaşılaşılan dinamik olaydı. He fenleme anında akımın tes çevilmesiyle bu akımı akülee doğu yönlendiileek akülein süekli dolu kalması sağlanabili. bileşke akı=0 Şekil 2.12 : Elektiksel fenlemede oto akımı. 47

76 . 48

77 3. UZAY VEKTÖR MODÜLASYONU Bu bölümde bi dabe genişlik modülasyonu yöntemi olan uzay vektö modülasyonu (UVM) yönteminin geçekleştiilmesi anlatılacaktı. Dabe genişlik modülasyonu moto fazlaından geçen akımın sinüse yaklaşmasını sağlayacak şekilde eviicideki IGBT lein anahtalamalaını sağlayan bi yöntemdi [Novotny, 2000]. Günümüzde mikoişlemci ve yaı iletken teknolojilein gelişmesiyle sayısal olaak yapılmaktadıla. Böylelikle analog develein hız sınılamalaındaki dezavantajlaı otadan kalkmış olmakta süme işaetlei için ayı devele kumaya geek kalmamaktadı. Bu sayede anahtalama fekanslaı da kulağın algılayabileceği sınıın üzeine çıkılaak 20 khz ve yukaısında yapılabilmektedi. Oysa analog develede bu fekanslada önceden öngöülen süekli güvenili bi çalışma elde etmek needeyse mümkün değildi [Boldea, 1999]. 3.1 Üç Faz Geilim Aa Develi Eviicinin Çalıştıılması Tez çalışmasında 600 V luk TO240 kılıflı IRG4BC20UD kodlu IR fimasının IGBT lei kullanılmıştı. IGBT kılıfı içinde gei besleme diyoduda bulunmaktadı. Deneysel çalışmada elektonimagnetik giişimin bi poblem yaatmaması için baskılı deve olaak geçekleştiilen geilim aa develi eviici Şekil 3.1 de gösteilmişti. Şekil 3.1 : Üç faz geilim aa develi eviici. 49

78 Baskılı devenin tasalanmasıda olabilecek güültülei en aza indigeyecek şekilde yapılmıştı. Nöt yollatı kalın çizileek endüktans değei azaltılmaya çalışılmıştı. Zayıf akımlaın aktığı işaet yollaı yüksek akım taşıyan yolladan uzakta ve ince çizilmişti. Asenkon motoun fenlenmesi sıasında akıma yol sağlayacak gei besleme diyotlaı IGBT kılıflaı içinde mevcuttu. Eviicide üst kol IGBT le Sa, Sb ve Sc olaak gösteilmişti. Eviici dahil güç devesi Şekil 3.2 de gösteilmişti. Şekil 3.2 : Asenkon motoun güç devesi. Şekilde gösteilen eviici yük altında çalıştııldığında aynı koldaki alt ve üst anahtala kontol işaetleinin osiloskop ile bibileinin tümleyeni olup olmadığına bakılmıştı. Bu şekilde çalıştıılan SVM algoitmasının (EK 1) doğu olup olmadığı denenmişti. Buna ek olaak algoitmanın doğu olup olmadığı iki kol aasındaki kontol işaetlei aasında 120 o faz fakı olup olmadığına da bakılmıştı. Eviiclede doğu geilim baasının kısa deve olmaması için alt ve üst anahtalaın aynı anda iletimde olması geeklidi. Ayıca tezde yapılan gözlemde IGBT lein kesime gitme süeleinin iletime geçme süeleinden daha uzun olduğu göülmüştü. Bu duum göz önüne alınmadan yapılan anahtalama işleminde de dc baanın kısa deve olduğu göülmüştü. Bunu sonucunda IGBT anahtalaın kontol işaetini sağlayan IR2132 süücüsünün kendi içinde sağladığı 1 μs ölü zamanın yeteli olmadığı anlaşıldığından 50

79 DSP içine ek ölü zaman eklenmişti. Eviici fazına ilişkin temsili bi anahtalama lojiği Şekil 3.3 te veilmişti. DGM DGM A A fazı fazı üst tanzistö DGM Üst IGBT (Sa) kapı Kapı süme devesi DGM A moto fazı Ölü zaman devesi Ölü zamanla Ölü zamanla kapı Kapı süme devesi DGM A Şekil 3.3 : IGBT anahtalaınanahtalama lojiği 3.2 Geilim Denklemleinin Anahtalama Lojiği İle Elde Edilmesi Şekil 3.1 de gösteilen eviici devesinde motoun faz geilimlei V a, V b ve V c ve faz aası geilimle V ab, V bc ve V ac di. Üst koldaki IGBT lein anahtalama lojiklei a, b ve c ile gösteilise alt koldaki IGBTlein anahtalama lojiklei de eşleniklei olacaktı. Lojik anlamda 1 IGBT nin iletimde olması, 0 ise kesimde olması anlamına gelmektedi.motoun a ve b fazlaı aasında faz aası geilimini oluştumak için motoun a fazının dc baanın + taafına, b fazının ise dc baanın taafına bağlı olması geekmektedi. Bunu sağlayacak anahtalama lojiğinde Sa nın 1 ve Sb nin 0 olması geekmektedi. Diğe faz aası geilimle içinde benze lojik kuulmuştu. Motoun faz aası geilimlei ile anahtalama duumlaı aasındaki bağıntıla matik gösteimiyle(3.1) de veilmişti. [ ] [ ] [ ] (3.1) Motoun faz geilimlei de anahtalama lojiği ile benze şekilde elde edili. Faz geilimleine ait matis gösteimi (3.2) de veilmişti. 51

80 [ ] [ ] [ ] (3.2) Yapılan açıklamalaa göe, a, b ve c üst kol IGBT lein anahtalama lojik duumlaına göe sekiz faklı anahtalama duumu elde edilebileceği göülmektedi. Bu faklı sekiz anahtalama duumuna göe asenkon motoun faz geilimlei ve faz aası geilimlei Çizelge 3.1 de veilmişti. Anahtalama duumlaından altı tanesi (100), (110), (010), (011), (001) ve (101) duumlaında moto fazlaı dc baanın + ve ucuna bağlanaak asenkon makine moto olaak çalışmakta, akım yönü moto fazlaına doğu olmaktadı. Gei kalan iki duum olan (000) ve (111) de dc baa ile itibat kesilmekte ve sebest geçiş diyotlaı çalışmaktadı. Bu duumlada moto faz geilimlei ve faz aası geilimle sıfı olmaktadı. Çizelge 3.1 : Sekiz faklı anahtalama duumuna kaşılık gelen duumla Anahtalama değişkeni Faz-nöt geilimle Faz aası geilimle a b c V AN V BN V CN V AB V BC V CA V 3 DC 1 V 3 DC 1 V 3 DC V DC 0 VDC V 3 1 DC V 3 DC 2 V 3 DC 0 V DC VDC 1 V DC V 3 DC 1 V 3 DC V DC V DC 0 2 V DC V 3 1 DC V 3 DC V DC 0 V DC 1 V DC 1 V 3 DC 2 V 3 DC 0 VDC V DC V 3 DC 2 V 1 3 DC V 3 DC V DC DC V

81 3.3 Anahtalama Duumlaına Göe Geilim Vektöleinin Elde Edilmesi Şekil 3.4 te sekiz faklı anahtalama duumuna kaşılık gelen anahtalaın konumlaı veilmişti. V 1, V 2, V 3, V 4, V 5 ve V 6 geilim vektölei oluştuğunda moto fazlaından akım akmaktadı. V 0 ve V 7 geilim vektöleinde gei besleme diyotlaı üzeinden dc baaya doğu akım akmaktadı. Şekil 3.4 : Sekiz faklı duuma kaşılık gelen anahtalama duumlaı 53

82 3.4 Güç Devesinin Oluştuulması Tez çalışmasında öncelikle SVM algoitmasının test edilmesi amaçlanmış daha sona asenkon makinenin vektö kontol modeli kuulmuştu. Şekil 3.5 te Texas Instument fimasının TMS320C240 DSP nin montaj şeması gösteilmişti. Bu montaj şemasında SVM algoitması bilgisayada C kodu ile yazılmış, şekil 3.6 da gösteilen DSP katı vasıtasıylaişlenebili makine koduna çevileek IGBT le için geekli süme işaetlei elde edilmişti. Şekil 3.5 : DSP güç devesi. Şekil 3.6 : DSP katının göünüşü. 54

83 SVM algoitması çalıştııldıktan sona elde edilen kapı süme işaelei osiloskopta genişleyen ve daalan dabe katalaı şeklinde göülmektedi. Bu dabe katalaı bölüm sonunda veilen osiloskop çıktılaında göülmekledi. O halde, bu elde edilen dabe katalaının inceleneek doğu olup olmadıklaının tespit edilmesi geekmektedi. Bunun için uygulanan yöntem bölüm sonunda veilmişti.elde edilen DGM kapı süme işaetleinin doğu olmaması duumunda Şekil 3.3 de veilen dc baanın kısa deve olma şatı geçekleşmektedi. Olası bi kısa deve duumunda DSP katının zaa gömemesi için güç devesi ile DSP katı aasında optik izolasyon mevcuttu. Algoitma çalıştııldıktan sona DSP nin PWM1-6 çıkışlaında +5 genlikli DGM işaetlei elde edilmektedi. Bu işaetle IR2132 süücüsünün 2-7 pinleine uygulanan giiş işaetleidi. IR2132 süücüsü bu işaetlei +15 Vdc seviyesinde Sa ve eşleniği S, Sb ve eşleniği S ve Sc ve eşleniği S olmak üzee, ayıca Sa, Sb ve Sc aasında 120 o faz fakı olmak üzee DGM işaetleine dönüştümektedi. Elde edilen bu işaetle IGBT lein kapı süme işaetleidi. O halde, yukaıda anlatıldığı gibi elde edilen bu işaetleinde doğu olup olmadıklaının kontol edilmesi geekmektedi. Kontol yöntemi bölüm sonunda veilmişti. Kontol işaetleinin IGBT lee uygulanışı Şekil 3.7 de gösteilmişti. Bi önceki kısımda bahsedilen ölü zaman için moto yükte çalıştıılaak denenmiş, optimal bi ölü zaman bulunmuştu. Nomalde IR2132 süücüsü 5 ns olacak şekilde ölü zamanı kendisi yaatmaktadı. Ancak bu zaman yeteli olmamıştı. Osiloskop çıktılaından stato akımlaına bakılaak optimal ölü zamana kaa veilmişti. DSP içindeki DPTCON egistıındaki sayı değiştiileek ölü zaman 0,1 μs yapılmıştı. Şekil 3.7 : Asenkon motoun eviici ve DSP bağlantısı. 55

84 3.5 Geilim Uzay Fazöünün Oluştuulması Çizelge 3.1 de veilen 6 adet anahtalama duumuna kaşılık gelen üç faz moto faz geilimlei uzay fazö teoisine göe tek bi fazö gösteilebili. Eğe anahtalama duumlaı sıasıyla geçekleştiilise, uzay fazöünün ye eğisi daie olacaktı. Anahtalama duumlaından (100) duumuna kaşılık gelen geilim uzay fazöü ve faz geilimlei Şekil 3.8 de gösteilmişti. A fazı dc baanın + taafında bağlandığından V a +, diğe geilimle ise olacaktı. Sonuç olaak sekiz faklı duuma kaşılık geilim uzay fazöü UVM algoitmasının temelini oluştumaktadı. Şekil 3.8 : (100) duumuna kaşılık gelen uzay vektöleinin aldığı duum. Şekil 3.8 de göülen geilim uzay fazöünün büyüklüğü ve hızı statoa uygulanacak geilimlein büyüklüğünü ve fekansını belilemektedi. Fazöün dönüş yönü ise otoun dönüş yönünü göstemektedi. 3.6 Altıgen Yapının Oluştuulması Çizelge 3.1 de veilen sıfı olmayan geilim vektölei Şekil 3.8 de gösteildiği gibi kompleks düzlemde yeleştiilise Şekil 3.9 da gösteilen altıgen yapı elde edili. 56

85 Şekil 3.9 : Altıgenin oluştuulması. Altıgen yapıda altı bölge mevcuttu. Eğe geilim fazöü bölge içinde ise komşu iki geilim vektöünün bileşkesi geilim uzay fazöünü oluştuacaktı. Öneğin 1. bölge içinde V ef ile gösteilen vektöü elde etmek için (100), (110) ve sıfı geilim vektölei kullanılacaktı. 1. Bölge Şekil 3.10 da gösteilmişti. Şekil 3.10 : Biinci bölge. 3.7 Modülasyon İndeksi Şekil 3.9 da gösteilen altıgen içinde çizilen uzay fazöünün ye eğisinin büyüklüğü Modülasyon İndeksi (M) ile alakalıdı. Vektöün büyüklüğünün en büyük olduğu duum şekilde göüldüğü gibi altıgenin dışına taşmayack duumun ifade edildiği (M=1) duumudu. Geçici duum dışında tez çalışmasında M=1 ile sınılandıılmıştı. Bilindiği gibi asenkon motou eviici üzeinden çalıştımak için he ne yöntem 57

86 kullanılısa kullanılsın elde edilen faz geilimlei Fouie seisine açıldığında temel bileşen ve hamoniklein olduğu göülecekti. Buada önemli olan dc baa geiliminin kullanma faktöü olaak bilinen modülasyon indeksinin (M) yükseltilmiş olmasıdı. Liteatüde de dc baa geiliminin kullanım oanı ya da eviicinin giiş ve çıkış geilim oanı olaak bilinen modülasyon indeksi (3.3) te fomüle edilmişti. Buada V 1-1 t faz aası geilimin tepe değei ve V dc dc baa geilim değeidi. SVM de M ise (3.4) te veilmişti. M V llt (3.3) V DC (3.4) Analog DGM yöntemleinde M in alabileceği en büyük değe (3.5) te hesaplanmıştı. Elde edilebilecek maksimum faz geilimi 0,5 V DC olduğuna göe maksimum modülasyon indeksi 0, olmaktadı V M DC (3.5) V DC Bu duumda SVM ile M, sinüzoidal DGM yönteminde % 15,4 fazla olmaktadı Bölgede Anahtalama Lojiği Stato geilim uzay fazöünün dönüş yönü motoun dönüş yönünü göstemektedi. 1. Bölgede fazö ilelediğinde bölgenin sonlanış vektöü (110) duumuna kaşılık gelen vektö olacaktı. Altıgen yapıya göe üst IGBT le 60 o de duum değiştiecekledi. Geilim uzay fazöünün 1. Bölge içinde olma duumu Şekil 3.11 de gösteilmişti. Stato besleme fekansı 50 Hz ise, bu fekansın peyot olaak süesi 20ms di. 20 ms lik süenin (20/6) ms lik süesi 1. bölgede geçmektedi. Bu süede moto fazında oluşan geilimin küçük bi kısmı ve diğe beş bölge ile bilikte bi peyotluk geilim dalga şeklinin hepsi elde edilmektedi. DGM (PWM) peyonun 20kHz (süesinin 50μs) olduğu dikkate alındığında, sadece 1. bölgede geilim dalgasının elde edilebilmesi için IGBT anahtala yaklaşık defa açma ve kapama yapacaktı. 58

