FRÇASZ DOĞRU AKM MOOR SİSEMİNİNİN DENEYSE OARAK GERÇEKEŞİRİMESİ VE SİMÜASYONU Es KANDEMİR 1 H.ık DURU 2 Si ÇAMUR 3 Biol ARİFOĞU 4 Esoy BEŞER 5 Elektik Mühendisliği Bölümü Mühendislik Fkültesi Koceli Ünivesitesi, Vezioğlu Kmpusü, 411, Koceli 1 e-post: eskndemi@kou.edu.t 2 e-post: tduu@kou.edu.t 3 e-post: scmu@kou.edu.t 4 e-post: if@kou.edu.t 5 e-post: eese@kou.edu.t Keywods: Bushless DC Moto, Pemnent Mgnet Synchonous Mchine, Modelling nd Simultion ABSRAC n this ppe, ushless dc moto system is pticlly implemented y using pemnent mgnet moto, compute contolled invete nd position sensos. A mthemticl model of the ushless dc moto in tems of,,c ntul phse viles is given. Roto position dependent pmetees, i.e. inductnces nd flux linkges, of this model e expeimentlly detemined nd used in the model. n ddition, pticlly elized system is nlysed y compute simultions. Results of expeimentl nd simultion studies e given nd discussed. 2. ASARANAN FRÇASZ DOĞRU AKM MOOR SİSEMİ Geçekleştiilen sistemin pensip şemsı Şekil 1. de göülmektedi. Göüldüğü gii tslnn sistem, ilgisy vey mikodenetleyici üzeinden denetleneilen i eviici, mıkntıslı i moto ve konum lgılyıcı olk optik lgılyıcılın kullnıldığı lgılm devesinden oluşmktdı. 1. GİRİŞ Son yılld, yıiletken teknolojisinin ve mikodenetleyicilein gelişmesi ile denetim sistemleinin iyileşmesi ve mlzeme zınd ypıln ştıml sonucu mıkntıs mlzemelein gelişmesi ile fıçsız doğu kım motolı endüstide önem kznmıştı [1],[2]. Bu çlışmd i fıçsız doğu kım moto sistemi uygulmsı ypılmıştı. Ypıln u uygulmd, dh önceden tslnmış oln, mıkntıslı i senkon moto, konum lgılyıcıl ile senkonize çlışn i eviici üzeinden esleneek mıkntıslı motoun fıçsız doğu kım motou olk çlıştıılmsı sğlnmıştı. Deneysel olk geçeklenen sistemde elde edilen sonuçlın simülsyon ile ğdştıılmsı d çlışmnın ı dhilindedi. Şekil 1. slnn Sistemin Pensip Şemsı Sistemde kullnılmk üzee tslnn eviici temel olk, güç ktı ve süücü devesinden oluşmktdı. (Şekil 2.) Eviicinin güç devesinde yıiletken elemn olk N-knl, nominl değelei 5V, 14A oln ltı det RFP 45 mosfetlei kullnılmıştı. He mosfetin kendine it iiinden ğımsız i süücü devesi ulunmktdı. slnn eviicinin denetimi ilgisy üzeinden ypılmktdı.
