Üç-Seviyeli Evirici ile Bir Asenkron Motorun Bulanık Mantık Tabanlı Vektör Kontrolü

Transkript

1 ülyn Dil Üniviti, Fn Bilili Entitüü Dgii, 103 (2006, Üçviyli Eviii il Bi Ankon Motoun Bulnık Mntık Tbnlı ktö Kontolü Okn BİNGÖ ülyn Dil Üniviti, Tknik Eğiti Fkülti, ElktonikBilgiy Eğitii Bölüü / IPARTA okn@tf.du.du.t Özt: Bu çlışd, üçviyli viii il nkon otoun hızı dntlnişti. Ankon otoun (AM hız dntii vktö kontol (ln yönlndili kontol yönti il yılıştı. Bu kontol yöntind, klik PI (onl intgl dntlyii yin bulnık ntık dntlyiii nkon otoun hız kontol ünitin uygulnıştı. Monttki lınılı zltk ıyl üçviyli viiinin nhtlınd uzy vktö db gnişlik odülyon (DGM tkniği kullnılıştı. Bulnık ntık dntlyiiindn ld diln onuçl il PI dntlyiiindn ld diln onuçl kşılştıılıştı. iülyon onuçlın gö bulnık ntık dntlyiiinin PI dntlyiidn dh iyi tki vdiği göülüştü. Anht Klil: Bulnık Mntık Dntlyii, Üçviyli Eviii, Ankon Moto, Uzy ktö DGM Fuzzy ogi Bd to Contol of An Indution Moto With Thvl Invt Abtt: In thi tudy, d of n indution oto w ontolld by uing thlvl invt. Th vto ontol (fild ointd ontol thniqu w ud fo d ontol of n indution oto (IM. In thi ontol thniqu, intd of th onvntionl PI (Pootionl Intgl ontoll fuzzy logi ontoll (FC h bn lid, to d ontol unit of n IM. In od to du toqu il in th withing of thlvl invt, vto ul width odultion (PWM thniqu h bn ud. Th ult of obtind fo th fuzzy logi ontoll nd PI ontoll w od. iultion ult how tht fuzzy logi ontoll ovid btt on thn th PI ontoll. Kywod: Fuzzy ogi Contoll, Thvl Invt, Indution Moto, to PWM Giiş on yılld yıiltkn güç lnlının nhtl fknlınd v kitlind hızlı glişl ydn glişti. Bundn dolyı ot v yükk gili lığındki ndütiyl oto üüü itlind, ltntif kı güç bllind v ttik güç dönüştüüülind biçok dğişikliğ yol çıştı [1]. Dğişkn hızlı yükk fonlı AA üüü itlind kullnıln gili blli DGM viiilin, çıkışındki gili v kılınd honik bilşnlinin düşük gnlikt olı itni. AM ld honikl, oto kyılının tın dolyııyl viin düşin, ontt lınılın oluşın v lktonytik tkilşi b olktdı [2,3]. Eviiinin çıkış giliindki honikl, giliin çıkış dlg şklinin viy yıı tıılk n z indignbili [2,4]. Önğin ynı nhtl fknınd üçviyli viiinin çıkış dlg şklinin honik bilşnli iki viyli viiil gö dh düşüktü. Böyl dh düşük nhtl fknlınd çlışılbili [5,6]. Yükk fonlı AA üüülind dolylı ln yönlndili dnti yygın bi şkild kullnılktdı. Bu kontol yönti ybnı uytılı DA otou kontol yöntin bnzktdi. Bu yöntd tto kıının ont v kı bilşn dğişknli kullnılı. Bu dğişknl bibiindn bğıız olk dntlnktdi. Fz dönüşülind uygun bibiindn bğıız dntlnbil işlini gçklştibilk için nkon çıl hız bilgiin ihtiyç vdı. nkon çıl hız bilgiinin doğu olk h dilbili oto zn bitin bğlıdı. Fkt oto zn biti ıklık v nytik ndüktnın doyu ulşı il ükli dğişkn bi dğddi [7]. on yılld bu tü oblli çözk için biçok çlış yılıştı. Zki dnti tkniklindn bulnık ntık dntlyii tkniği bu tü oblli çözd yygın bi şkild kullnılktdı yılınd otfi A. Zdh tfındn bulnık ntık vy bulnık kü kuı oty konuluştu. Bulnık ntık dntlyiil biçok lnd bşılı bi şkild uygulnktdı [812]. Bulnık ntık dntlyiii, klik dntlyiill kşılştııldığınd dntlyiinin dizynı ıınd h hngi bi ttikl odl gkiniin ihtiyç duydığı göülktdi. Bu çlışd nkon otoun vktö kontol dntid klik PI dntlyii yin bulnık ntık dntlyii kullnılk otoun hız dntii gçklştiilişti. İkini bölüd, AM un ln yönlndili dntii nltılktdı. Üçünü bölüd, bulnık ntık dntlyii hkkınd gnl bilgi vilktdi. Dödünü bölüd, bulnık ntık dntlyiinin tıı unulktdı. Bşini bölüd üçviyli viii v uzy vktö DGM hkkınd bilgi vilktdi. Altını bölüd i iülyon çlışı vilkt v ld diln onuçl ttışılktdı. 452