87 Şekil 3.11 : 1. Bölge içinde geilim uzay fazöünün aldığı duum. Geilim uzay fazöü 0 açısından (A ekseni) başlayaak 60 o de sonlanan 1. Bölgeyi kat ettiği süe DGM peyotudu (T DGM ). Bu süeye kaşılık gelen fekans ise DGM fekansıdı (f DGM ). SVM algoitması 5 khz den 40 khz e kada faklı fekanslada denenmişti. Fekansın atması stato sagılaında daha az distosiyonlu akım elde edilmesini sağlamıştı. SVM algoitması önceden belilenen bi anahtalama lojiğinin yazılım diline dökülmesidi. Yaı iletken ve mikoişlemci teknolojisinin gelişmesiyle sayısal DGM yöntemleinin sayısal moto denetimine uygulanması amaçlanmıştı. Liteatüde simetik ve simetik olmayan DGM yöntemlei mevcuttu. Analog anlamda simetik ve simetik olmayan efeans sinüs dalgasının kaşılaştııldığı taşıyıcı dalganın şekli de açıklanmaktadı. Sayısal anlamda ise taşıyıcı dalga sayma işlemidi. Eğe bi DGM peyodu içinde sayma işlemi peyodun otasına kada yukaı, peyodun otasından sonuna kada aşağıya doğu ise simetik DGM işaetlei elde edili. 1. Bölgeye ait anahtalama lojiği Şekil 3.12 de veilmişti. 59

88 Şekil 3.12 : 1. Bölgede anahtalama lojiği. Şekilden göüldüğü gibi bi anahtalama peyodu (DGM peyodu) içinde yedi anahtalama haeketi vadı. Anahtalama düzeninde eviicinin üst kol IGBT lei anahtalanmaktadı. Bu nedenden dolayı tez çalışmasında anahtalama kayıplaının duumu da incelenmişti. DGM fekansının akımdaki dalgalılığa ve toplam hamonik distosiyonuna doğudan etkisi vadı. Simetik DGM yönteminde T anahtalama peyodu olmak üzee T ye göe simeti bulunmaktadı. Bölge 1 için seçilen geilim vektölei şu şekildedi;[v o V 1 V 2 V 7 V 2 V 1 V o ] benze anahtalama model tek numaali sektöle için kullanılı. Bölge 2 için anahtalama modeli ise [V o V 3 V 2 V 7 V 2 V 3 V o ] şeklindedi. Benze anahtalama lojiklei diğe tek ve çift numaalı bölgele içinde geçekleştiilmişti. T süesinin 20 khz DGM fekansı için 50 μs di. SVM algoitması çalıştııldığında 1. Bölge içinde Sa, Sb ve Sc anahtalaının iletime geçme zamanlaı hesaplanmaktadı. Bu zamanla DSP katı içindeki CMPR1, CMPR2 ve CMPR3 egisteleine yazılmaktadı. DGM geneatöünde de bu iletim zamanlaına kaşılık gelen DGM işaetlei üetilip PWM1-6 çıkışlaına veilmektedi. 60

89 3.9 SVM Algoitmasının Geçekleştiilmesi SVM Algoitmasının denemesi için Şekil 3.13 te veilen asenkon motoun V/f hız denetimi kuulmuştu. Şekil 3.13 : Asenkon motoun U/f denetimi. Şekilde göülen hız denetiminde asenkon motoun milinden encode ile hız gei beslemesi alınaak efeans hız değeiyle kaşılaştıılmıştı. Meydana gelen hata kayma kompanzasyonundan geçiileek ve oto hızıyla toplanaak senkon hız elde edilmişti. Hız efeansı için bilgisaya içinde Tcl/kl denilen pogamla aabiim yazılmıştı. Tcl/kl ile yazılan aabiim Şekil 3.14 te gösteilmişti. Bu aabiim sayesinde motoun duması, kalkışı, hızı ve dönüş yönü kontol edilmektedi. Aabiim pogamından göüldüğü gibi istenilen efeans hız ekandan seçildiğinde yazılan pobam utini ile bu fekans istenilen efeans hıza dönüştüülmektedi. Bu efeans hız ile geçek oto hızı kaşılaştıılaak motoun efeans hızda dönmesi sağlanı. Ayalanan fekans değei stato besleme geiliminin fekansı olacaktı. O halde, DSP kullanılaak hız ayaı yapılan asenkon motoda temel hız kavamı olmamaktadı. Tezde senkon hızı 1500 d/d olan asenkon moto aabiim hız aya çubuğundan göüldüğü gibi 3000 d/d hıza kada döndüülmüştü. Böylece asenkon moto Hz aalığında kontol edilmişti. 61

90 Şekil 3.14 : Hız efeansın elde edildiği aabiim. Asenkon motoun hız denetimi V/f pofiline göe yapılmıştı. Senkon hıza kaşılık gelen fekans stato sagılaına uygulanacak geilimin fekansıdı. Senkon hızdan stato fekansı f s ve stato geilim uzay fazöünün açısı hesaplanmaktadı. F s fekansı V/f pofili için giiş ve büyüklüğüdü. V/f pofili Şekil 3.15 te gösteilmişti. Şekil 3.15 : V/f pofili. UVM algotiması stato geilim uzay fazöünün büyüklüğünün ve açısının hesaplanması ve eviicideki üst kol anahtalaın iletime ve kesime gitme zamanlaının belilenmesine dayanı. Bu bölümde Simetik DGM yöntemi kullanılaak üç fazlı asenkon motoun V/Hz kontol pensibine göe kontolü yapılaak eviicideki anahtalaın kapı işaetlei uzay vektö modülasyonu yöntemiyle elde edilmişti. Bilgisayada yazılan C kodlu pogam ile motoun 62

91 değişken fekanslaına kaşılık gelen hızın efeans değei geçek oto hızı ile kaşılaştıılmaktadı. Hata bi PI kontolöden geçiilmektedi. PI kontolöün çıkışı kayma hızının efeans değeine kaşılık gelmektedi. Kayma hızının efeans değei ile oto hızı toplanaak olması geeken stato fekansı elde edilmektedi. V/Hz pofilinden stato fekansına kaşılık gelen stato geiliminin genliği hesaplanmaktadı. Stato geiliminin açısı ise açısal hızın integali alınaak elde edilmektedi. Böylece efeans geilim vektöü elde edilmiş olmaktadı. UVM bloğuna giiş efeans geilimin D ve Q eksen bileşenlei ve sektö bilgisidi V/f Pofilinin Geçekleştiilmesi V/f pofilinde 0 Hz ile 6 Hz aasında kalan bölgede ixr geilim düşümünü kompanze etmek için geilim yükseltilmişti. Ayıca motoun akı zayıflama bölgesi de nominal hızın iki katı olacak şekilde genişletilmişti. Pofil genel olaak üç bölgeye ayılmıştı. Yazılım aşağıda veilen şekilde geçekleştiilmişti. Sonuç olaak V/f pofilinden hesaplanan geilim uzay fazöünün büyüklüğüdü. Bu geilim moto fazlaında olması istenen geilimdi. 1) f Vef Vef 0 fs min. min. 2) fs min. f fs nom. Vef E f fs min Vef. min. 3) fs nom. f fs mak. Vef mak. Vef min. E, E=eğim fs fs nom. V Vef ef mak. min. 50 Hz 1500 d/d lık moto için paametele şu şekilde hesaplanmaktadı: Motoun güvenliği açısından uygulanan Vef mak. geiliminin %95 i alınmıştı. Yol alma anında 6 Hz e kada stato geilim düşümünü kaşılayacak Vef min. geilimi maksimum geilimin %20 si olacak şekilde şeçilmişti. Veilen tüm değele nomalize edilmişti. 63

92 Vef Vef fs fs fs min. nom. mak. mak. min. 0x799A; 0x199A; 0x0CCD; 0x4000; 0x7FFF; (3.6) Altıgen İçin Giiş Büyüklüklein Hesaplanması UVM algoitması için bi önceki kısımda hesaplanan V ef geilim vektöünden sd ve sq eksen bileşenleinin hesaplanması geeki. Bu bileşenle ile altıgen sınılaından T 1 ve T 2 süelei hangi bölgede olduğu tayin edilmektedi. Öncelikle stato geilim uzay fazöünün Şekil 3.16 da gösteilen D ve Q eksenleinde bileşenleini elde etmek geeklidi. Şekil 3.16 : Altıgen geilim vektölei. Anahtalama duumlaına ait geilim vektöleinin aldığı değele Çizelge 3.1 de veilmişti. Bu değele dönüşüm matisi ile Şekil 3.16 da gösteildiği gibi üç faz büyüklükleden D ve Q eksenleine ayılabili. Dönüşüm matisi (3.7) de veilmişti. 64

93 [ ] [ ] [ ] (3.7) Böylece dönüşüm matisi kullanılaak V D ve V Q eksen geilimlei elde edili. Şekil 3.9 ve Şekil 3.10 da gösteildiği gibi geilim vektöleinin altıgen bölge sınılaında olma süeleinin (T 1 ve T 2 ) hesaplanması geekmektedi. Şekil 3.12 de gösteildiği gibi 1. bölgeye ait anahtalama süesi T DGM dabe genişlik modülasyon peyoduna kaşılık gelmektedi. Şekilde T DGM peyodu işaetlenmişti. UVM algoitma çalıştııldığından üst kol IGBT lei olan Sa, sb ve Sc iletime geçme zamanlaı hesaplanacaktı. Simetik DGM uygulandığında anahtalaın kesime gitme zamanlaı bellidi. Simetik DGM yönteminin seçilmesinin nedeninin THD bakımından en iyi oluşudu. T 1 ve T 2 nin toplamı (3.8) de gösteildiği gibi T DGM süesine eşit veya küçük olmak zoundadı. Geiye kalan süeye ilişkin geilim vektölei V o ve V 7 olup (000) ve (111) anahtalama duumlaına kaşılık gelmektedi. veya (T 7 ) (3.8) UVM algoitması altıgende he bi sektö içinde V out vektöünü elde etmeye dayanmaktadı. T 1 ve T 2 sektö içinde anahtalama lojiğine dayalı olaak sıasıyla V x ve V x±60 geilim vektöleinin olma zamanlaıdı. V out vektöü 1. bölge içinde kaydettiği süe T DGM peyodudu. T DGM ile çıkış geilimi aasındaki ilişki (3.9) da veilmişti. ( ) (3.9) Çıkış geiliminin hesabı da (3.10) ve (3.11) de veilmişti. ( ) ( ), n=0,1,2,3,4,5,6 (3.10) ( ) ( ) n=0,1,2,3,4,5,6 (3.11) 65

94 Sonuç olaak altıgen içindeki bölgelede anahtalama vektölei önceden bellidi. Böylece anahtalama duumlaına ve seçilen T DGM süesine göe UVM algoitması T 1, T 2 ve T o /T 7 süeleini hesapla. Sonaki aşamada bu süele CMPR1/2/3 e DSP nin anlayacağı dilde olan onaltılık düzene (hex) çevili. Senkon hızın integalinden hesaplanan θ s açısının aldığı değele ile bölge tayini yapılmaktadı. Bölge tayini için RS232 sei potundan gelen bilgi Q12 fomatına çevilmektedi. Şekil 3.17 de bölge tayini için geekli hex fomatında sayıla gösteilmişti. V ef geilim vektöünün (D-Q) eksen takımındaki bileşenlei de daha önce veilen dönüşüm matisi ile elde edilmektedi. θ s açısı ile bölge tayinine ek olaak döt bölge tayini yapılmaktadı. Döt bölgeye ait Sin/Cos değelei için bi göz at tablosu hazılanmıştı. Bu göz at tablosu Q12 fomatında 0.5 o atımla sin tablosu (EK 1) olaak yapılmıştı. Böylece bu tablo kullanılaak geilim vektöünün hangi bölgede hangi değelei alabileceği hesaplanmakta, V ef =V D + j V Q geilim vektöünün bileşenlei bulunmaktadı. Şekil 3.17 de V D ve V Q geilimlei ve θ gösteilmişti. Şekil 3.17 : Altıgen içinde bölge tayini. Böylece geilim uzay fazöünün altıgen içinde bulunduğu bölge tayin edildikten sona, sabit stato eksen takımındaki bileşenlei de (3.12) de veilen fomüllee göe hesaplanmaktadı. 66

95 X Y Z 2 T V Q T 3 VD VQ 2 T 3 VD V 2 Q (3.12) Çizelge 3.2 de veilen göz at tablosunda, UVM bloğuna giiş olan V D ve V Q geilim bileşenlei ile V ef geilim vektöünü oluştuan sıfıdan faklı geilim vektöleinin sektö sınılaındaki bulunma süelei veilmişti. Bu değele Sa, Sb ve Sc IGBT anahtalaının iletime geçme zamanlaını belilediğinden eviicinin doğu çalışması için büyük önem az etmektedi. Çizelge 3.2 den (3.12) de veilen fomüllele T 1 ve T 2 süelei hesaplanmaktadı. Geiye kalan süele sıfı vektöleinin aldığı süele olacaktı. Çizelge 3.2 : Göz at tablosunda süelein hesaplanması. Süele doğu hesaplandıktan sona doğu IGBT lein anahtalanmalaı için doğu CMPR1/2/3 lee zamanlaının yazılması geekmektedi. Bu, Çizelge 3.3 te veilen tabloya göe yapılmaktadı. Çizelge 3.3 : Doğu IGBT lein anahtalanmasını sağlayan tablo. Çizelge 3.3 te göülen ta, tb ve tc süelei ile T 1, T 2 ve T o /T 7 süelei aasında (3.13) te veilen fomülle geçelidi. Bu süele Şekil 3.12 de veilen anahtalama lojiğinde gösteilen süeledi. Sıasıyla sa, Sb ve Sc IGBT lein iletime geçme zamanlaıdı. 67