otoun i meknik tuu iki elektiksel tu eşitti. üm unl göz önüne lınk; meknik olk he 3 de, oto konumunun tespit edilmesi geekmektedi. Üç det optoelektonik lgılyıcı lınd 6 lik çı ulunck şekilde stto kpğı üzeine sitlenmişti. 9 lik iki yydn oluşn ve sydm olmyn i pç tslnk oto mili üzeine yeleştiilmişti (Şekil 4.). Rotol ilikte döneilen u pç, lgılyıcılın içinden geçeilmektedi. Bu syede he 3 de oto konumu lgılnı. Şekil 2. slnn eviicinin göünüşü Konum lgılyıcı olk geek ypısının sit olmsı geekse mliyetinin düşük olmsı nedeniyle optoelektonik lgılyıcıl tecih edilmişti. slnn fıçsız doğu kım moto sisteminde kullnıln mıkntıslı motoun sttou olk etiket değelei 55W, 1.6A, 38V, 139d/dk oln 24 oluklu, 4 kutuplu, yıldız ğlı stndt senkon mkin sttou kullnılmıştı.(şekil 3.) Şekil 3. Mıkntıslı motoun stto ve otounun göünüşü Mkind oto olk, Şekil 3. de göülen mıkntıslı i oto kullnılmıştı. Rotod mıkntıs mlzeme olk yüksek enejili NdFeB mıkntısl ulunmktdı. Eviici, konum lgılyıcı ve mıkntıslı motoun i d senkon çlışmsı sğlnk fıçsız doğu kım moto sistemi elde edilmişti. Konum lgılyıcılın oto yeleştiilmesi ve oto konumunun tespit edilmesi ile şlyn u süeç, eviici için tetikleme sinylleinin elde edilmesi, tetikleme sinyllei doğultusund uygun fz sgılının enejilendiilmesi ve nihyetinde mıkntıslı motoun dönüş heketini geçekleştimesi ile son ulmktdı. Fıçsız doğu kım motolınd heket geilimi tpezoidl değiştiğinden sit moment üetimi için fz sgılın uygulnmsı geeken kım dlg şekli 12 lik çift yönlü ke dlg loklı şeklindedi. Üç fzın duumu göz önüne lındığınd he duumd iki fzın iletimde olduğu ve elektiksel olk he 6 de i iletim duumunun değiştiği göülü. Kullnıln mıkntıslı moto 4 kutuplu i ypıd olduğu için Şekil 4. Algılyıcıl ve yyın göünüşü Yy pçsının, lgılyıcılın içinden geçtiği duumld lgılyıcı çıkışınd 5V luk i geilim oluşu (lojik 1 ). Bu geilim değelei ypıln çlışmd i /O ktının potu üzeinden üç giiş ilgisi olk okutulmuştu. uo Pscl pogmlm dilinde yzıln i pogm vsıtsıyl, he 3 de fklı lgılyıcılın iletime vey kesime gimesiyle değişen giiş ilgilei değelendiilmişti. Değelendiilen u veile ydımıyl, pogm içeisinde ye ln koşul göe tetikleme sinyllei oluştuulmuş ve u sinylle ilgisyın plel potu üzeinden, tslnn eviicideki he mosfetin kpı süücü devesindeki tetikleme ucun göndeilmişti. Uygun sı ile gelen tetikleme sinyllei doğultusund mosfetle, iletim vey kesim duumun geçeek yıldız ğlı motoun fz sgılınd yklşık 12 lik kım loklı oluştumuştu. Sonuç olk mıkntıslı motoun, konum lgılyıcıl ve eviici devesi ile ilikte i fıçsız doğu kım motou olk çlışmsı sğlnmıştı. 3. FRÇASZ DOĞRU AKM MOORUNUN MAEMAİKSE MODEİ ve SİMÜASYONU Deneysel olk elde edilen sonuçlı simülsyon yöntemiyle kşılştıilmek, sonuç olk simülsyond gelinen noktlı tyin edeilmek çısındn uygulmd kullnıln sisteme it i de simülsyon çlışmsı ypılmıştı. Bunun için önce mıkntıslı senkon moto it mtemtiksel model oluştuulmuştu. Mıkntıslı i senkon moto it,,c fz sistemindeki mtemtiksel modeli oluştun şğıdki denklemle elde edileili.