2 O. BİNGÖ AM un Aln Yönlndili Dntii AM un ln yönlndili dnti yöntind oto 0 it 3 fz dğişknli 90 fz fklı iki düzl ktılktdı. nkon hızd dönn ( d q fn knin gö AM un gili dnklli şğıd vilişti [3,13]. v v 0 0 q d R = ( ( R ( R i i ( i R i q d q d (1 Elktonytik ont i; T = 3 P ( 2 2 λd i q λqi d (2 d q fn knin d kni oto kıı il çkıştıılı; λ d = λ (3 Eğ it klı duud i; λ d = i d (4 Ky hızı; Riq l = = (5 i d Rotoun oziyonu; d2θ = ( B d T θ T J d / (6 d2θ θ d θ d = θ θ = θ θ l (7 Bud, q, d : q, d knlindki tto gilili, R, R : tto v oto gı dinçli, i q, i d : q, d knlindki tto kılı, λ q, λ d : q, d knlindki tto nytik kıı, λ q, λ d : q, d knlindki oto nytik kıı, : Otk ndüktn, : Roto ndüktnı, P : Kutu yıı, :Tüv otöü. AM un ln yönlndili dntili tl yıı Şkil 1 d vilişti. * PI d dt * i d * i q * i q l θ l * TRi d θ q PI Akı Dntlyii d i q i d θ, b, q d Uzyktö DGM Şkil 1. AM un ln yönlndi dntii 12 i, b, d Üçviyli Eviii 3 AM Bulnık Mntık Dntlyii Bi bulnık ntık dntlyii tl olk döt kııdn oluşktdı. Bunl bulnıklştı, bilgi tbnı, k v biii v duulştı biiidi [14]. Bulnıklştı, itdn lınn dnti giiş bilgilini özl dğişknl oln bolik dğl dönüştü işlidi. Bu çlış d : Ngtif Büyük, : Ngtif Ot, : Ngtif Küçük, : ıfı, : Pozitif Büyük, : Pozitif Ot, : Pozitif Büyük olk üz 7 özl dğişkn kullnılıştı. itin vili çlışını ğlk ıyl dğişik şkilld (üçgn, yuk, çn ğii v. bulnık kül çilbili. Klı duu htını n z indik için kuul noktın doğu ıklşn itik üçgn üylik fonkiyonu tlnıştı. 453