96 T T1 T ta 2 tb ta T tc tb T (3.13) 3.12 SVM Algoitmasının Toplu Halde Gösteimi SVM algoitması aşağıda veilmişti (Şekil 3.18). Bu algoitma ANSI C komutlaıyla yazılmış ve geekli assemble/linke ve C compile kullanılaak makine diline çevilmiş, DSP sayısal işlemci kata yükleneek çalıştıılacak hale getiilmişti. Başla Sistem konfigüasyonu Monitö pogamı Sayıcılaın ve full compae bölümleinin konfigüasyonu Değişkenlein ilk değelei ve flaglaın sıfılanması Clea INT flag ve inteuptlaın enable yapılması 1 Önekleme peyodu flagla sıfılansın mı? hayı evet Şekil : Uzay vektö modülasyonunu geçekleştien algoitma 68

97 Peyod flag öneklemesini sıfıla Hızı gi Geilimi hesapla Hızın integalinden yı hesapla Bölgeyi hesapla Geilim vektöünün bölgesini hesapla sin ve cos hesapla GP sayıcı 2 INT sevisi Peyod flag öneklemesini set et U d ve U q hesapla İnteuptı başlat Geilim vektöünün sektöünü hesapla ayıklaştıma matisini ve T 1, T 2, T 3 ü hesapla 1 Şekil (devam) : Uzay vektö modülasyonunu geçekleştien algoitma DSP ve Bilgisaya Aasındaki Bilgi Akışı Şekil 3.19 da C dilinde yazılan dosyalaın delenmesi gösteilmişti. 69

98 Şekil 3.19 : SVM algoitmasının delenmesi. 70

99 3.14 Deneysel Sonuçla Bu bölümde UVM yöntemi incelenmişti. UVM algoitması kafesli asenkon motoda denenmişti. Elde edilen sonuçla bu bölüm içinde veilmişti. UVM algoitması stato geilim uzay fazöünün büyüklüğünün ve açısının hesaplanması ve eviicideki üst kol anahtalaın iletime ve kesime gitme zamanlaının belilenmesine dayanmaktadı. Bunun için nominal hızı 1480 d/d olan asenkon motoda d/d aalığında hız denetimi yapılmıştı. Alan zayıflama bölgesi U/f tasaımına bağlı olduğundan mekanik dayanma sınıına dek hız yükseltilebili. Sayısal işaet işlemci(sii) içine hız bilgisi bilgisayada yazılan pogam vasıtasıyla sayısal olaak göndeilmektedi. Moto milinden hız algılayıcısı ile alınan geçek moto hızı efeans değei ile kaşılaştıılmaktadı. Moto hızı olaak efeans hızın olması istendiğinden kayma kompanzasyonu ile hata minimuma indiilmiş ve teka oto hızı ile toplanaak senkon hız elde edilmişti. Elde edilen senkon hız V/f pofili için giiş büyüklüğüdü. V/f pofili osiloskobun XY özelliğinden faydalanılaak Şekil 3.20 de gösteilmişti. Şekil 3.20 : V/f pofili. V/f pofilinden elde edilen stato geilim uzay fazöünün büyüklüğüdü. Bu değe stato fazlaında olması istenilen geilimdi. Elde edilen stato geilim uzay fazöünün ye eğisi Şekil 3.21 de veilmişti. 71

100 Şekil 3.21 : Stato geilim uzay fazöünün ye eğisi. Stato eksen takımında geilim uzay fazöünün V sd ve V sq bileşenlei Şekil 3.22 de veilmişti. Şekilde göüldüğü gibi geilimle sinüs fomundadı ve aalaında 90 o faz fakı vadı. Bu faz fakı olması geeken ayıklaştımayı göstemektedi. Şekil 3.22 : Geilim uzay fazöünün stato eksen takımındaki bileşenlei. Şekil 3.23 te IGBT bacaklaından ölçülmüş A faz ve B faz DGM işaetlei gösteilmişti. Bu işaetle elde edildiğinde, doğuluğundan emin olunmadan motoa uygulanamaz. Bunun için osiloskopun zamanı büyültüleek işaetlein bibileinin değillei olup olmadıklaı kontol edilmişti. Dabe katalaına bakaak fazla 72

101 aasında faz fakı olup olmadığını gömek mümkün olmadığından, fazla aasında 120 o lik faz fakı olup olmadığını test etmek için Şekil 3.24 te gösteilen alçak geçien filte devesi kullanılmıştı. Şekil 3.23 : IGBT bacaklaından alınmış üç faza ait DGM osiloskop çıktılaı. DGM işaetlei R=1K, C=100nF olan bi alçak geçien filteden geçiilise elde edilen şekille 3.24 te göülmektedi. 73

102 Şekil 3.24 : Alçak geçien filte. Şekil 3.25 te eviici Sa ve Sa anahtalaına ait geilimle gösteilmişti. Dalga şekillei olması geeken gibi bibiinin lojik anlamda değilidi. Şekil 3.25 : Eviici Sa ve S a anahtalaının filteden sonaki dalga şekillei. Şekil 3.25 te göülen dalga şekillei moto fazlaının faz nöt geilimleidi. IGBT bacaklaında bu geilim dalga şekli DGM dabelei olaak göülmektedi. Moto bu geilimle beslendiğinde moto fazlaının filteleme özelliği ile DGM dabelei filitleneek UVM geilim dalga şekline dönüşmektedi. Bilindiği üzee iki faz nöt geilimin dalga şeklinin fakından faz aası geilim dalga şekli edileceğinden, elde edilen faz nöt geilimlein fakı alınısa Şekil 3.26 da göülen faz aası geilimle elde edili. Şekil 3.26 da eviici Sa ve Sb anahtalaının dalga şekillei gösteilmişti. 74

103 Şekil 3.26 : Eviici Sa ve Sb anahtalaının filteden sonaki dalga şekillei. Eviicide iki faz aası geilimle aasında faz fakı olduğu göülmüştü. Eviicide elde edilen faz aası geilim şekil 3.27 de gösteilmişti. Şekil 3.27 : Moto faz aası geilim. Şekil 3.28 de ise moto faz-nöt ve faz aası geilimle toplu halde gösteilmişti. Faz nöt geilim dalga şeklinin ota kısımlaında bulunan çökmele üç ve üçün katı hamoniklein valığını göstemektedi. Geçekte üç ve üçün katı hamonikle buada faz geilimin değeini yükseltecek etki yapmaktadı. Asenkon motoun yıldız noktası izole olduğundan üç ve üçün katı hatmonik akımlaı ise oluşmamaktadı. 75

104 Şekil 3.28 : SVM yöntemi ile elde edilen moto faz-nöt ve faz aası geilimle. SVM algoitmasında hesaplanan senkon hız açısal hıza çevildikten sona açı hesaplanmaktadı. Açı s nin integalidi. İntegal DSP içinde sayısal olaak geçekleştiilmektedi. Açı stato geilim uzay fazöünün yeini belilemektedi. Şekil 3.29 da moto faz-nöt geilimi ile bi peyodunda hesaplanan açı gösteilmişti. Şekilde göülen açı ye kaşılık gelmektedi. Fazö yi süpüüken altıgenin altı bölgesinide katetmektedi. Şekil 3.29 : Moto faz-nöt geilimi ve geilim fazöünün hesaplanan açısı. 76

105 Şekil 3.30 : Moto fazaası geilimi ve geilim fazöünün hesaplanan açısı. Sonuç olaak, Uzay Vektö Modülasyonu yöntemi ilesayısal moto hız ayaı veya moment kontol uygulamalaına kolaylıkla uyalanabilmektedi. UVM yöntemi ile bilinen analog sinüsoidal DGM yöntemine göe moto fazlaında daha yüksek geilim seviyeleine çıkılabilmektedi. Bu şekilde moto fazlaında eviici kapasitesinin 0,907 katı çıkış geilimi elde edilmektedi.moto faz geilim dalga şekillei incelendiğinde yöntemden dolayı üç ve üçün katlaı hamonikle üetilmekte ise de, moto yıldız noktası bağlı olmadığından bu hamonik geilimlei akım üetmemektedi. UVM yöntemi ile IGBT anahtalama fekanslaı 20 khz ve üzeine çıkılmaktadı. Yüksek anahtalama fekanslaı sinüsoiadal akım elde edilmesini sağlayan en büyük etkendi. Bu duum anahtalama kayıplaının yüksek olmasına sebebiyet veecek gibi göünsede, düşük iletim kayıplaı anahtalama kayıplaını kompanze etmektedi.yöntemin dezavantajı ise yoğun matematiksel hesaplamala ve Sayısal işaet işlemci (Sİİ) geektimesidi. Tezin bu kısmında yapılan deneysel çalışmalada kuulan UVM algoitmasının çalıştığı göülmüştü. Elde edilen UVM işaetlei ile eviicideki IGBT anahtalaın süülmesiyle asenkon motoun V/f kontol yöntemiyle döndüülmüştü. UVM algoitmasında seçilen anahtalama yöntemi simetik UVM yöntemidi. Bu yöntemde bi 50 µs (20 khz) DGM peyodunda IGBT anahtala 8 kez duum değiştimektedi. Seçilen bu anahtalama yöntemine göe bi DGM peyodunda IGBT lei daha az 77

106 sayıda tetikleyecek şekilde tasaım yapmak mümkündü. Bu duum IGBT lein iletim ve anahtalama kayıplaını azaltacaktı. Ancak, IGBT lein daha az tetiklenmesi elde edilen akım dalga şeklinde bozulmalaa yol açacaktı. Uygulanan UVM yönteminde elde edilen geilim dalga şekillei incelenmişti. Özellikle faz aası geilim dalga şekli sinozoidale çok yakındı. Bu seçilen anahtalama şekli ve UVM yönteminin bi sonucudu. Şekil 3.31 de UVM yöntemiyle anahtalanan geilim aa develi eviici üzeinden beslenen asenkon motoun a faz akımı dalga şekli gösteilmişti. Akım dalga şekli yüksek anahtalama hızı nedeniyle sinozoidale yakındı. Ancak, dalga şekli üzeinde IGBT anahtalaın tetiklemeleinden meydana gelen salınımla göülmektedi. Şekil 3.31 : Moto a fazı akımı. Şekil 3.31 de göülen dalga şekli diğe fazladada aynen elde edilmişti. Bu akım dalga şekli ile elde edilen moto moment dalga şekli şekil 3.32 de gösteilmişti. Moto akım ve geilimlei doğudan osiloskop üzeinden göülebilmekte, buadan kaydedileek Matlab içimde eğile çıkatılmaktadı. Ancak, momenti doğudan ölçecek bi düzenek olmadığından ölçümü yapılan akım ve geilimle kullanılaak Matlab otamında momentin geçek değei hesaplanmıştı. Elde edilen moment dalga şekli şekil 3.32 de gösteilmişti. 78

107 Şekil 3.32 : Moto momenti dalga şekli. Şekil 3.32 incelendiğinde aya yapılan hız değeine göe motoun kalkıştan itibaen salınım yaptığı göülmektedi. Ancak, yüksek anahtalama fekansı nedeniyle geçici halden sona düzgün, salınımsız bi moment dalga şekli elde edilmektedi. Tezin biinci bölümünde tezin amacı anlatılıken şekil 1.10 da kontolsüz kalkış yapan bi motoun moment dalga şekli veilmişti. He iki moment dalga şekillei mukayese edildiğinde Sİİ ve V/f yöntemiyle contol edilen asenkon motoun dinamik pefomasının iyileştiği ancak öngöülen doğu akım motou seviyesinde olmadığı, süekli halde ise düzgün moment elde edildiği, motoun kısa süede yükün belilediği yük momenti değeine geldiği göülmüştü. V/f yönteminin özelliği geeği moto momentinin kontolü amaçlanmamaktadı. Bu yöntemde vektö kontol yöntemine göe çok daha az hesaplama yapılmaktadı. Bundan dolayı şekil 3.32 de göüldüğü gibi yolalma anında moto momentinde çok büyük salınımla meydana gelmektedi. V/f kontol şeması içinde kullanılan kontoöle ile moment dolayılı olaak kontol edilmektedi. Bu yönten asenkon motolaın hız ayaı için uygundu. 79

108 80

109 4. ASENKRON MAKİNENİN ROTOR ALAN YÖNLENDİRMELİ VEKTÖR KONTROLÜ Asenkon makinala, yapısının basitliği, güvenililiği, düşük maliyeti, boyutlaının küçüklüğü ve sabit hızda veimli olması gibi avantajlaı dolayısıyla kullanışlı makinaladı. Aslında bunun nedeni de güçlü bi dinamik inteaksiyona sahip nonlinee dinamik yapısıdı. Ayıca son yıllada bu makinala hız değişimleine çabuk yanıt vemesine olanak sağlayan süücü düzenleinin geliştiilmesiyle daha çok tecih edili olmuştu. Bu kontol düzenlei az önce değinilen güçlü doğusal olmayan yapı nedeniyle oldukça kompleksdi; ancak ne va ki değişken hızlada kullanılan güç çeviicilei, doğu akım makinalaın beslenmesi için kullanılan çeviicilee oanla maliyeti daha yüksekti [Vas, 1998]. Bi asenkon makinanın dinamik modeli en genel şekilde, stato geilimi ve fekans giişle, moment, oto hızı, mıknatıslanma akımı veya halkalanma akılaının istenen kombinasyonu çıkışla olmak üzee altıncı deeceden duum denklemlei ile ifade edili. Çözümü kolaylaştımak amacıyla yapılan eksen dönüşümlei sonasında, stato akımlaını akı ve moment indükleyen bileşenleine ayımak için açı ve genlik kontolü yapılı. Başka bi deyişle akım vektöü denetleni. Bilindiği üzee doğu akım makinalaında alan akısı ve endüi magnetomoto kuvvetlei kollektö ve fıçalala yönlendiiliken; asenkon makinalada alan akısı ve endüvi mmk sının uzay açılaı makine dışında kontol edilmelidi. Bu amaçla uygulanan vektö denetimi ile ani hız değişimleine daha duyalı ve daha güvenili bi kontol yapılmış olu [Leonhad, 1996]. Asenkon makinalada üç temel vektö denetimi methodu vadı: Roto akısı yönlendiilmiş, stato akısı ve mıknatıslanma akısı yönlendiilmiş. Bu çalışmada oto akısı yönlendiilmiş vektö kontolü posesine ilişkin simülasyon çalışması sunulmuştu. 81

