Vektör Denetimli Kalc Mknatsl Senkron Motorun Uzay Vektör Darbe Geni,li-i Modülasyonu ile Performans Analizi

Transkript

1 Polteknk Degs Jounal of Polytechnc Clt: Say: s.7-3, 7 ol: No: pp.7-3, 7 ektö Denetml Kalc Mknatsl Senkon Motoun Uzay ektö Dabe Gen,l- Moülasyonu le Pefomans Analz Güngö BA, M. Chat ÖZGENE, 7ek DEM9RBA7 Gaz Ünestes eknk E-tm Fakültes Elektk E-tm Bölümü, 5 eknkokulla, ANKARA Ezncan Ünestes Meslek Yüksekokulu, ERZ9NCAN ÖZE Bu çal,maa ektö enetml kalc mknatsl senkon moto (KMSM) un pefomans ncelenm,t. ektö enetmn geçekle,teblmek çn Analog Deces fmas taafnan gel,tlen ADMC saysal,aet,lemcl enetm kat kullanlm,t. Akm e hz enetm PI enetm algotmas le geçekle,tlm,t. ektö enetm yöntem le KMSM un yabanc uyatml DA motouna benze bçme uyatm e moment akmla bblenen ba-msz olaak enetleneblm, e motoun yüksek pefomansta çal,mas sa-lanm,t. KMSM akm enetml gelm kaynakl ec (GKE) taafnan beslenmekte. GKE nn akm enetmnn sa-lanmasna e anahtalama sasnn bellenmesne uzay ektö abe gen,l- moülasyonu (UDGM) kullanlm,t. KMSM e-,k hz e yük ko,ullana çal,tlaak göste- pefomans ncelenm, e ele elen sonuçla sunulmu,tu. Anahta Kelmele : Kalc mknatsl senkon moto, ektö kontol, uzay ektö abe gen,lk moülasyonu Pefomance Analyss of ecto Contolle Pemanent Magnet Synchonous Moto wth Space ecto Pulse Wth Moulaton ABSRAC In ths pape pefomance analyss of ecto contolle pemanent magnet synchonous moto(pmsm) has been nestgate. ADMC gtal sgnal pocesso ca eelope by Analog Deces has been use fo contol algothm. Cuent an spee hae been contolle wth PI contolle. Wth the ecto contol metho, exctng an toue cuents of the PMSM hae been contolle nually same as sepeately excte DC motos an hgh pefomance has been obtane. he PMSM has been suple fom cuent contolle oltage souce nete (SI). Space ecto pulse wth moulaton (SPWM) technue has been use fo contollng SI cuent an etemnng swtchng seuence. he PMSM has been pefome seeal spee an loa contons an then pefomance has been analyse. est esults obtane fom expement hae also been summaze. Keywos : Pemanent magnet synchonous moto, ecto contol, space ecto pulse wth moulaton. GR Do-u akm (DA) motola, geçm,te enü e alan sag akmla kolayca enetlenebl- çn, e-,- ken hz e moment geekten uygulamalaa yaygn olaak kullanlm,t. Özellkle yabanc uyatml DA motou hz e momentte meyana geleblecek an e- -,melee hzl ceap eeblmesnen olay yüksek pefomans geekten uygulamalaa gen, b kullanm alan bulmu,tu. Ancak DA motolann bu yetene-ne ka,n motoun yapsnan kaynaklanan baz mahsula a a. Motoa fça e kollektö üzene-nn olmas; beabene motoun yüksek hzlaa e yanc otamlaa kullanlamamas gb sakncala getm,t (). Bunlaa laeten motoun peyok bakm geektmes e b ba,ka olumsuzluktu. Altenatf akm (AA) motolann DA motolana göe aha küçük boyutlaa