3 Üçviyli Eviii il Bi Ankon Motoun Bulnık Mntık Tbnlı ktö Kontolü Bilgi tbnı, vi tbnı v kul tbnı olk üz iki kı yılı. i tbnının oluştuulı h bi dğişkn için vnl künin tnılnını, bulnık külin yıının blilnini v üylik fonkiyonlının tlnını gktii. Kul tbnı, uzn kişil tfındn blilniş bulnık ntık dntlyiinin dvnışlını tit dn dnti kullını içi. Bu çlışd 7x7 lik tol 49 kul tnılnıştı. K v biii, çıkı otou olk t dlndıılı. Bulnık ntık dntiin çkidk kııdı. K vyi gçklştik için biçok yönt vuttu. Bu işi gçklştik için bu uyguld MAXMIN k v yönti çilişti. Duulştı, k v biiindn gln bulnık bi bilgidn bulnık olyn v uyguld kullnılk gçk dğlin ld dilini ğl. Duulştı işlind biçok dğişik yönt kullnılktdı. Bu çlışd ğılık kzi yönti kullnılıştı. AM un Bulnık Mntık Hız Dntii ktö kontollü AM üüü itind otoun hız dntiini ğlk için klik PI dntlyii yin bulnık ntık dntlyii uygulnıştı. Bulnık ntık dntlyiinin giiş dğişknli fn hız il otoun gçk hızı ındki hız htı ( v hız htındki dğişi ( olk tnılnıştı. Çıkış dğişkn * dğişii olk i kıın ont bilşni ( çilişti. Bulnık ntık hız dntlyiiinin blok şı Şkil 2 t vilişti. ktö kontolü bulnık ntık dntlyiili AM hız dnti şı Şkil 3 t göülktdi. * ( k = ( k ( k ( k = ( k ( k 1 * ( k k' ını önkl nınd itniln fn hız, (k k' ını önkl nındki oto hızı, (k k' ını önkl nındki oto hız htı, (k i k' ını önkl nınd oto hız htındki dğişidi. Tıd nklik ğlk v dntlyiiyi ylk için dğişknl bii dğ (u olk til dilktdil. Dntlyiinin giiş v çıkış dğişknlinin bii dğ olı için kznç ktyıı kullnılı. Bu kznç ktyılı GE, GC v GU olk iilndiilil. Bii dğ olk çıklnn dğişknl şğıdki şkilddi: ( u ( u = ( k / GE = ( k / GC * du( u = iq ( k / GU i q (8 (9 Kul Tbnı (u GE GC (u Bulnıklştı K Biii Duulştı * du(u i q GU i Tbnı Şkil 2. Bulnık ntık hız dntlyiii blok şı * d dt Bulnık Mntık Dntlyii d dt * i q l * Rid T * i d θ l θ * i q q PI Akı Dntlyii d i q i d θ, b, q d Uzyktö DGM 12 i, b, d Üçviyli Eviii Şkil 3. ktö kontolü bulnık ntık dntlyiili AM hız dnti şı 3 AM 454

4 O. BİNGÖ Bulnık ntık dntlyiil gnllikl dn ynıl il tlnkt v ylnktdıl. Bu yüzdn üylik fonkiyonlı, kull v ölçklndi fktöli otiu bi fon ld diny kd dğiştiilktdil. Şkil 4 t giiş v çıkış dğişknli ( u, ( u v du ( u nun üylik fonkiyonlı göülktdi. Bulnık kü yıını ttıdn klı duu noktı ivınd h dnti ğlk için ot kııd ıklşn itik üylik işlvli tih dilktdi. 2. Hız htı v hız htındki dğişi hlnktdı. 3. Hız htı v hız htındki dğişi için bulnık kül v üylik fonkiyonlı blilnktdi. 4. H bi kul bğlı olk dnti işlvindki * dğişi ( blilnktdi. I q 5. Ağılık kzi duulştı yönti kullnılk * I dki gçk dğişi ( hlnktdı. * q 6. üüüyü kontol tk için dnti * * * işlvindki dğişi I ( k = I ( k 1 ( I göndilktdi. q I q q q µ( µ( ( u Çizlg 1. Hız dntii için bulnık ntık dnti kullı ( u µ(du NÇB PÇB du( u Şkil 4. ( u, ( u v du ( u dğişknlinin üylik fonkiyonlı Çizlg 1 d bulnık ntık hız dntlyiii için dn ynıl il dh uygun hl gtiiliş kul tbnı tii vilktdi. Hız dntii için işl ıı şğıdki şkild yılktdı [10]: Üçviyli Eviii Şkil 5 d viiinin h bi fzı, iki tut diyodu ( D 11, D12, döt nht ( 1, 2, 3, 4 v döt by diyotundn ( D 1, D2, D3, D4 oluşktdı. Üçviyli viiid h fz kolunun 3 nhtl duuunun olı itibiyl ( 3 3 = 27 nhtl duuun hiti. 1. AM un hız işti önklnktdi. 1 D 1 b1 D b1 1 D 1 d C 1 o C 2 D 11 D D 2 b2 D b2 2 D D 2 21 D 31 A B C D 22 b3 D 32 D 3 D b3 3 D 3 4 D 4 b4 D b4 4 D 4 n Şkil 5. Üçviyli diyottutlı viii 455