110 4.1 Geilim Aadeveli Eviiciden Beslenen Asenkon Makinede Roto Akısı Yönlendiilmiş Vektö Denetimi Roto akısı yönlendiilmiş eksen takımında otoakısı eşitliklei Şekil 4.1 de Roto akısı yönlendimeli vektö kontolün matematiksel modelinin elde edileceği (x, y) efeans eksen takımı gösteilmişti. Şekil 4.1 : Roto akısı hızında dönen oto akısı yönlendimeli (x, y) eksen takımı. Bu bölümde stato geilimlei, oto halkalanma akısı uzay fazöünün doğu eksen bileşeninin olduğu eksen takımında fomüle edilmişti (Mohan, 2000; Vas, 1998). Roto halkalanma akısı aşağıdaki gibi yazılacak olusa, L i L m i s (4.1) oto mıknatıslanma akımı ve halkalanma akısı aasındaki elektiksel lineelikten yola çıkaak, i m L L L i i i i s s ( 1 ). (4.2) m m şeklinde ifade edilebili. Mıknatıslanma indüktansı ve kaçak indüktanslaın sabit olduğu linee magnetik koşulla gözönüne alınacak olusa w m hızıyla dönen eksen takımındaki stato geilimi bağıntısı (4.4) teki gibi olu. 82

111 m d (4.3) dt u R i L di L di s s s s s m j m Lsis j m Lmi (4.4) dt dt Roto akımı uzay fazöü (4.2) de yeniden düzenlenise, i i m i 1 s (4.5) bulunu. Bu eşitlik stato geilimi denkleminde yeine konu ve eşitliğin iki taafı stato diencine bölünüse, T di s dt us di is j. mts is ( Ts Ts ) j m im R dt ' s ' ' s m (4.6) σ=1-l 2 m /(L s.l ) toplam kaçak faktöü, L s =σ.l s stato geçici indüktansı ve T s =L s /R s stato geçici zaman sabiti olmak üzee (4.6) eşitliği, eel(x) ve imajine(y) bileşenleine aşağıdaki biçimde ayıştıılı. T di s dt u i T i T T di sx m sx m s sy ( s s ) (4.7) R dt ' sx ' ' T di s dt s usy isy mts isx ( Ts Ts ) m im (4.8) R ' sy ' ' s Asenkon makine (4.7) ve (4.8) eşitlikleindeki i sx ve i sy akımlaına göe, zaman sabiti stato geçici zaman sabitine, kazancı ise stato diencinin tesine eşit olan biinci deeceden time-delay eleman gibi davanı. Ayıca aynı eksen takımındaki stato geilimi bileşenlei ile diğe eksendeki akım bileşenlei ile aasında istenmeyen kuplajla göülmektedi. Bu nedenle u sx ve u sy geilimlei ayıştıılmış kontol değişkenlei olaak kullanılamaz. Roto akısı yönlendimeli kontolün amacı da i sx ve i sy akım bileşenleinin bibiinden bağımsız olaak denetimini sağlamaktı. Ayıştıma amacıyla kullanılan dekuplaj develei ileleyen bölümde veilmişti. 83

112 4.1.2 Dekuplaj (Ayıştıma) Develei Yukaıdaki (4.7) ve (4.8) eşitlikleinde doğu eksendeki geilimde i sy nin indüklediği geilim ve benze şekilde dik eksen geilim bileşeninde de i sx akımının indüklediği teimle mevcuttu. Eğe süüşün ideal yani ölü zamanın olmadığı ve yine eviici katından kaynaklanan gecikmelein söz konusu olmadığı; ayıca oto akısı genliğinin sabit olduğu vasayılacak olusa i sx ve i sy akımlaı bağımsız olaak kontol edilebili. Bunu yapabilmek için i sx ve i sy akımlaını bağımsız olaak kontol eden akım kontolöleinin çıkışı olan u sx ve u sy geilimlei sıasıylau dx ve u dy ile toplanaak doğu ve dik eksendeki geilim bileşenlei bulunu. İlgili kontolö çıkışlaı olan u sx ve u sy tanımlaı aşağıda veilmişti (Vas, 1998). u L ' i (4.9) dx m s sy ' ' u L i ( L L ) i (4.10) dy m s sx s s m m ' u R i L di sx sx s sx s (4.11) dt sy ' u R i L di sy s sy s (4.12) dt Böylece u sx ve u sy stato geçici zaman sabitiyle bilikte küçük bi gecikme ile i sx ve i sy akımlaını kontol edebilmektedi Roto Akı Modeli Roto akısı yönlendimeli eksen takımındaki geilim eşitliklei kullanılaak oto halkalanma akısı uzay fazöünün modülü ve açısı veya mıknatıslanma akımının genliği ile açısal hızı w m bulunabili. Daha önce genel eksen takımında tanımlı oto geilimini veen (2.33) denkleminde genel eksen takımının açısal hızı w g yeine w m konulusa, oto akısı yönlendiilmiş eksen takımındaki oto geilimi aşağıdaki biçimde fomüle edilebili. d m (4.13) dt 0 Ri j 84

113 oto akısı yönlendiilmiş eksen takımındaki halkalanma akısıdı ve mıknatıslanma akımı uzay fazöünün genliğine eşit olduğu duumda aşağıdaki gibi tanımlanı. L i (4.14) m m Mıknatıslanma indüktansının sabit olduğu (akıda satuasyon etkisi ihmal) vasayılaak akı ifadesi (4.13) te yeine konusa oto geilimi ifadesi (4.15) teki gibi elde edili. d i m Lm im (4.15) dt m 0 Ri Lm j Roto eksen takımındaki oto akımına ilişkin (4.5) denklemi (4.15) deki oto geilimi bağıntısında yeine konup, eşitliğin he iki taafı oto diencine bölünüse, T d i m dt m s m T im i i j (4.16) Yukaıda elde edilen eşitlik eel ve imajine bileşenleine ayılısa, oto akısı yönlendiilmiş eksen takımındaki akı modelini tanımlayan bağıntıla elde edili. T d i m dt i i (4.17) m sx d dt m sl isy T i m (4.18) 3 2 L 2 m te im. isy (4.19) L 2 3 e m 2 (4.20) L m t i m 85

114 Yukaıdaki denklemde w sl kayma açısal hızı, oto halkalanma akısı uzay fazöünün duan eksen takımının doğu ekseni ile yaptığı açıdı. (4.17) den de göüleceği üzee mıknatıslanma akımı, sabit olması duumunda i sx akımına eşit olmaktadı ve i sx bileşeni ile oynayaak mıknatıslanma akımı istenilen düzeyde tutulabili; eğe nominal çalışma hızı altındaki koşullada alan zayıflatma yöntemi uygulanmıyosa elektomagnetik döndüme momentini belileyen de dik eksendeki i sy bileşenidi. Şekil 4.2 de simülasyonda kullanılan akı modeline ilişkin blok şema veilmişti. Sıcaklığa bağlı olaak değişen oto dienci ve dolayısıyla yeni oto zaman sabiti bilgisinin belili peiyodik aalıklada modele giilmesi ve modelin çıkışlaının güncellenmesi geekmektedi. Bu nedenle T nin değişimine duyalı, daha sağlıklı bi kontol yapmak için, T nin değişimine göe akı modelini on-line olaak güncellemek geeki. i i sa sb i sc T i sd i e -j sx 1+T.p i sq i sy i m Lm T. m 1/p i sa i sb i sc T i sd i e -j sx 1+T.p i sq i sy i m Lm T. m m 1/p Şekil 4.2 : Roto akısı yönlendiilmiş eksen takımında akı modeli. 86

115 Roto Hızını Algılayıcı Kullanmadan Elde Eden Model Asenkon makinanın deneysel sonuçlaı ile benzetim sonuçlaının kaşılaştıılması için bi makine modeli kumak geeklidi. Asenkon makine geilim denklemlei stato eksen takımında ve senkon hızda dönen eksen takımında yazılmıştı. Kuulan modelde senkon hızda dönen eksen takımının hızı oto akısının hızında seçilmişti. Asenkon makinenin matematiksel modeli stato akımlaı ve oto akılaı duum değişkenlei olacak şekilde oluştuulmuştu. q d sq sd sl m sl m m m e s s s e m e m s e s s sq sd I I. p L R L R L 0 p L R 0 L R L p L L L L )p L (R L L L p L L L )p L (R 0 0 V V (4.21) q sq d sd m e i i. L L. 2 P. 3 2 t (4.22) sd m d d i L i L (4.23) sq m q q i L i L (4.24) V L 1 V L 1.t J 1. 2 P J F i i. L L. 2 P. J 1 T 1 I T L T 1 I T L T L L L L L L I T 1 L R I L L L T L L L I I T 1 L R I I dt d sq s sd s l q sq d sd m q q e sq m q e d sd m q s m d s m sq s s sq e q s m d s m sq e sd s s q d sq sd (4.25) d sq m e i. L L. 2 P. 3 2 t (4.25) q 0 (4.26)

116 i. L (4.27) d m m t e 2 m 2 P L...i sq. i m 3 2 (4.28) L t e k.i sq. (4.29) d ' ' d ' 0 R i j( m ) (4.30) dt T d i m dt m ' s m T i m i i j (4.31) Elde edilen Roto Akısı Modelinin matematiksel denklemlei (4.32) ve (4.33) de veilmişti. T d i m dt i i (4.32) m sd isq m (4.33) T i m Algılayıcısız Kontol İçin Roto Hızı Gözlemleyicisi Bu kısımda açıklanacak modül, üç fazlı asenkon moto için eaktif güç model efeans adaptif sisteme (efeence adaptive system-mras) dayanan bi hız tahmin edicisidi. Bu teknik efeans ve adaptif modelle olmak üzee iki alt sistem içemektedi. Bu modelle ile asenkon motoun eaktif gücü hesaplanı. Şekil 4.3 de MRAS matematiksel modelin giiş ve çıkış değişkenlei gösteilmişti. Hem integatöle hem de stato diençlei efeans modelden bağımsız olduğu için, eaktif güç MRAS de başlangıç koşullaından bağımsızdı ve stato diencindeki değişimlee kaşı duyalı değildi. Asenkon makinanın oto hızını hesap eden gözlemleyici iki modeledayanmaktadı. 88

117 Şekil 4.3 : Reaktif güç MRAS hız tahmini için basitleştiilmiş blok diyagam. Şekilden göüldüğü gibi asenkon motoun hızını hesap eden gözlemleyici iki ayı modele dayanı. Refeans modelde stao eksen takımında akım ve geilimle gei besleme alını. Reeans model stato geilim uzay fazö denkleminden elde edili. Refeans modelde hız bilgisi yoktu. Bu modelde asenkon makinanın eaktif gücü hesaplanı. Adaptif model stato eksen takımında yazılan oto geilim denklemine dayanı. Bu modelde hız bilgisi vadı. Adaptif model o andaki hız bilgisi ile eaktif güç tahmin edili. Böylece iki model aasındaki eaktif güçle fakı bi PI kontolöden geçiileek adaptif modeldeki hız ayalanı. 1)Refeans model: ds vs R sis (4.34) dt ' L i L i (4.35) V V s sd sq s s disd Lm d d RsisD Ls (4.36) dt L dt disq L d m q RsisQ Ls (4.37) dt L dt di s q i s e is vs R sis L s (4.38) dt 89

118 disq di sd q i v i v L i i sd sq sq sd s sd sq (4.39) dt dt 2)Adaptif model: Stato eksen takımında oto geilim uzay fazöü ile elde edili ' ' d ' 0 Ri j (4.40) dt L i L i (4.41) ' ' m s ' i akımını ve oto akısını oto mıknatıslama akımı cinsinden yeine yazalım. Elde edilen denklemde im akımı bileşenlei duum değişkeni olaak yazılı ve oto hızı olması istenilen efeans hıza göe süekli bi PI dan geçiilip ayalanısa hesaplanan ˆ elde edilmektedi. Sonuç denklemle aşağıda veilmişti. di dt di md mq dt i i ˆ sd md imq (4.42) T T i i ˆ sq mq imd (4.43) T T Adaptif modelden hesaplanan eaktif güç aşağıda veilmişti. Hata qˆ i ê (4.44) s q qˆ (4.45) olacak şekilde elde edili. PI he hesaplama peyodu sonunda bu hatayı sıfı yapacak şekilde hızı ayalamaktadı. Hızın ayalanması aynı zamanda oto akısının ayalanması anlamına gelmektedi. O halde, adaptif matematiksel model aynı anda hız ve oto akısı üzeinde kontol sağlayaak, oto akısının süekli x ekseni üzeinde kalmasını sağlaken, oto akısının y ekseni bileşeninin de 0 olmasını sağlamaktadı. Kısaca; Roto hızı gözlemleyicisinin giiş büyüklüklei stato akım ve geilimleidi. Ölçemediğimiz oto akımlaı bilinen giiş büyüklüklei cinsinden yazılı. 90