üetleblmele, aha az bakm geektmele gb aantajla a. AA motola çesne en çok kullanlan moto olan asenkon moto bakm geektmeyen fakat buna ka,lk DA motouna göe namk pefomans ü,ük e enetm aha zo e aha kama-,k olan b motou. Kalc mknatsl senkon moto(kmsm) la, klask senkon motolaak uyatm saglann yüksek mknatsyetl kalc mknatslala e-,tlmes sonucuna ele elm,t. KMSM laa stato saglann beslenmes ec le sa-lanmakta. Ecle, g,lene uygulanan o-u gelm genl- e fekans e--,eblen genellkle b eya üç fazl altenatf akma çe- Dgtal Object Ientfe.339/

2 Güngö BA, M. Chat ÖZGENE, 7ek DEM9RBA7 / PO9EKN9K DERG9S9, C9, SAYI, 7 en güç elekton- eele. Ece kullanlan tansstölen anahtalanmas, motoun oto konumuna göe geçekle,tl. Bu yüzen KMSM laa moto mlne ba-l b konum alglayc bulunmakta eya çe-,tl tahmn yöntemle kullanlaak moto konumu tahmn elmekte (-). He k uuma a otoun konum blgs ece bulunan tansstölen anahtalanmas,lemne kullanlmakta. B ba,ka ey,le komütasyon, otoun konum blgs kullanlaak ec tansstölenn uygun zamanlaa letme eya kesme kalmasyla sa-lanmakta. AA motolan enetmlene akm enetml gelm kaynakl ecle (GKE) öneml b yee sahpt. Akm enetm yöntemle e moülasyon teknklene yle,tme yaplaak ec pefomansn buna ba-l olaak AA motolan pefomanslan gel,tmek mümkünü. GKE lee moülasyon tekn- olaak genellkle abe gen,lk moülasyonu (DGM) kullanlmakta. Akm kontol tekn- olaak ta en çok kullanlanla hstesz akm enetm, ampa ka,la,- tmal enetm e uzay ektö abe gen,l- (UDGM) akm enetm (5). Bu çal,maa UDGM tekn- kullanlaak KMSM un enetm yaplm, e çe,tl çal,ma ko,ullana pefomans analz yaplm,t.. KMSM UN EKÖR DENEM ektö enetm 97 len ba,lana asenkon motolaa uygulanaak asenkon motolan yabanc uyatml DA motou gb enetleneblece-n göstelm,t. Ancak o yllaa mko,lemc e güç elekton- teknolojs elemanla bu,lem yene geteblmek çn yetel hza e güce sahp e-l. Günümüze elektonk alannak hzl gel,mele sonucu ektö enetm asenkon motolan yanna senkon motola gb b çok AA motolana ba,al b,ekle uygulanmakta. ektö enetm yöntemne AA moto moel oto efeans üzlemne aktalaak buna uygun enetleyc tasalamak suetyle geçekle,tlmekte. 7ekl e KMSM un oto efeans üzlemne e,e-e ees elm,t (). a) eksen e,e-e ees b) eksen e,e-e ees 7ekl. KMSM un oto efeans üzlemne e,e-e ees 7ekl ek e,e-e ee kullanlaak moto gelmle; R R t,eklne yazlabl. Buaa,, ble,enlen,, - eksen enüktanslan,, manyetk aklan, R stato encn e g, gelmnn - faz akmlann - ble,enlen, - eksen oto açsal hzn fae etmekte. Motoun e eksenle manyetk akla; m le fae el. Buaa m sabt mknatstan olay meyana gelen otak manyetk ak. E,. üzenleneek motoun e eksenlenek akmla e,tl-n sol taafna alnp enklem uum uzay bçmne yazlabl. R t R m () (3) E,.3 en motoun enetm büyüklü-ü oto efeans üzlemnek akmla ( e ) olu-u göülmekte. Motoun üett- elektomanyetk moment; 3 P [ ( ). ] e () m e,tl- le fae elebl. Buaa P kutup saysn göstemekte. E,. e motoun üett- momentn oto manyetk aksna e oto efeans üzlem, akmlana ba-l olu-u göülmekte. KMSM a oto manyetk aks mknatsla taafnan ka,lan-nan oto manyetk aks m sabtt. Ayca yüzey mknatsl senkon motolaa e eksenle enüktansla e,t olu-unan ( ) E,. ek moment faes yüzey mknatsl senkon motolaa; e 3 P [ m ] (5) olaak yazlabl. Böylece mknatsla oto yüzeyne yele,tlm, senkon motoa moment saece oto efeans üzlem -eksen ( ) akmna ba-l olmakta. Rotoun açsal hz e,tlk le göstelebl. e y B () t J Buaa y yük moment, J atalet moment e B sütünme katsays. Roto konumu; () (7) [] t fae elebl. Roto efeans üzlemne göe KMSM un blok yagam 7ekl e elm,t. 8

3 EKÖR DENE9M9 KAICI MIKNAISI SENKRON MOORUN UZAY EK / PO9EKN9K DERG9S9, C9, SAYI, 7 s R 3P m P m e y B Js 7ekl. Roto efeans üzlemne göe KMSM un blok,ekl KMSM un oto efeans üzlemne k matematk moel kullanlaak geçekle,tlen ektö enetm 7ekl 3 e elm,t. 7ekl 3. KMSM un ektö enetm yagam 7ekle, moto hattnan (stato efeans üzlemne) k faz akm ölçülmü,, -e faz akm se a b c s akm ( ) bulunu. Moment ble,en efeans akm geçek akm le ka,la,tlp PI enetleycen geçleek motoun -eksen gelmnn efeans e-e ( ) bulunu. Roto efeans üzlem -eksen akm ( ) sf aln-nan oto -eksen gelm efeans e-e e sf alnm,t. Roto efeans üzlem -eksen gelmnn efeans ( ) e-e tes Pak tansfom blo-una k faz sabt efeans () üzlemne oto konumu kullanlaak çel. 9k faz sabt üzlemek gelm e-ele kullanlaak UDGM yöntem le GKE nn anahtalama sala e süele bellenmekte. 3. UZAY EKÖR DARBE GENK MODÜASYONU Uzay ektö abe gen,lk moülasyonu (UDGM), uzay ektö yöntemn kullanaak 3-faz gelm kaynakl ece kullanlan güç anahtalann uygun sa le anahtalanmas. 3-faz gelm kaynakl ece 8 fakl anahtalama konumu a. Çzelge e 3-faz GKE nn anahtalama konumlana sabt üzleme çk, gelmle elm,t. Çzelge. Ec anahtalama pozsyonuna göe sabt üzlem çk, gelmle Anahta Konumu S a S b S c ektö - a /3 - a / a /3 a / 3 - a /3 3 5 a /3 a /3 - a / a /3 a / ( ) ba-ntsnan ele elm,t. Üç faz c a b stato akm lk önce Clake önü,ümü le k faz sabt üzleme () aha sona Pak önü,ümü le oto efeans üzlemne çeleek stato akmlann oto efeans üzlem e akm ble,enle bulunmu,tu. Pak önü,ümüne konum alglaycan ele elen oto konumu kullanlm,t. Roto konumunan oto hz hesaplanmak suetyle bulunmakta. Rotoun hz efeans hz le ka,la,tlp PI enetmen geçl. Böylece oto efeans üzlemne motoun moment üeten e 7 Çzelge en göülü-ü gb ektölene çk, gelmle sf. Bu yüzen saece aktf ektö a. Bu ektöle 7ekl te göülü-ü gb uzay ektöü,eklne fae elebl. Kom,u ektöle aasna kalan e en ya kaa numaalanlan alan sektö olaak fae elmekte. UDGM algotmasnn geçekle,tlmesne lk olaak çk, gelm ektöünün hang sektöe bulunu-unun bellenmes geek. Bu makalee sektöle- 9