5 Üçviyli Eviii il Bi Ankon Motoun Bulnık Mntık Tbnlı ktö Kontolü Çizlg 2 d bi fz it nhtl duulı götilişti. Anhtl duulın gö Şkil 6 d gili vktöli iç iç iki ltıgnin çşitli noktlın konulndıılıştı. Çizlg 2. Üçviyli viiinin nhtl duulı ( x =, b, Anhtl Duuu x1 x2 x3 x4 xo d / 2 o n d / 2 Şkil 6 d göüldüğü gibi, gili vktöli gnliklin gö, döt gub yılı. Bunl, büyük gili vktöli oln v b gubu gili vktöli olu gnlikli / 3 2 d tü v dıştki ltıgnin köşlind konulnışldı. Ot gili vktöü oln gubu gili vktöünün gnliği d / 3 tü v dıştki ltıgnin ot noktlınd konulnışldı. Küçük gili vktöli oln (, n v ( b, bn gubu gili vktöli olu gnlikli d / 3 tü v içtki ltıgnin köşlind konulnışldı. ıfı gili vktöli oln ( o, on, oo gubu gili vktölinin gnliği i ıfı olu, oijind konulnışldı. Şkil 6 d dıştki ltıgn, ltı ktö (A, B, C, D, E, F hiti. Aynı znd h bi ktöd döt dt bölg bulunktdı. Altıgndki tol bölg yıı 24 tü [6]. β n b no C4 D4 no nn o noo nn C2 D2 C3 oo non D3 b bn oo nno B2 C1 E2 n o on oo D1 n on on o oon o ono n b oo onn n on no W Şkil 6. Üçviyli viiinin çıkış gililinin nhtl duulı v uzy vktöü B3 B1 E1 E3 b bn nnn ooo b bn B4 A1 F1 E4 n b A4 A3 F3 F4 A2 F2 nn α U Uzy vktö DGM yöntin gö fn gili uzy vktöü, üç fzlı viiinin çıkış gilili şğıd vilişti. f 1 = α = j j2π / 3 β = 2/ 3( 0 b 1 2 (10 T önkl znı içiind gili vktölinin zn üli; f T = t t T = t t 2 t t 3 3 (11 Rfn gili vktöünün hngi ktö v hngi bölgy gldiğini bulk için, fn gili vktöünün bilşnli oln α, β gilili kullnılı. Dnkl 11 d bulduğuuz t 1, t2, t3 üli h ktö içindki bölglin gili vktö ülidi. iülyon onuçlı ktö kontollü AM un hız dntiin it iülyon çlışlı ıınd C ogl dili kullnılıştı. Eld diln bu vil MATAB ogı kullnılk gfikl dönüştüülüştü. iülyon çlışınd kullnıln AM un tli şöyldi: U=380, P=4.5 kw v 2=6 kutuludu. Eviiilin bl gilii DC 540 olu nhtl fknlı 2 khz di. Klik dntlyii il bulnık ntık dntlyii ındki fon fklılıklını kıylybilk ıyl h PI dntlyii h d bulnık ntık dntlyii için üüü it tlnış v iülyonu yılıştı. En iyi iülyon onuçlı lınn kd üylik fonkiyonlı, kontol kullı v kznç ktyılı ylnıştı. PI dntlyii v bulnık ntık dntlyiii için dğişik ştld yıln iülyon onuçlı Şkil 7 dn Şkil 10 kd oln şkilld vilktdi. Şkil 7 d PI dntlyiiin it şkill vilişti. Şkil 7( d oto t=0.5 y kd 400 d/d d çlıştıılış v t=0.5 d fn hız 800 d/d y çıktılıştı. Moto 800 d/d d çlışıkn t=0.9 d 8 N lik yük uygulnış v t=1.2 d yük kldıılıştı. Şkil 7(b, ( v (d d oto it ııyl ont, fz kılı v ht gilii şkilli göülktdi. Şkil 8 d bulnık ntık dntlyiiin it şkill vilişti. Şkil 8( d oto t=0.5 y kd 400 d/d d çlıştıılış v t=0.5 d fn hız 800 d/d y çıktılıştı. Moto 800 d/d d çlışıkn t=0.9 d 8 N lik yük uygulnış v t=1.2 d yük kldıılıştı. Şkil 8(b, ( v (d d oto it ııyl ont, fz kılı v ht gilii şkilli göülktdi. Şkil 9 d PI dntlyiiin it şkill ykınlştıılış hld vilişti. Budki şkilld otoun hız tkii, ont ğii, fz kılı v ht gili şkilli dh iyi göülktdi. Şkil 10 d d bulnık ntık dntlyiiin it şkilld PI dntlyiiind olduğu gibi yin ykınlştıılış hld vilişti. Budki şkilld d otoun hız tkii, ont ğii, fz kılı v ht gili şkilli dh iyi göülktdi. 456