119 Refeans modelde hız bilgisine ihtiyaç yoktu. Refeans model ve adaptif modelde asenkon motoun eaktif güçlei hesaplanaak kaşılaştıılı. Adaptif modelde kuulan matematik modelde w oto hızı bulunmaktadı. Model giişine gei beslemeden alınan stato akımlaı öncelikle oto hızı daha sonada eaktif güç hesaplanmasında kullanılı. Adaptif model içinde w dan dolayı hata mutlaka oluşmaktadı. Bu hata PI kontolö ile azaltılmaktadı. Stato büyüklüklei doğu ölçüldüğünden efeans modelin hesapladığı eaktif güç çok büyük bi doğulukla hesaplanmaktadı. Değei bilinen bu eaktif güç adaptif modeldeki hatanın azaltılmasında kullanılmaktadı. Refeans modelde hatayı oluştuan başka bi büyüklük T oto zaman sabitidi. Ancak, adaptif modelin doğuluğu sayesinde oto zaman sabitide doğu hesaplanaak sebebiyet vediği hata düzeltilmektedi. Refeans ve adaptif modelleden elde edilen eaktif güçle kaşılaştıılaak elde edilen hata,dijital PI kontolöden geçiileek azaltılmaktadı. Sistem bilgisi:şekil 4.3 de gösteilen Reaktif güç MRAS hız tahmin edicisi için geekli olan giişleölçülenilen (sd, sq) sabit stato efeans eksen takımında stato geilimlei ile stato akım bileşenleidi. Refeans ve adaptif modellede asenkon motoun eaktif güç hesabı için iki set denklem oluştuulu. Refeans model oto hızı içemezken, adaptif modelde efeans modelden hesaplanan eaktif güce göe tahminlenen oto hızı geeklidi. Sistemin stabilitesi Popov un hipestabilite teoemi ile kanıtlanmıştı. He iki modelde de eaktif güç denklemlei süekli ve ayık zamanla için elde edilebili. Bunla aşağıda veilmişti. Buada kompleks sayı, dugun efeans çeçevedeki stato geilimi ve akımlaı için tanımlanmaktadı: Şekil 4.4 de tez çalışmasında kuulan hız algılayıcısız oto alan yönledimeli vektö contol blok şeması gösteilmişti. Geilim aa develi köpü eviinin tetikleme işaetlei uzay vektö modülasyonu ile elde edildikten sona IR 2132 süücüsü ile geekli olan +15 V tetikleme işaetlei IGBT lee uygulanmıştı. Kontol şemasının kuulan en dış kapalı çevim contol kaşılaştıılmasında hız efeansı ile MRAS modelinde hesaplanan hız kaşılaştıılmaktadı. Böylece, MRAS içinde aya yapılan hızda olması muhtemel hatalı hız teka bi PI kontolöden geçiileek hata en aza 91

120 indigenmişti. Akım gei beslemelei için şönt diençle kullanılmıştı. Sİİ nin ADC sine giiş yapılan akım gei beslemelei için kuulan deve şekil 4.5 de veilmişti.tez çalışmasında önceki bölümlede anlatılan tüm matematiksel modele MRAS, Akı modeli ve Eksen dönüşümlei isimleinin bulunduğu bloklada bulunmaktadı. Asenkon motoun moment ayaı yapılması isteniyosa en dışta hız çevimi bıakılaak MRAS içinde bi moment kapalı çevim bloğu oluştuulmuştu. Bununla ilgili elde edilen eğile sonuçla kısmında veilmişti. Şekil 4.4 de gösteilen kontol şemasında doğuluğu etkileyen nedenleden bii akım ölçümünün doğuluğudu. Akım dalga şekillei üzeine binen paazitlein mutlak suetle yok edilmesi geekmektedi. Bunun için blendajlı kablola kullanılaak blendajla ayı bi yeden topaklanmıştı. Buna ek olaak, akımlaın süekli otalama değelei alınaak istenmeyen pik değelein etkisi azaltılmıştı. Şekil 4.4 : Tez çalışmasında uygulanan hız algılayıcısız oto alan yönlendimeli vektö kontol blok diyagamı. 92

121 Şekil 4.5 : Tez çalışmasında şönt diençle akım gei beslemesi yapılan elektonik devenin şematik gösteimi. Blok diyagamdan göüldüğü gibi hız gei beslemesi için şönt diençle kullanılmıştı. Şönt diençlein algıladığı akımla sinus fomunda olduğundan bu akımla +2,5V DCyükseltileek doğu geilim değeine getiilmişti. Bu değele Sİİ nin 10 bit ADC sine giiş yapılmıştı. Akım ölçümüde olası olabilecek kısa develeden Sİİ yi koumak için HCPL-7800 ile izolasyon sağlanmıştı. Ölçülen akım bilgilei aşağıda veilen denklemlede yeine konulmuştu. Stato geilim bileşenlei için ise stato geilimleini ölçmek yeine DC baa geilimini ölçeek ve gei besleme alınaak üçüncü bölümde veilen uzay vektö modülasyonu geilim denklemleinde V DC yeleine yazılaak faz nöt geilimlei hesaplanmıştı. Hesaplanan stato geilim ve akım bileşenlei (4.46) da veilmişti. ve (4.46) Süekli zaman gösteimi ve Refeans Model: Asenkon motoun tes emk sı dugun efeans çeçevede aşağıdaki gibi ifade edili: (4.47) 93

122 (4.48) (4.49) Asenkon motoun eaktif gücü stato akımı ile tes elektomoto geilim vektöün çapımından aşağıdaki gibi bulunu: ( ) (4.50) Denklem 4.4 te ve (sızıntı katsayısı) dı. Sonuç olaak, denklem 4.50 deki eaktif güç aşağıda veilen şekilde elde edili: ( ) (4.51) Adaptif model: Adaptif modelde hesaplanan tes elektomoto geilim aşağıdaki gibi ifade edili: ( ) (4.52) ( ) (4.53) (4.54) Buada oto zaman sabitidi; i md ve i mq aşağıdakieşitlikleden hesaplanı: (4.55) (4.56) Tes emk,, denklem 4.52 ile denklem 4.56 aasındaki ifadeleden hesaplandıktan sona, eaktif güç aşağıdaki eşitlikle kullanılaak hesaplanabili: (4.57) Daha sona PI kontolöhesaplanan oto hızını,, adaptif modelle oluştuulan eaktif güç,, efeans modelle, q, eşleşinceye kada ayalama yapa. Hız aya sinyali,, eaktif gücün hatasıdı. Bu hata aşağıda veilen eşitlikle ifade edili: 94

123 ( ) (4.58) Ayık zaman gösteimi: Yukaıda veilen denklemlein Sİİ içinde işlenebilmesi için ayık zamanlı yazılmalaı geekmektedi. Bu bölümde denklemlein ayık zamanda ifade edilmelei veilmişti. Bunun için difeansiyel denklemle faklı denklemlee dönüştüülmelidi. Yüksek önekleme fekansı ile sistemin bant genişliği kaşılatımasından, numeik integasyondan ilei, gei veya tapezoidal kuallala basit bi yaklaştıma adapte edilebili. Refeans ve adaptif modelledeki aktif güç denklemlei aşağıdaki şekilde ayıklaştıılabili: Refeans model: Denklem 4.51 e göe gei yaklaşım metodu kullanılaak; ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ) (4.59) Denklem 4.59 aşağıdaki gibi sadeleştiilebili: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( )) (4.60) Buada T önekleme peiyodudu. Adaptif model: Denklem 4.57 ye göe, ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.61) Buada ( ) ve ( )aşağıdaki gibi hesaplanı: ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( )) (4.62) ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( )) (4.63) ( ) ( ) tapezoidal integasyon yöntemiyle çözülüse; 95

124 ( ) ( ) ( ( ) ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.64) ( ) ( ) ( ( ) ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.65) Ayık zamanın biim değe olaak gösteimi: Bütün denklemlede bazı değişkenlein gösteimi biim cinsinde ifade edilmektedi. Bu ifadele aşağıda veilmişti. Refeans model: Denlem 4.60, V b I b ifadesine bölünüse, biim zaman için gösteim aşağıdaki gibi olu: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( )) (4.66) Denklem 4.66 yeniden düzenlenip yazılısa; ( ) ( )( ( ) ( )) ( )( ( ) ( )) (4.67) Bu denklemde, V b temel geilim ve I b ise temel akımdı. Adaptif model: ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( )) (4.68) ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( )) (4.69) Buada,, ve temel elektiksel açısal hızdı. Benze olaak, denklem 4.64 ve 4.65 temel akım I b ye bölünüse, 96

125 ( ) ( )( ( ) ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.70) ( ) ( )( ( ) ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.71) bulunu. Buada,, ( ), ve di. Denklem 4.70 ve 4.71 den biim değe başına i md (k) ve i mq (k)hesaplandıktan sona, biim başına tes elektomoto geilimde denklem 4.68 ve 4.69 dan hesaplanabili. Adaptif modelde biim değe başına hesaplanan eaktif güç denklem 4.61 den elde edili. Buada K 8 çok küçük olduğu için ihmal edildiği göülmektedi.yukaıda göülen K 1, K 2, K 3, K 4, K 5, K 6 ve K 7 sabitlei önceden hegzadesimal/desimal uygun fomatta hesaplanmaktadı. Bu hesapalamala kullanılaak, PI kontolöününde Kp ve Ki yi de hegzadesimal/desimal katsayılaı hesaplanmaktadı. Buna ilaveten, temel moto hızı hegzadesimal/desimal değele olaak hesaplanı. Bu modül için geekli paametele aşağıda özetlenmişti: SPLK #K1_,K1 ; K1 = (Ls-Lm^2/L)*Ib/(T*Vb) (Q10) SPLK #K2_,K2 ; K2 = Lm^2*Ib/(L*T*Vb) (Q15) SPLK #K3_,K3 ; K3 = T*Wb (Q8) SPLK #K4_,K4 ; K4 = (Wb*T)^2/2 (Q15) SPLK #K5_,K5 ; K5 = 1-T/T+T^2/(2*T^2) (Q15) SPLK #K6_,K6 ; K6 = Wb*(T-T^2/T) (Q15) SPLK #K7_,K7 ; K7 = T/T-T^2/(2*T^2) (Q15) SPLK #TEMEL_HIZ_,temel_hız ; temel moto hızı pm (Q3) Typedef stuct{ int v sd _mas; /*k da sd-ekseni faz geilimi (Q15) */ int v sq _mas; /*k da sq-ekseni faz geilimi (Q15) */ int i sd _mas; /*k da sd-ekseni faz akımı (Q15) */ int i sq _mas; /*k da sq-ekseni faz akımı (Q15) */ int i sd _old; /*k-1 de sd-ekseni faz akımı (Q15) */ int i sq _old; /*k-1 de sq-ekseni faz akımı (Q15) */ int imd_old_high; /*k-1 de sd-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ int imd_old_low; /*k-1 de sd-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ 97

126 int imq_old_high; /*k-1 de sq-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ int imq_old_low; /* k-1 de sq-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ int imd_high; /* k da sd-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ int imd_low; /* k da sd-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ int imq_high; /*k da sq-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ int imq_low; /* k da sq-ekseni mıknatıslanma akımı (Q31) */ int esd; /* k da sd-eksni tes emk (Q15) */ int esq; /* k da sq-ekseni tes emk (Q15) */ int q; efeans modelde eaktif güç (Q15) */ int q_hat; adaptif modelde eaktif güç (Q15) */ int eo; eaktif güç hatası (Q15) */ int K1; efeans modelde kullanılan sabit (Q10) */ int K2; adaptif modelde kullanılan sabit (Q15) */ int K3; adaptif modelde kullanılan sabit (Q8) */ int K4; adaptif modelde kullanılan sabit (Q15) */ int K5; adaptif modelde kullanılan sabit (Q15) */ int K6; adaptif modelde kullanılan sabit (Q15) */ int K7; adaptif modelde kullanılan sabit (Q15) */ int Kp; oansal kazanç (Q15) */ int Ki_high; integal kazancı (Q31) */ int Ki_low; integal kazancı (Q31) */ int base_pm; temel moto hızı pm (Q3) */ int w_hat_mas; (biim başına) hesaplanan moto hızı (Q15) */ int w_hat_pm_mas; (pm) hesaplanan moto hızı (Q0) */ int (*calc) ( ); hesaplama fonksiyonuna işaetleme */ } ACIMRAS; Makina paametelei: Kutup sayısı Roto dienci (R ) Stato kaçak induktansı (L si ) Roto kaçak indüktansı (L I ) Mıknatıslanma indüktansı (L m ) Temel değele (pu): 98

127 Temel akım (I b ) Temel geilim (V b ) Temel elektiksel açısal hız ( ) Önekleme peyodu: Önekleme peyodu (T) Rotoun kendi indükstansı L = L I + L m ve statoun kendi indüktansı L s = L si + L m dı. Çizelge 4.1 de değişkenle için kullanılan notasyonla ile ve pogamda kullanılan değişkenlein notasyon kaşılıklaı veilmişti. Yazılım modülüne, biim başına hem giiş ve hem de çıkış değişkenleinin (öneğin Q15 te tanımlandığı gibi) giilmesi geeklidi. Çizelge 4.1 : Notasyonlaın kaşılıklaı (Texas Instuments, 2000). Denklem değişkenlei Pogam değişkenlei Giişle V sd vsd_mas V sq vsq_mas i sd isd_mas i sq isq_mas Çıkışla w_hat_mas Diğe e_sd paametele e_sq imd_high, imd_low imq_high, imq_low q Q q_hat Hata Hızlı açma kapama yapan yaıiketken anahtala ile bilikte mikoişlemci teknolojisindeki gelişmele dabe genişlik modülasyonlu eviicilein südüğü asenkon moto uygulamalaının daha çok kullanılmasını sağlamıştı. Böylece motoa uygulanan geilimlein büyüklüğünü ve fekansı denetim altına alma imkanı doğmuştu. Bunun sonucunda eviicideki anahtalaın ateşlemelei sadece sayısal yolla yapılan ve hızlı bi mikoişlemci geektien uzay vektö modülasyonu ile yapıldığında asenkon motodan daha yüksek veim ve pefomans elde edilmektedi. Uzay vektö modülasyonunu geçekleştien algoitma (Şekil 3.18)veilmişti. Bu algoitma ANSI C komutlaıyla yazılmış ve 99