4 Güngö BA, M. Chat ÖZGENE, 7ek DEM9RBA7 / PO9EKN9K DERG9S9, C9, SAYI, 7 n bellenmes a,a-ak,ekle geçekle,tlm,t [7]. IF IF IF 3 ( ) an bn cn > A :, > B : > C : sektö : A B C ESE A : ESE B : ESE C : 7ekl. Gelm uzay ektöü 9knc olaak stenlen gelm e-en ele etmek çn kom,u gelm ektölenn ne kaa süe le aktf kalaca-nn bellenmes geekmekte. 7ekl 5 e 3W sektö çn gelm ektöle göstelm,t. 7ekl 5 ten çk, gelm ektöünün otalama e-e out t t t t,eklne yazlabl. E,. 8 ek son tem sf olu-unan, ntegal,lemnen sona çk, gelmnn e-e E,. 9 a el- gb olacakt. ( ) ( ) 5 out ( ) () ( ) 7 ( ) ( 5 ) ( ) o ( ) x 7ekl 5. Çk, gelm ektöünün ble,enle 3 out out He b sektö çn çk, gelm benze,ekle hesaplanmakta. He kom,u ektöün uygulanma sües, e çk, gelmnn sabt üzlemek e-ele kullanlaak E,. elen,ekle bulunabl. a 3 ( 3 3 ) a. EKÖR DENEM KMSM DENEYNN GERÇEKERMES 7ekl a uygulamas geçekle,tlen sstemn blok yagam elm,t. Deneye ENZE fmasnn üetm olan e Çzelge e özellkle elen yüzey mknatsl KMSM kullanlm,t. Motoun konum blgle moto mlne ba-l sn/cos enkoe le ele elm,t. Akm blglen ele etmek çn moto hattna aet akm alglayc ba-lanm, e -e akm ( ) ba-ntsnan ele elm,t. c a b (8) 7ekl. Uygulamas geçekle,tlen sstemn blok yagam Çzelge.Deneye kullanlan kalc mknatsl senkon motoun özellkle Üetc ENZE Kutup says fma Moment,8 Nm Anma akm,3 A Hz 38 / Anma fekans 9 Hz Atalet moment, kg-m, eüktansla mh Stato sag 5, Gelm 33 enc Roto manyetk aks (),35 Webe Anma gücü, kw

5 EKÖR DENE9M9 KAICI MIKNAISI SENKRON MOORUN UZAY EK / PO9EKN9K DERG9S9, C9, SAYI, 7 Motoun hz e akm enetm algotmala Analog Deces fmas taafnan gel,tlen ADMC saysal,aet,lemc (S99) kat kullanlaak geçekle,tlm,t(8). Akm enetm tekn- olaak UDGM kullanlaak motoun enetmne ec g,ne o-u gelm uygulanm,t. Moto önce yüksüz olaak çal,tlp motoun hz, moment, hz hatas, konumu ncelenm,t. 7ekl 7 e yüksüz olaak çal,an motoun hz tepks elm,t. 7ekl 7. Yüksüz çal,an motoun hz tepks 7ekl 7 e moto yüksüz kalknm, 93 / olan efeans hz ms e yakalam, e moto hz kaal hale gelm,t. 7ekl 8 e motoun hz hatas elm,t. Motoun lk çal,ma anna hz hatas, moto uu-unan en yüksek e-e olan 93 / olmu,tu. Motoun kalknmasna e efeans hz yakalamasna paalel olaak hz hatas, moto hznn efeans hz yakala- an olan ms e sf olmu,tu. Bu anan sona moto hzna b e-,m olma-nan hz hatasna a b e-,klk olma- göülmü,tü. 7ekl 9. Yüksüz çal,an motoun konumu 7ekl a moto moment e moment akm ble,en akm elm,t. Moment akm meyana get-nen moment e akmnn e-,mnn ayn olu-u göülmü,tü. 7ekl a moto lk kalknma anna yüksek moment üett- aha sona momentn hzn yükselmesyle blkte ü,tü-ü göülmü,tü. Moto yüksüz olaak çal,t- çn akm motoun kayplan ka,layacak kaa ü,ük b e-ee kalm,t. 7ekl 8. Yüksüz olaak çal,an motoun hz hatas 7ekl 9 a elen motoun konumuna konum, motoun çal,maya ba,lamasyla blkte sfan tbaen yükselmeye ba,lam, konumuna