V R V V c V R V V c R R Rc c c R c c c d dt c c d c dt cc c c c c c V,V,V c : Fz-nöt geilimlei, λ, λ, λ c : Fz sgılının toplm kılı, R, R, R c : Stto sgı diencidi. c λ c λ cc c λ m m c λm c dθ λ m dθ dt dt cc λ (1) (2) Mkinnın meknik üyüklükleini içeen meknik denklemle yıc yzılıs elektomgnetik moment, 1 e p 2 c c c c c cc c c λ λ λ m m (3) Fouie dönüşümü ile peiyodik fonksiyonl hline getiilmişti. Bulunn pmetele doğultusund mtemtiksel model eksiksiz olk oluştuulmuş ve hehngi i nümeik nliz ydımıyl çözüleilecek hle getiilmiş ve simülsyonu ypılmıştı. 4. FRÇASZ DOĞRU AKM MOOR SİSEMİNİN DENEYSE SONUÇAR ile SİMÜASYON SONUÇARNN KARŞAŞRMAS Geçekleştiilen fıçsız doğu kım moto sistemi, yükleneek 1Nm, 1.5Nm ve 2Nm yük duumlı için fz geilimlei ve fz kımlı osiloskoptn gözlenmişti. Dh son ynı yük duumlı için simülsyonu ypılk, 1Nm ve 1.5Nm yük duumlı için deneysel sonuçl ve simülsyon sonuçlı ilikte veilmişti. şeklinde yzılili. dω J e y (4) dt p meknik denkleminden ise oto hızı elde edileili. Bud, ω : Roto çısl hızı (Elk. Açı d/s), p : Kutup çifti syısı, J :Mkinnın miline indigenmiş eylemsizlik momenti, y : Yük momentidi. Şekil 5. 1Nm yüklü duumd fz kımının zmn ğlı değişimi Bu şekilde yukıdki denklemle ile mkinnın modeli elde edilmiş olu. Fkt geçek nlmd modeli tmmlyilmek için ii ij,, ii, ij, teimleinin ulunmsı geekmektedi. Bu nedenle ilk olk indüktns mtisini elde edeilmek için ltentif kım ölçüm yöntemiyle öz ve kşılıklı indüktnsl oto konumun ğlı olk elde edilmişti. Mkin modelindeki teiminin oto konumun ğlı değişimini elilemek için deneysel i çlışm ypılmıştı. Fklı deviledeki heket geilimlei, elde edildiklei oto çısl hızın ölüneek, ulunmuştu. Elde edilen dizile Şekil 6. 1Nm yüklü duumd fz kımının zmn ğlı değişiminin osiloskop göüntüsü (.8A/ke)
Şekil 7. 1Nm yüklü duumd fz geiliminin zmn ğlı değişimi Şekil 1. 1.5Nm yüklü duumd fz kımının zmn ğlı değişiminin osiloskop göüntüsü (.8A/ke) Şekil 8. 1Nm yüklü duumd fz geiliminin zmn ğlı değişiminin osiloskop göüntüsü (2V/ke) Şekil 11. 1.5Nm yüklü duumd fz geiliminin zmn ğlı değişimi Şekil 9. 1.5Nm yüklü duumd fz kımının zmn ğlı değişimi Şekil 12. 1.5Nm yüklü duumd fz geiliminin zmn ğlı değişiminin osiloskop göüntüsü (2V/ke) 5. SONUÇAR Sonuç olk çlışm ın ulşmış ve mıkntıslı senkon moto, fıçsız doğu kım motou olk çlıştıılmıştı. Eviici ve konum lgılyıcıl ın uygun olk tslnmış ve geçeklenmişti. Mtemtiksel modelin pmetelei için deneysel ölçümle ypılmıştı. Uygulmd kullnıln motoun
genelleştiilmiş mkin kumın uygun olk, hmoniklei de içeen Mtl simülsyonu ypılmıştı. Deneysel sonuçl ile simülsyon sonuçlı kşılştıılmıştı. Sonuçlın enze olduğu göülmüştü. Bu şekilde henüz ülkemizde imltı ypılmyn fıçsız doğu kım moto sistemi için önek olilecek i çlışm ypılmıştı. KAYNAKAR [1] MER,. J. E., Bushless Pemnent Mgnet nd Reluctnce Moto Dives. Oxfod Univesiy Pess, 1989. [2] GERAS, F. J., WNG, M., Pemnent Mgnet Moto echnology Design nd Applictions. Univesity of Cpe own Rondeosch, 1997. [3] DURU, H.., Mıkntıslı Senkon Mkinnın Mgnetik Anlizi ve Modellenmesi. Koceli Ünivesitesi Fen Bilimlei Enstitüsü, Dokto ezi, 1997. [4] GÜRDA, O., Algılyıcıl ve Dönüştüücüle. Noel Yyın Dğıtım td.şti., 2. [5] ÇNAR, M.A., SM Fıçsız Doğu Akım Motounun Modellenmesi ve Bilgisy Destekli Simülsyonu. Koceli Ünivesitesi Fen Bilimlei Enstitüsü, Yüksek isns ezi, 22. [6] SHAO, J., Diect Bck EMF Detection Method fo Sensoless Bushless DC (BDC) Moto Dives. Fculty of the Vigini Polytechnic nstitute, Mste of Science, 23..