128 geekli assemble/linke ve C compile kullanaak makine diline çevileek sayısal işlemci kata yüklenecek ve çalıştıılacak hale getiilmişti. Çizelge 4.2. de MRAS modülün değişkenlei ve fonksiyonlaı veilmişti. Çizelge 4.2 : MRAS modülün değişken ve fonksiyonlaı Değişken Tanım Fomat Aalık Giişle usd_mas Sabit sd-ekseni stato geilimi Q15-1-0,999 (pu) usq_mas Sabit sq-ekseni stato geilimi Q15-1-0,999 (pu) isd_mas Sabit sd-ekseni stato akımı Q15-1-0,999 (pu) isq_mas Sabit sq-ekseni stato akımı Q15-1-0,999 (pu) Çıkışla w_hat_mas Hesaplanan oto hızı (pu) Q15-1-0,999 w_hat_pm_m as Hesaplanan oto hızı (pm) Q Init/Config a K1 K1=(Ls-Lm^2/L)*Ib/(T*Vb) Q ,999 K2 K2= Lm^2*Ib/(L*t*vb) Q15-1-0,999 K3 K3=T*Wb Q ,996 K4 K4=(Wb*T)^2/2 Q15-1-0,999 K5 K5=1-T/T+T^2/(2*T^2) Q15-1-0,999 K6 K6=Wb*(T-T^2/T) Q15-1-0,999 K7 K7=T/T-T^2/(2*T^2) Q15-1-0,999 Temel hız Temel hız =120*temel Q (devi/dk) fekans/numbe_of_poles 4095,9 a : Bu sabitle makine paametelei (Ls, L, Lm, T), temel biimle (Ib, Vb, Wb) ve önekleme peiyodu (T) kullanılaak hesaplanı. 100

129 5. SİSTEMDE YAPILAN DENEYSEL VE BENZETİMSONUÇLARI Sonuç olaak, asenkon motolada kullanılan V/f gibi klasik kontol yöntemleinde hız ve moment moto çıkış büyüklüklei bibiini etkilemektedi. Elde edilen eğile incelendiğinde, bu etkileşiminözellikle oto alan yönlendimeli vektö kontol yöntemiyle en aza indigendiği, diğe alan yönledime yöntemleinde olan kaalılık poblemleinin olmadığı göülmektedi. Bu kontol yöntemi ile hız ve moment bibiinden bağımsız olaak iki bileşen şeklinde kontol edilebili. Bunun yapılabilmesi için, makine paameteleinin doğu olaak belilenmesi önemlidi. Makine paametlei doğu belilenmemiş ise kontol sisteminin pefomansını bozulacaktı. Kontol yönteminin doğuluğunu atıacak en önemli etken ise makina paametleindeki değişimlein anında belileneek kontol bloğuna yansıtılmasıdı. Şekil 4.2 de gösteilen akı modelinde oto diencine olan bağımlılık göülmektedi. Roto dienci sıcaklık ve dei etkisi sonucunda değiştiğinde oto akısının konumu doğu belilenmemektedi. Roto akısının konumundaki bu bozulma şekil 4.3 de gösteilen adaptif kontol bloğundaki akı tahmin edici hesaplamala ile gideilmişti. Veilen eğilede moment eğilei incelendiğinde, klasik yöntemde oluşan seme momentinin oluşmadığı göülmektedi.geçici ejim duumundaki salınımla gözönünde bulunduulusa momentin başlangıçta dalgalanma göstemesi önceden öngöülen bi duumdu. Elde edilen eğile ile oto alan yönlendime yöntemi ile oto akısının q bileşeninin tüm kontol sahasında 0 olması sağlandığında, stato akımının akı ve moment oluştuan bileşenleinin bibiinden faklı kontol edilmelei sağlanaak asenkon makina sebest uyamalı doğu akım makinası gibi kontol edilebildiği gösteilmişti. Sonuç olaak, tezde tasalanan akı gözlemleyici ile kafesli asenkon makinenin sayısal kontolü ile makinanın dinamik pefomansının ve veiminin yükseltileceği, önceden öngöülen sıfı hız dahil geniş bi hız sahasında istenen momenti üetebilecek şekilde çalışabileceği gösteilmişti. 101

130 Şekil 5.1 de asenkon motoa oto alan yönlendime ile yol veilmesinden sona faklı hız ve moment pofilleinde elde edilen eğile veilmişti. Şekil 5.1 : Asenkon motoaoto alan yönlendime ile yol veilmesinden sona faklı hız ve moment pofilleinde elde edilen eğile. Şekil 5.2 de stato geilim ve akımlaın sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei veilmişti. Şekil 5.2:Stato geilim ve akımlaın sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei. 102

131 Şekil 5.3 te oto akısının zamana bağlı olaak hesaplanan açısı göülmektedi. Şekil 5.3 : Roto akısının hesaplanan açısı. Stato akımının oto alan yönlendime eksen takımında akı ve moment oluştuan bileşenlei Şekil 5.4 te gösteilmişti. Şekil 5.4 : Stato akımının oto alan yönlendime eksen takımında akı ve moment oluştuan bileşenlei. 103

132 Şekil 5.5 te oto akısının sabit stato eksen takımındaki sd ve sq eksenleindeki göünümlei sunulmuştu. Şekil 5.5 : Roto akısının sabit stato eksen takımındaki sd ve sq eksenleindeki göünümlei. Şekil 5.6 da stato akımının akı oluştuan bileşeninin sabit stato eksen takımındaki göünümü ile hız pofilinin bilikte gösteimi veilmişti. Şekil 5.6: Stato akımının akı oluştuan bileşeninin sabit stato eksen takımındaki göünümü ile hız pofilinin bilikte gösteimi. 104

133 Şekil 5.7 demoment ile hesaplanan oto akısı açısının bilikte gösteimi veilmişti. Şekil 5.7 : Moment ile hesaplanan oto akısı açısının bilikte gösteimi. Şekil 5.8 desabit moment koşulunda değişik hız pofilleinde motoun çalıştıılması sonucu elde edilen gafik göülmektedi. Şekil 5.8 : Sabit moment koşulunda değişik hız pofilleinde motoun çalıştıılması. 105

134 Şekil 5.9 da stato geilim ve akımlaın sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei veilmişti. Şekil 5.9 : Stato geilim ve akımlaın sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei. Şekil 5.10 da oto akısının stato eksen takımındaki alfa ve beta eksenleindeki göünümlei sunulmuştu. Şekil 5.10 : Roto akısının sabit stato eksen takımındaki alfa ve beta eksenleindeki göünümlei. 106

135 Şekil 5.11 de stato akımlaının sabit stato eksen takımındaki göünümlei veilmişti. Şekil 5.11 : Stato akımlaının sabit stato eksen takımındaki göünümlei. Şekil 5.12 de stato geilimleinin sabit stato eksen takımındaki göünümlei sunulmuştu. Şekil 5.12 : Stato geilimleinin sabit stato eksen takımındaki göünümlei. 107

136 Şekil 5.13 te oto hızının efeans hızı takip edişi göülmektedi. Şekil 5.13 : Roto hızının efeans hızı küçük hatayla takip edişinin gösteimi. Şekil 5.14 te oto akısının hesaplanan açısı zamana bağlı olaak sunulmuştu. Şekil 5.14 : Roto akısının hesaplanan açısı. 108

137 Şekil 5.15 te stato akımının akı ve moment oluştuan bileşenleinin oto alan yönlendime eksen takımında gösteimi veilmişti. Şekil 5.15 : Stato akımının akı ve moment oluştuan bileşenleinin oto alan yönlendime eksen takımında gösteimi. Şekil 5.16 da değişik hız pofillei ve sıfı hızda asenkon motoun istenen momenti üetebildiğini gösteen eğile göülmektedi. Şekil 5.16 : Değişik hız pofillei ve 0 hızda asenkon motoun istenen momenti üetebildiğini gösteen eğile. 109

138 Şekil 5.17 destato geilim ve akımlaının sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünümlei sunulmuştu. Şekil 5.17 : Stato geilim ve akımlaın sabit stato eksen takımı ve oto alan yönlendimeli eksen takımlaında elde edilen göünüşlei. Şekil 5.18 de stato akımının oto alan yönlendime eksen takımında akı ve moment oluştuan bileşenlei veilmişti. Şekil 5.18 : Stato akımının oto alan yönlendime eksen takımında akı ve moment oluştuan bileşenlei. 110

139 Şekil 5.19 da oto akısının sabit stato eksen takımındaki alfa ve beta eksenleindeki göünümlei sunulmuştu. Şekil 5.19 : Roto akısının sabit stato eksen takımındaki alfa ve beta eksenleindeki göünümlei. Şekil 5.20 de oto akısının hesaplanan açısı veilmişti. Şekil 5.20 : Roto akısının hesaplanan açısı. 111

140 Şekil 5.21 de oto akısının oto alan yönlendime eksen takımındaki d ekseni akısı veilmişti. Şekil 5.21 : Roto alan yönlendime d ekseninde oto akısı gösteimi. Şekil 5.22 de oto akısının oto alan yönlendime eksen takımındaki q ekseni akısı göülmektedi. Şekil 5.22 : Roto alan yönlendime q ekseninde oto akısı gösteimi. 112

141 Roto mıknatıslama akımı Şekil 5.23 te göülmektedi. Şekil 5.23 : Roto mıknatıslama akımının gösteimi. Şekil 5.24 te Refeans hız, MRAS bloğunda hesaplanan oto hızı ve motoun geçek hızı nin gösteilmişti. Şekil 5.24 : Refeans hız, MRAS bloğunda hesaplanan oto hızı ve motoun geçek hızı nin gösteimi. 113

142 114

143 6. SONUÇLAR VE ÖNERİLER Bu bölümde tez çalışmasında elde edilen sonuçla aşağıda veilmişti. Tez çalışmasında tasalanan gözlemleyici ile geçekleştiilen kafesli asenkon makinenin sayısal kontolü ile makinanın pefomansının, veiminin ve ömünün yükseltileceği gösteilmişti. 1 Asenkon motoun stato akımının bileşenleinin ayık olaak kontol edilebildiği gösteilmişti. 2 Tez çalışmasında Uzay Vektö Modülasyonu kullanılaak klasik yöntemlee göe asenkon makinenin akımlaındaki hamonik miktaının azaltıldığı, yapılan hesaplamalada faz geilim değeinin Sinüzoidal Dabe Genişlik Modülasyonu yöntemine göe 1,15 kat daha fazla olduğu gösteilmişti. Tez çalışmasında, khz aalığında Dabe Genişlik Modülasyonu fekanslaı kullanılmıştı. Tasalanan güç devesine göe optimal fekansın 20 khz olduğuna kaa veilmişti. Uzay Vektö Modülasyonu ile çok yüksek fekanslada çalışma mümkün olup, bu duumda faklı anahtalama düzenlei ile iletim ve anahtalama kayıplaının azaltılabileceği, yapılan çalışmalada özellikle baskılı deve katlaın tasaımında elektomagnetik giişimin he zaman dikkate alınması geeken bi unsu olduğu göülmüştü. 3 Kayma açısal hızı kontol edileek motoun süekli devilme momentinde çalışması, böylece kaasız bölgenin olmadığı, motoun devilmesinin otadan kalktığı gösteilmişti. Bu özellik diğe alan yöntemleine göe oto alan yönlendimenin üstünlüğü olduğu göülmüştü. 4 Momentte, özellikle kalkışta yüksek cevap hızı elde edileek, dalgalı lığın azaltıldığı gösteilmişti. 5 Roto hızı tahmin edicisi ve PI kontolöün bilikte kullanılaak oto zaman sabitine olan duyalılığın azaltıldığı gösteilmişti. 115

144 6 Düşük hızlada ve sıfı hızda motoun nominal moment vediği gösteilmişti.refeans hız, MRAS bloğunda hesaplanan oto hızı ve motoun geçek hızı hesaplamalaının çok küçük hatalala geçekleştiildiği gösteilmişti. 7 Sunulan yöntem asenkon motoun döt bölgeli çalışmasına uygundu. Fazla miktada fenleme yapılan yüklede elektiksel fenleme ile eneji tasaufu sağlanabili. Bu özellik ile elektikli otomobilde fenleme sıasında aküle dolduulabili. 8 Sunumu yapılan yöntemde elde edilen bulgula bi encode kullanmadan asenkon motoun sıfı hızdan başlayaak geniş bi hız sahasında hız ve moment kontolü yapabileceği, kuulan modelin elektikle çalışan bi otomobilde ani ivmelenme, hızlanma, yavaşlama, ani duma, gei gitme ve yokuşta duma gibi istenilen tüm fonksiyonlaı ahatlıkla sağlayabileceği gösteilmişti. 116

145 KAYNAKLAR Baambones, O., Gaido, A.J., Maseda, F.J., Alkota, P. (2006). Speed sensoless vecto contol of induction motos based on obust adaptive vaiable stuctue contol law, 11th IEEE Intenational Confeence on Emeging Technologies and Factoy Automation (ETFA 06), Pag, Çek Cumhuiyeti, Eylül. Boldea, I., ve Nasa, S.A. (1999). Electic Dives. CRC Pess, USA. Bocosi, I., Dinca, A., Nebunu, D., Nicolae, A. (2008). Vecto contol of induction machines, Annual of the Univesity of Mining and Geology St. Ivan Rilski Pat III Mechanization, electification and automation in mines, 51, Bowling, S. (2005). An intoduction to AC induction mptp contol using the dspic30f MCU. Repot by Micochip Technology Inc., AN984. Bumbach, M.E. (2002). Electonic Vaiable Speed Dives. (2. Süüm). Delma, Kanada. Cao, J., ve Cao, B. (2009). Fuzzy-Logic-Based Sliding-Mode Contolle Design fo Position-Sensoless Electic Vehicle.IEEE Tansactions on Powe Electonics, 24, Chang, G.W., Hespanha, J.P., Mose, A.S., Netto, M.S., Otega, R. (2001). Supevisoy field-oiented contol of induction motos with uncetain oto esistance, Intenational Jounal of Adaptive Contol and Signal Pocessing, 15, Chen, H., ve Liaw, C. (2002) Cuent-Mode Contol fo Sensoless BDCM Dive with Intelligent Commutation Tuning.IEEE Tansactions on Powe Electonics, 17, Copeland, M. (t.y.). Geneate advanced PWM signals using 8-bit μcs. Alındığı taih: 2006, ades: Davai, S.A., ve Khabui, D.A. (2011). Sensoless Pedictive Toque Contol of Induction Moto by Means of Reduced Ode Obseve. The 2 nd Powe Electonics, Dive Systems and Technologies Confeence, Tehan, Ian, Şubat. El-kholy, E. E., Kennel, R., El-efaei, A., El-Latif, S.A., Elkady, F.(2006). Robust space-vecto cuent contol fo induction moto dives, Jounal of Electical Engineeing, 57, Esmaily, G., Khodabakhshian, A., Jamshidi, K. (2003). Vecto contol of induction motos using upwm voltage souce invete, Faculty of Engineeing, Isfahan Univesity, Isfahan, Ian. 117