yakla,k olaak 5 ms e ula,m,t. Moto lk çal,maya ba,la- anan tbaen hz kaal oluncaya kaa konum a b geckme olmu, hzn kaal olmasyla blkte konum sfan konumuna gelme süele e,t olaak e-,meye ba,lam,t. 7ekl. Yüksüz olaak çal,an motoun moment -eksen akm 7ekl ak hz tepksne motoa Nm yük uygulanm, moto yüklü olaak çal,tlm,t. Yüklü olaak çal,an motoun efeans hz yakalamas ms e olmu, fakat efeans hz çok az b mkta geçm, aha sona hz çn PI pogam motoun hzn ü,ümü, hz çok az b salnm yaptktan sona efeans hz yakalam,t. 7ekl. Nm yüklü motoun hz tepks

6 Güngö BA, M. Chat ÖZGENE, 7ek DEM9RBA7 / PO9EKN9K DERG9S9, C9, SAYI, 7 7ekl. Yüklü çal,an motoun hz hatas 7ekl e yüklü çal,an motoun hz hatasna motoun efeans hz yakalamasyla blkte sf olmu,tu. Motoun hz çok küçük b salnm yaptktan sona efeans hz yakala- çn hz hatasna a çok az b salnm olmu,tu. motoa uygulanan efeans hz, hz hatas e motoun tepks elm,t.,5 Nm yüklü olaak kae alga,eklne hz efeansna çal,maya ba,layan moto efeans hz yakla,k 5 ms e yakalam, e lk çal,ma anna en yüksek e-e olan 78 / an ba,layan hz hatas, oto hznn efeans hz yakla,masyla azalaak sf olmu,tu. Moto efeans hz, sn zlem, aha sona,5 s e efeans hz sfa ü,üülmü, e moto, sf olan yen hz efeansn hemen zlem, moto hz a yakla,k ms e sfa ula,m,t. Bu aaa hz efeans anen sf yaplnca motoun hz hatas anen negatf yöne 78 / olmu,tu ancak moto çok süee ms e sf olan efeans hza ula,aak hz hatasn teka sf yapm,t. Hz efeans,3 s sf yaplktan sona,55 s e motoa ayn e-ee (78 /) yöne yenen hz efeans elm, bu ana moto uu halne olu-unan hz hatas öncek gb poztf yöne 78 / olmu, fakat hzn sfan ba,layp efeans hz 5 ms sona yakalamasyla, hz hatas sf olu-u göülmü,tü. 7ekl 3. Nm yüklü çal,an motoun konumu 7ekl 3 e göülen motoun konumuna konumun kaal hal ms. 9lk kalknma annan tbaen konumun kaal hale ula,masna b geckme olmu, aha sona konum hzn efeans hz yakalamasyla konum kaal haln alm,t. 7ekl e motoun moment e moment akm nn e-,m elm,t. 7ekle lk kalknma anna moto kalknma momentn ka,layablmek çn fazla akm çekm, moto hzlankça çeklen akm azalm, e buna ba-l olaak moto moment e önce yüksek olmu, aha sona hzn kaal olmasyla blkte moment akm yük akm seyesne ü,ünce motoun üett- moment e yük moment e-ene ü,tü-ü göülmü,tü. 7ekl 5. Kae alga hz efeansna hz tepks e hz hatas 7ekl. Kae alga hz efeansna motoun konumu 7ekl. Nm yüklü çal,an motoun moment e akm Moto yüklü çal,tktan sona motoa,5 Nm yük e 78 / kae alga,eklne hz efeans uygulanm, motoun tepks ncelenm,t. 7ekl 5 e 7ekl ak moto konumuna moto konumunan tbaen çal,maya ba,lam, konumuna kaal konumlaa göe geckme le ula,m, aha sona konum sf olmu, sfan teka konumuna yükselme zaman ksalm, bunan sona konumun sfla aasna e-,mle ayn süelee olu-u göülmü,tü. Konum sfan ye o-u çkaken motoa sf hz efeans uygulanm,t. Moto hzna yaa,lama olu-unan motoun konumu a yaa, yükselm, e motoun uu-u ana moto konumu konumuna çok yakn b yee olmu,tu. Moto,3 s uuktan sona motoa teka ayn yöne e ayn hza