6 O. BİNGÖ Hız (d/d 8N ( Mont (N Fz kıı(a Ht gilii( (b ( (d Zn ( Şkil 7. PI dntlyiiy it ğil Hız b Mont Fz kıı d Ht gilii Hız (d/d 8N ( Mont (N Fz kıı(a Ht gilii( (b ( (d Zn ( Şkil 8. Bulnık ntık dntlyiiy it ğil Hız b Mont Fz kıı d Ht gilii 457

7 Üçviyli Eviii il Bi Ankon Motoun Bulnık Mntık Tbnlı ktö Kontolü Hız (d/d ( Mont (N Fz kıı(a Ht gilii( Zn ( Şkil 9. PI dntlyiiy it ykınlştıılış ğil Hız b Mont Fz kıı d Ht gilii (b ( (d Hız (d/d ( Mont (N Fz kıı(a Ht gilii( Zn ( Şkil 10. Bulnık ntık dntlyiiy it ykınlştıılış ğil Hız b Mont Fz kıı d Ht gilii (b ( (d Şkilldn d göüldüğü gibi ynı ştld PI dntlyii tkiind bulnık ntık dntlyiiy gö dh fzl dlglnl olktdı. PI dntlyii dğişn çv ştlın bğılılık götikn bulnık ntık dntlyiii dğişn çv ştlındn bğıız olk çlışktdı. 458

8 onuçl Üçviyli viii il AM un hızı dntlnişti. AM un hız dntii vktö kontol yönti il yılıştı. Bu kontol yöntind, klik PI dntlyii yin bulnık ntık dntlyiii AM un hız kontol ünitin uygulnıştı. Bulnık ntık dntlyiiindn ld diln iülyon onuçlı il PI dntlyiiindn ld diln iülyon onuçlı kşılştıılıştı. iülyon onuçlın gö bulnık ntık dntlyiiinin PI dntlyiiindn dh iyi tki vdiği v çlış ştlının dğişikliğin dh z bğılı olduğu gözlnişti. O. BİNGÖ [13]. in, B.., u, H.H., Multilvl AC/DC/AC Convt Fo AC Div, IEE Po.Elt. Pow Al., 146, [14]. By, Ö. F., A Digitl ignl Poo Bd Fuzzy Contol of A withd Rlutn Moto, Jounl of Polythni, 2, 721. Kynkl [1].,YoH., uh, B.., Hyun, D.., A Novl PWM h fo Thvl oltg ou Invt With GTO Thyito, IEEE Tntion On Induty Alition, 32, [2]. Nb, A., Tkhhi, I. nd Akgi, H., A Nw Nutl Point Cld PWM Invt, IEEE Tntion On Induty Alition, IA 17, [3]. El, Ç., Bingöl, O., Üçviyli Eviii il Ankon Moto Hız Dntii, 3d Intntionl Advnd Thnologi yoiu, Ank, [4]. Holtz, J., Pulwidth Modultion fo Eltoni Pow Convion, Poding of th IEEE, 82, [5]. Zhng, J., High Pfon Contol Of Thvl IGBT Invt Fd AC Div, Induty Alition Confn, Thitith IA Annul Mting, 1, [6]. Clnovi, N. nd Booyvih, D., A Cohniv tudy of Nul Point oltg Blning Pobl in Th vl Nutl Point Cld oltg ou PWM Invt, IEEE Tntion. On Pow Eltoni, 15, [7]. Wi, R.J., Chng, H.H., Bkting Wvlt Nul Ntwok Contol Fo Indit FildOintd Indution Moto Div, IEEE Tn. on Nul Ntwok, 15, [8]., C. C., Fuzzy ogi in Contol yt: Fuzzy ogi ContollPt I, IEEE Tn. On yt Mn nd Cybnti, 20, [9]., C. C., Fuzzy ogi in Contol yt: Fuzzy ogi ContollPt II, IEEE Tn. On yt Mn nd Cybnti, 20, [10]. By, Ö. F., Fuzzy Contol of Fild Ointtion Contolld Indution Moto, Jounl of Polythni, 2, 19. [11]. El, Ç., Akyol, M. A., itul Eltil Mhiny botoy: A Fuzzy ogi Contoll Fo Indution Moto Div, Int. Jounl of Engining Edution, 20, [12]. Akyol, M. A., Ctin, A., El, C., (2002. An Edutionl Tool Fo Fuzzy ogi Contolld BDCM, IEEE Tn. on Edution, 45,