146 Finney, D. (1988). Vaiable Fequency AC Moto Dive Systems. Shot Run Pess, Exete, UK. Gökaşan, M. (1989). Sincap kafesli asenkon makinalada moden contol yöntemleinin uygulanması. (doktoa tezi), İstanbul Teknik Ünivesitesi, Tükiye. Gueeo-Ramiez, G., ve Tang, Y. (1999). A simple obust contol fo induction motos, Poceedings of the Ameican Contol Confeence, San Diego, Califonia, USA, Hazian. Hava, A. M., Sul, S., Kekman, R.J., Lipo, T.A. (1997). Dynamic ovemodulation chaacteistics of tiangle intesection PWM methods, IEEE Industy Applications Society Annual Meeting, New Oleans, Lousiana, USA, 5-9 Ekim. Holtz, J. (1994). Pulsewidth modulation fo electonic powe convesion, Poceedings of the IEEE, 82, Holtz, J. (2005). Developments in Sensoless AC Dive Technology. IEEE Intenational Confeence on Powe Electonics and Dive Systems, Kuala Lumpu, Malaysia, 28 Kasım-1 Aalık. Jansen, P.L., Loenz, R.D., ve Novotny, D.W. (1994). Obseve-based diect field oientation: Analysis and compaison of Aaltenative methods, IEEE Tansactions Industial Applications, 30, Jiang, J., ve Holtz, J. (1997). High dynamic speed sensoless AC dive with on-line paamete tuning and steady state accuacy, IEEE Tansactions on Industial Electonics, 44, Jung, D., ve Ha, I., (2000). Low Cost Sensoless Contol of Bushless DC Motos Using a Fequency-Independent Phase Shifte. IEEE Tansactions on Powe Electonics, 15, Kang, S., ve Sul, S. (1995). Diect Toque Contol of Bushless DC Moto with Nonideal Tapezoidal Back EMF. IEEE Tansactions on Powe Electonics, 10, Lai, Y., ve Lin, Y. (2008). Novel Back-EMF Detection Technique of Bushless DC Moto Dives fo Wide Range Contol without Using Cuent and Position Sensos. IEEE Tansactions on Powe Electonics, 23, Leonhad, W. (1996). Contol of Electical Dives.(2.Süüm). Spinge-Velag, Gemany. Lepka, J., ve Stekl, P. (2005). 3-Phase AC induction moto vecto contol using a 56F80X, 56F8100 o 56F8300 device, Application Repot, AN1930 Rev.2. Lin, C., Hung, C., Liu, C. (2008). Position Sensoless Contol fo Fou-Switch Thee-Phase Bushless DC Moto Dives. IEEE Tansactions on Powe Electonic,. 23, Lod, M. (2006). Sensoless contol of induction motos, Repot, CODEN:LUTEDX/(TEIE-5227)/

147 Mizutani, R., Takeshita, T., Matsui, N. (1998). Cuent Model-Based Sensoless Dives of Salient-Pole PMSM at Low Speed and Standstill. IEEE Tansactions on Industy Applications, 34, Mohan, N. (2000). Electic Dives An Integated Appoach. MNPERE, USA. Moeia, J. (1996). Indiect Sensing fo Roto Flux Position of Pemanent Magnet AC Motos Opeating Ove a Wide Spead Range. IEEE Tansactions on Industy Applications, 32, Niasa, A.H., Vahedi, A., Moghbelli, H. (2008). A Novel Position Sensoless Contol of a Fou-Switch, Bushless DC Moto Dive without Phase Shifte. IEEE Tansactions on Powe Electonics,23, Novotny, D.W., ve Lipo, T.A. (1996). Vecto Contol and Dynamics of AC Dives. Oxfod Univesity Pess Inc., New Yok, USA. Ogasawaa, S., ve Akagi, H.(1991).An Appoach to Position Sensoless Dive fo Bushless DC Motos. IEEE Tansactions on Industy Applications, 27, Ohm, D.Y. (t.y.). Dynamic model of induction motos fo vecto contol, Alındığı taih: , ades: Ohtani, T., Takada, N., Tanaka, K. (1992). Vecto contol of induction moto without shaft Encode, IEEE Tans. Indust. Applications,28, Paicu, M.C., Boldea, I., Andeescu, G.D., Blaabjeg, F. (2009). Vey Low Speed Pefomance of Active Flux Based Sensoless Contol: Inteio Pemanent Magnet Synchonous Moto Vecto Contol Vesus Diect Toque and Flux Contol. IET Electic Powe Applications, 3, Pana, T. (2001). Sensoless vecto-contolled induction moto dive system withy oto esistance estimation using paallel pocessing with floating point DSP, Electical Machines Paametes, Technical Univesity of Cluj-Napoca, 26 Mayıs. Peesada, S., Tilli, A., Kovbasa, S., Montanai, M., Ronchi, F. (2001). Simple sensoless vecto contol of induction motos with natual field oientation,the 27 th Annual Confeence of the IEEE (IECON 01) Industial Electonics Society,Denve, Coloado, USA, 29 Kasım-2 Aalık. Rachid, A. (1997). On induction motos contol, IEEE Tansactions on Contol Systems Technology, 5, Rajagopalan, S., Roux, W., Habetle, T.G., Haley, R.G. (2007). Dynamic Eccenticity and Demagnetized Roto Magnet Detection in Tapezoidal Flux (Bushless DC) Motos Opeating Unde Diffeent Load Conditions. IEEE Tansactions on Powe Electonics,22, Reljic, D.D., Ostojic, D.B., Vasic, V.V. (2006). Simple speed sensoless contol of induction moto dive, 6 th Intenational Symposium Nikola Tesla, Belgad, Sebia, Ekim. 119

148 Salomaki, J. ve Luomi, J. (2006). Vecto contol of an induction moto fed by a PWM Invete with output LC Filte, Euopen Powe Electonics and Dives Association Jounal,16, Savulescu, A. (2007). Aspects of vaiable speed contol of asynchonous motos though the technique of space vecto modulation, 6th Intenational Confeence on Electomechanical and Powe Systems, Moldova, 4-6 Ekim. Seano-Iibanegaay, L. (1993). The moden space-phaso theoy, Pat I: Its coheent fomulation and its advantages fo tansient analysis of convete-fed AC machines, ETEP, 3, Shen, J.X., ve Tseng, K.J.(2003). Analyses and Compensation of Roto Position Detection Eo in Sensoless PM Bushless DC Moto Dives. IEEE Tansactions on Enegy Convesion, 18, Texas Instuments. (1996). Digital signal pocessing solution fo AC induction moto, Application note, BPRA043. Texas Instuments. (2000). Sensoless contol of thee-phase induction moto, Application note, SPRU443. Tangbaek, K. (2001).Linea paamete vaying contol of induction motos, (doktoa tezi), Aalbog Univesitesi,Danimaka. Tzynadlowski, A.M. (1994). The Field Oientation Pinciple in Contol of Induction Motos. Kluwe Academic Publishes, USA. Vas, P. (1998). Sensoless Vecto and Diect Toque Contol. Oxfod Univesity Pess, GB. Valentine, R. (1998). Moto Contol Electonics Handbook. McGaw-Hill, USA. Wu, Y., Deng, Z., Wang, X., Ling, X., Cao, X.(2010). Position Sensoless Contol Based on Coodinate Tansfomation fo Bushless DC Moto Dives. IEEE Tansactions on Powe Electonics,25, Zhang, Y., Zhu, J., Zhao, Z., Xu, W., Doel, D.G. (2010). An impoved diect toque contol fo thee-level invete-fed induction moto sensoless dive, IEEE Tansactions on Powe Electonics,21,

149 EKLER EK A : SVM Algoitması % Üç Fazlı Asenkon Motoun Hız Geibeslemesiz vektö kontolü % % Geekli fonksiyon şeklindeki m-dosyalaı: % 1. "aci.m" - asenkon moto modeli % 2. "cu_mod.m" - akım modeli % 3. "pid_eg3.m" - PID kontolö % 4. "pak.m" - Pak dönüşümü % 5. "inv_pak.m" - tes pak dönüşümü % 6. "amp_gen.m" - ampa üeteci % 7. "aci_fe.m" - oto akısı ve açısı hesaplama clea all close all T = 5e-04; %T = 5e-05; % similasyon için önekleme zamanı (sec) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Incemental build %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% phase1_inc_build = 0; % Akımı_model test (CUR_MOD tests) phase2_inc_build = 1; % Closed-loop speed loop test %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Incemental build %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Makine Paametelei %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % 1-hp Asenkon moto (WEG) Rs = 1.723; % stato dienci (ohm) R = 2.011; % statoa indigenmiş oto dienci (ohm) Ls = ( )*1e-03; % stato endüktansı (H) L = ( )*1e-03; % oto inductance efeed to stato (H) Lm = *1e-03; % mıknatıslama endüktansı (H) P = 4; % toplam kutup sayısı J = 0.001; % eylemsizlik momenti (kg.m^2) B = ; % yay sabiti (N.m.sec/ad) - genellikle ihmal edili %Tb=8; Tl = 1; % yük momenti (N.m) Tll=0.5*Tl np = P/2; % çift kutup sayısı 121

150 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Makine patametelei %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Temel büyüklükle %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %fb = 60; % Temel kaynak fekansı (Hz) fb = 50; Wb = 2*pi*fb; % Temel elektiksel açısal hız (ad/sec) Ib = 5; % Temel faz akımı (amp) %Vb = 320/sqt(3); % Temel faz geilimi (volt) Vb = 311/sqt(3); %Lb = 220*sqt(2/3)/(2*pi*60); % Temel halkalanma akısı(volt.sec/ad) Lb = Lm*Ib; % Temel halkalanma akısı(volt.sec/ad) %Tb = (3*Vb*Ib/2)*(np/(2*pi*60)); % Temel moment (N.m) Tb = (3*Vb*Ib/2)*(np/(2*pi*50)); SPb = 120*fb/P; % Temel senkon hız (pm) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Temel büyüklükle %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Başlangıç koşullaı %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Asenkon moto X = [0;0;0;0]; % X = [psi_q; psi_d; i_sq; i_sd] W = 0; % Roto elektiksel açısal hızı (ad/sec) Iq = 0; Id = 0; psi_d=0; psi_q=0; % Asenkon motoun paamete vektöü p_im = [T; Rs; R; Ls; L; Lm; np; J; B; Tl/Tb; Wb; Ib; Vb; Lb; Tb]; pp_im = [T; Rs; R; Ls; L; Lm; np; J; B; Tll/Tb; Wb; Ib; Vb; Lb; Tb]; % Akım modeli h_cm = [0;0]; p_cm = [T;R;L;fb]; theta_psi_ = 0; % h = [ime; theta_old] % p = [T; R; L; fb] % PID - IQ kontolü h_iq = [0;0;0]; % h_pid = [up_eg3; ui_eg3; ud_eg3] p_iq = [T; 2*Ib/Vb; 0.001; ; 0.1; 0.71; -0.71]; % [T; Kp; Ti; Td; Kc; Umax; Umin]; % PID - ID kontolü h_id = [0;0;0]; % h_pid = [up_eg3; ui_eg3; ud_eg3] p_id = [T; 2*Ib/Vb; 0.001; ; 0.1; 0.71; -0.71]; % [T; Kp; Ti; Td; Kc; Umax; Umin]; % PID - Hız denetimi h_sp = [0;0;0]; % h_pid = [up_eg3; ui_eg3; ud_eg3] p_sp = [T; 0.02*SPb/Ib; 0.01; ; 0.9; 1; -1]; % [T; Kp; Ti; Td; Kc; Umax; Umin]; 122

151 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Başlangıç koşullaı %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Similasyon giişlei %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %Tt = 0.2; % Similasyon için toplam zaman (sec) %Tt = 29*T; % Similasyon için toplam zaman (sec) Tt = 5000*T; % Similasyon için toplam zaman (sec) %Tt = 3024*T; t = 0:T:Tt; % Similasyon süesi (sec) speed_ef = 600/SPb; % Refeans hız (pu) %speed_ef = 1200/SPb; Id_ef = 1.5/Ib; % Senkon hızda dönen efeans d- ekseni akımı (pu) Iq_ef = 0/Ib; % Senkon hızda dönen efeans q-ekseni akımı (pu) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Similasyon giişlei %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Similasyon bölümü %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% fo i = 1:length(t), if t(i)<= % Phase 1 incemental build speed_ef = 600/SPb; % Refeans hız (pu) % Tl=2; %Id_ef = 1.5/Ib; %Id_ef = 2/Ib; [Iq_ef,Y,h_sp] = pid_eg3(speed_ef,w,h_sp,p_sp); % sensoed [Uq_ef,Y,h_iq] = pid_eg3(iq_ef,iq,h_iq,p_iq); [Ud_ef,Y,h_id] = pid_eg3(id_ef,id,h_id,p_id); [uq_ef,ud_ef] = inv_pak(uq_ef,ud_ef,theta_psi_); [Te,W,X] = aci(w,x,[uq_ef; ud_ef],p_im); [Iq,Id] = pak(x(3),x(4),theta_psi_); [psi_q,psi_d] = pak(x(1),x(2),theta_psi_); [theta_psi_,h_cm] = cu_mod(id,iq,w,h_cm,p_cm); elseif t(i)<= %Tl=2; %Id_ef = -1.5/Ib; speed_ef = 300/SPb; %Id_ef = 2.5/Ib; %w=0; [Iq_ef,Y,h_sp] = pid_eg3(speed_ef,w,h_sp,p_sp); % sensoed [Uq_ef,Y,h_iq] = pid_eg3(iq_ef,iq,h_iq,p_iq); [Ud_ef,Y,h_id] = pid_eg3(id_ef,id,h_id,p_id); %[Ud_ef,Y,h_iq] = pid_eg3(iq_ef,iq,h_iq,p_iq); %[Uq_ef,Y,h_id] = pid_eg3(id_ef,id,h_id,p_id); 123