7 EKÖR DENE9M9 KAICI MIKNAISI SENKRON MOORUN UZAY EK / PO9EKN9K DERG9S9, C9, SAYI, 7 hz efeans uygulannca moto uu-u yeen çal,maya ba,lam,, konum çok ksa süee konumuna ula,m,, aha sona sfa ü,mü, e sfan konumuna yükselmesne hza paalel olaak çok ksa b geckme olmu,, fakat bu geckmeen sona hzn kaal olmasyla konumun kaal e ayn süelee e-,t- zlenm,t. 7ekl 7 e göülen motoun moment e moment akm, lk kalknma anna moto kalknma momentn ka,lamak çn yüksek moment üetm, e bu moment ka,layablmek çn yüksek akm çekm,t. Hzn efeans hz yakalamasyla moment azalaak yük moment e-ene kaa ü,mü,, buna ba-l olaak çeklen akm a yük akm e-ene ü,mü,tü. Motoa sf hz efeans elnce moto umu,, fakat uma momentn ka,lamak çn moto negatf yöne yüksek moment üetm,, buna ba-l olaak moment akm a negatf olmu,tu. Motoa teka 78 / hz efeans elnce, lk kalknma annak gb moto yüksek moment üeteek çal,m,, buna ba-l olaak moment akm yüksek olmu,, fakat efeans hz yakalanmasyla moment e akm nomal yük e-elene ü,mü,tü. 7ekl 7.Kae alga hz efeansna moto moment e moment akm 5. SONUÇ E DEERENDRME Bu çal,maa UDGM enetml b GKE en beslenen KMSM un pefomans ncelenm,t. KMSM enklemle k faz oto üzlemne aktalm, e ektö enetm yöntem le motoun yabanc uyatml DA motou gb enetlenmes sa-lanm,t. KMSM öncelkle sabt hz efeansna yüklü e yüksüz olaak çal,tlm,t. Motoun he k uuma a hzl b,ekle kalknaak efeans hz yakala- e efeans hz üzgün olaak takp ett- göülmü,tü. Motoun e-,ken hzlaak pefomansn test etmek çn motoa kae alga efeans hz uygulanm, e motoun yüklü e yüksüz uuma efeans hzn çok an e-,mesne a-men efeans hz üzgün olaak zle- göülmü,tü. UDGM nun moto pefomans üzenek etksnn göüleblmes çn motoun e-,k akm enetm e moülasyon teknkle kullanlaak test elmes geekmekte. Bu konu le lgl çal,mamz eam etmekte.. KAYNAKAR. as P., ecto Contol of AC Machnes, Claenon Pess, Oxfo, 99. 7ek DEM9RBA7, Süekl Mknatsl Senkon Motoun Konum Alglaycsz Hz Denetm, Gaz Ünestes Fen Blmle Enst. Degs, 5 (3), Acanley P.P. an Etugul N, Roto Poston Estmaton n PM Motos, Intenatonal Conf. on Electcal Machnes, -, 99. Fu M. an Xu., A Noel Sensoless Contol echnue fo Pemanent Magnet Synchonous Moto Usng Dgtal Sgnal Pocesso, Aeospace an Electoncs Confeence, 3-8, Matsu N. an Shgyo M., Bushless c Moto Contol wthout Poston an Spee Sensos, IEEE ansactons on Inusty Applcatons, 8(), -7, 99. Pllay P. An Kshnan R., Moelng of Pemanent Magnet Moto Des, 35 (), 537-5, Smon E., Implementaton of a Spee Fel Oente Contol of 3-phase PMSM Moto Usng MS3F, exas Instument Applcaton Repot SPRA588, (999) 8. Analog Deces, Refeans Fame Conesons Wth the ADMC, Applcaton Note, AN-, 3