152 [uq_ef,ud_ef] = inv_pak(uq_ef,ud_ef,theta_psi_); %[ud_ef,uq_ef] = inv_pak(uq_ef,ud_ef,theta_psi_); %Te=-Te; [Te,W,X] = aci(w,x,[uq_ef; ud_ef],p_im); [Iq,Id] = pak(x(3),x(4),theta_psi_); [psi_q,psi_d] = pak(x(1),x(2),theta_psi_); %Iq=-Iq; %Id=-Id; [theta_psi_,h_cm] = cu_mod(id,iq,w,h_cm,p_cm); % Tll=Tl; %uq_ef=uq_ef*1.18; %ud_ef=ud_ef*1.18; % Uq_ef=Uq_ef*1.18; %Ud_ef=Ud_ef*1.18; else t(i)> %speed_ef = 900/SPb; speed_ef=0; %Tll=Tll*0.5; %uq_ef=uq_ef*0.84; %ud_ef=ud_ef*0.84; % Uq_ef=Uq_ef*0.84; % Ud_ef=Ud_ef*0.84; [Iq_ef,Y,h_sp] = pid_eg3(speed_ef,w,h_sp,p_sp); % sensoed [Uq_ef,Y,h_iq] = pid_eg3(iq_ef,iq,h_iq,p_iq); [Ud_ef,Y,h_id] = pid_eg3(id_ef,id,h_id,p_id); %[Ud_ef,Y,h_iq] = pid_eg3(iq_ef,iq,h_iq,p_iq); %[Uq_ef,Y,h_id] = pid_eg3(id_ef,id,h_id,p_id); [uq_ef,ud_ef] = inv_pak(uq_ef,ud_ef,theta_psi_); %[ud_ef,uq_ef] = inv_pak(uq_ef,ud_ef,theta_psi_); %[Te,W,X] = aci(w,x,[uq_ef; ud_ef],pp_im); [Te,W,X] = aci(w,x,[uq_ef; ud_ef],p_im); 124

153 [Iq,Id] = pak(x(3),x(4),theta_psi_); [psi_q,psi_d] = pak(x(1),x(2),theta_psi_); [theta_psi_,h_cm] = cu_mod(id,iq,w,h_cm,p_cm); end i_qe(i) = Iq; i_de(i) = Id; v_qe(i) = Uq_ef; v_de(i) = Ud_ef; ibeta(i) = X(3); ialfa(i) = X(4); vbeta(i) = uq_ef; valfa(i) = ud_ef; psi beta(i) = X(1); psi alfa(i) = X(2); theta_(i) = theta_psi_; psi q(i)=psi_q; psi d(i)=psi_d; toque(i) = Te; w(i) = W; ime(i)=h_cm(1)/p_im(6); A(i)=i_qe(i)/ime(i); t(i) zoom end % Roto Akısı ve Açısının Hesaplanması % Giişle: % i_sq = Stationay q-axis stato akımı (amp) % i_sd = Stationay d-axis stato akımı (amp) % u_sq = Stationay q-axis stato geilimi (volt) % u_sd = Stationay d-axis stato geilimi (volt) % h_in = [theta_psi pev; psi_d_i_pev; psi_sd_v_pev; psi_sq_v_pev; % ui_sd_pev; ui_sq_pev; e_sd_pev; e_sq_pev] % p = [T; Rs; R; Ls; L; Lm; Kp; Ti; Ib; Vb] % Çıkışla: % psi_q = Stationay q-axis oto akısı linkage (volt.sec/ad) % psi_d = Stationay d-axis oto akısı linkage (volt.sec/ad) 125

154 % theta_psi_ = Synchonously otating oto akısı angle between 0-2*pi (ad) % h_out = [theta_psi cu; psi_d_i_cu; psi_sd_v_cu; psi_sq_v_cu; % ui_sd_cu; ui_sq_cu; e_sd_cu; e_sq_cu] % whee % T = önekleme peyodu (sec) % Rs = Stato dienci (ohm) % R = Statoa indigenmiş Roto dienci (ohm) % Ls = Stato öz endüktansı (H) % L = Rotoa indigenmiş Statodienci (H) % Lm = Mıknatıslama endüktansı (H) % Kp = Oantısal Kazanç % Ti = İntegal işleminde eset zamanı (sec) % theta_psi pev,theta_psi cu = Öncekiveakımı oto akısı angle (ad) % psi_d_i_pev,psi_d_i_cu = Öncekiveakımı oto akısı (volt.sec) % psi_sd_v_pev,psi_sd_v_cu = Öncekiveakımı stato akısı (volt.sec) % psi_sq_v_pev,psi_sq_v_cu = Öncekiveakımı stato akısı (volt.sec) % ui_sd_pev,ui_sd_cu = Öncekiveakımı integal teimigeilimi (volt) % ui_sq_pev,ui_sq_cu = Öncekiveakımı integal teimigeilimi (volt) % e_sd_pev,e_sd_cu = Öncekiveakımı back emf (volt) % e_sq_pev,e_sq_cu = Öncekiveakımı back emf (volt) % Makine Paametlei ile kullanılan sabitlein tanımı; T = p(5)/p(3);% T = L/R, Roto zaman sabiti; R ye bağımlılık % Sabitle K1_fe = T/(T+p(1)); K2_fe = p(1)/(t+p(1)); K3_fe = p(6)/p(5); K4_fe = (p(4)*p(5)-p(6)*p(6))/(p(5)*p(6)); K5_fe = p(9)*p(2)/p(10); K6_fe = p(10)*p(1)/(p(6)*p(9)); K7_fe = p(5)/p(6); K8_fe = (p(4)*p(5)-p(6)*p(6))/(p(6)*p(6)); % Değişkenlein isimlei i_qs_fe = i_sq; i_ds_fe = i_sd; u_qs_fe = u_sq; u_ds_fe = u_sd; theta fe = h_in(1); flx_d_e = h_in(2); psi_ds_fe = h_in(3); psi_qs_fe = h_in(4); ui_ds = h_in(5); ui_qs = h_in(6); emf_ds = h_in(7); emf_qs = h_in(8); Kp_fe = p(7); Ki_fe = p(8)/p(1); 126

155 % Ölçülen Stato akımlaının Pak dönüşümü; theta_e = 2*pi*theta fe; i_ds_e = i_qs_fe*sin(theta_e)+i_ds_fe*cos(theta_e); % Rotoakı modeli kısmı (Roto Akısı Vecto Kontol Denklemi) flx_d_e = K1_fe*flx_d_e - K2_fe*i_ds_e; % Akı modelinden elde edilen akılaın Tes Pak Dönüşümü; flx_d_s = flx_d_e*cos(theta_e); flx_q_s = flx_d_e*sin(theta_e); % Roto akısı modeli kullanılaak hesaplanan Sato Akılaının hesabı; flx_ds_s = K3_fe*flx_d_s + K4_fe*i_ds_fe; flx_qs_s = K3_fe*flx_q_s + K4_fe*i_qs_fe; % Dijital PI Kontolö Modeli; eo = psi_ds_fe - flx_ds_s; ucomp_ds = Kp_fe*eo + ui_ds; ui_ds = Kp_fe*Ki_fe*eo + ui_ds; eo = psi_qs_fe - flx_qs_s; ucomp_qs = Kp_fe*eo + ui_qs; ui_qs = Kp_fe*Ki_fe*eo + ui_qs; % Back emf lin integalinden Stato Akısının hesaplanması; emf_old = emf_ds; emf_ds = u_ds_fe - ucomp_ds - K5_fe*i_ds_fe; psi_ds_fe = psi_ds_fe + K6_fe*(0.5)*(emf_ds + emf_old); emf_old = emf_qs; emf_qs = u_qs_fe - ucomp_qs - K5_fe*i_qs_fe; psi_qs_fe = psi_qs_fe + K6_fe*(0.5)*(emf_qs + emf_old); % Back emf lin integalinden Stato Akısının hesaplanmasına dayalı Roto Akısının Hesabı; psi_d_fe = K7_fe*psi_ds_fe - K8_fe*i_ds_fe; psi_q_fe = K7_fe*psi_qs_fe - K8_fe*i_qs_fe; % Roto Akısının hesabı; theta fe = em(2*pi+atan2(psi_q_fe,psi_d_fe),2*pi)/(2*pi); % Değişkenlein Güncellenmesi; psi_d = psi_d_fe; psi_q = psi_q_fe; theta_psi_ = theta fe; % Hesaplanan Büyüklüklein Güncellenmesi; h_out = [theta fe; flx_d_e; psi_ds_fe; psi_qs_fe; ui_ds; ui_qs; emf_ds; emf_qs]; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Eğilein Çizdiilmesi %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Resim(1) subplot(221) plot(t,valfa,t,vbeta,'-.'); legend('v_{s\alpha}','v_{s\beta}',0); title('asenkon Moto Yanitlai'); ylabel('stato geilimlei (pu)'); 127

156 xlabel('zaman (s)'); gid subplot(222) plot(t,v_de,t,v_qe,'-.'); legend('v_{de}','v_{qe}',0); title('asenkon Moto Yanitlai'); xlabel('zaman (s)'); gid subplot(223) plot(t,ialfa,t,ibeta,'-.'); legend('i_{s\alpha}','i_{s\beta}',0); ylabel('stato akimlaı (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid subplot(224) plot(t,i_de,t,i_qe,'-.'); legend('i_{de}','i_{qe}',0); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(2) subplot(211) plot(t,psi alfa,t,psi beta,'-.'); legend('\psi_{\alpha}','\psi_{\beta}',0); title('asenkon Moto Yanitlai'); ylabel('roto Halkalanma Akilai (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid subplot(212) plot(t,toque); ylabel('t_e (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid if phase1_inc_build==1 Resim(3) subplot(211); plot(t,mp); ylabel('\theta_{amp} (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid subplot(212); plot(t,theta_); ylabel('\theta_{\psi_} (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid end if phase2_inc_build==1 Resim(3) plot(t,theta_); axis([0 Tt ]); title('hesaplanan oto akisi acisi'); ylabel('\theta_{\psi_} (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid end 128

157 Resim(4) plot(t,speed_ef*ones(1,length(t)),':',t,w); legend('\omega^*_','\omega_',0); title('asenkon Moto Yanitlai'); ylabel('elektiksel oto açisal hizi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(5) subplot(211) plot(t(1:5000),w(1:5000)); plot(t,w); title('asenkon Moto Yanitlai'); ylabel('ölçülen oto hizi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid subplot(212) plot(t(1:5000),toque(1:5000)); plot(t,toque); ylabel('ölçülen moment (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% Resim(6) subplot(211) plot(t,valfa); axis([0 Tt ]); title('alfa-ekseni stato geilimi (pu)'); gid subplot(212) plot(t,vbeta); axis([0 Tt ]); title('beta-ekseni stato geilimi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(7) subplot(211) plot(t,ialfa); axis([0 Tt ]); title('alfa-ekseni stato akimi (pu)'); gid subplot(212) plot(t,ibeta); axis([0 Tt ]); title('beta-ekseni stato akimi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(8) subplot(211) plot(t,i_de); axis([0 Tt 0 0.8]); title('d-ekseni stato akimi (pu)'); gid subplot(212) plot(t,i_qe); axis([0 Tt ]); 129

158 title('q-ekseni stato akimi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(9) subplot(211) plot(t,psi alfa); axis([0 Tt -1 1]); title('alfa-ekseni oto akisi (pu)'); gid subplot(212) plot(t,psi beta); axis([0 Tt -1 1]); title('beta-ekseni oto akisi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(10) subplot(211) plot(t,toque); axis([0 Tt ]); title('elektomagnetik moment (pu)'); gid subplot(212) plot(t,w); axis([0 Tt ]); title('roto hizi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(11) subplot(211) plot(t,ialfa); axis([0 Tt -2 2]); %title('matlab Vesion'); ylabel('alfa-ekseni stato akimi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid subplot(212) plot(t,w); axis([0 Tt ]); ylabel('ölçülen hiz (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(12) subplot(211) plot(t,toque); %title('matlab Vesion'); ylabel('elektomagnetik moment (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid subplot(212) plot(t,theta_); axis([0 Tt ]); ylabel('hesaplanan oto akisi açisi (pu)'); xlabel('zaman (s)'); gid 130

159 Resim(13) plot(t,ime); axis([0 Tt 0 3.4]); %legend('\omega^*_','\omega_','\omega_{hat}',0); %title('roto Miknatislama Akimi'); ylabel('roto Miknatislama Akimi'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(14) plot(t,id_ef*ones(1,length(t)),':',t,psi d); axis([0 Tt 0 0.5]); %legend('\omega^*_','\omega_','\omega_{hat}',0); %title('roto Miknatislama Akimi'); ylabel('d-ekseni oto akisi'); xlabel('zaman (s)'); gid Resim(15) plot(t,psi q); axis([0 Tt ]); %legend('\omega^*_','\omega_','\omega_{hat}',0); %title('roto Miknatislama Akimi'); ylabel('q-ekseni oto akisi'); xlabel('zaman (s)'); gid 131

160 132

161 ÖZGEÇMİŞ Ad Soyad: Ali Saffet Altay Doğum Yei ve Taihi: İstanbul Ades: E-Posta: Lisans: Yüksek Lisans: İTÜ Elektik-Elektonik Fakültesi Elektik Mühendisliği Bölümü Ayazağa Yeleşkesi Maslak-İstanbul İstanbul Teknik Ünivesitesi İstanbul Teknik Ünivesitesi Yayın Listesi: Güngö, S. ve Altay, A.S Simulation of magnetic cicuits including hysteesis nonlineaity. IEEE Confeence on Electomagnetics Field Computation.June 16-19, Peugia, Italy. Güngo, S. ve Altay, A.S Modeling of magnetic cicuits including hysteesis nonlineaity and ion losses. IASTED Intenational Confeence of Applied Simulation and Modeling. June 25-28, Cete, Geece. Altay, A.S Effect of zinc chloide on magnetic popeties of electospun nanofibes obtained fom polyvinyalcohol, wheat stach an sodium alginate. EuoNanoFoum, May 30-31, Budapest, Hungay. Şene, A.Ş., Altay, A.S. ve Altay, F Effect of voltage on mophology of electospun nanofibes.eleco Intenational Confeence on Electical and Electonics Engineeing, Decembe 3-4, Busa, Tukey. 133