Alternatif akım makinelerinin histerezis ve sabit frekans tabanlı doğrudan moment denetimi

Abstract

Alternatif akım (AA) makineleri ve sürücüleri, endüstriyel alanlarda çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu durum AA sürücülerinin yüksek verimlilikte ve yüksek performansta çalışmasını önemli kılmaktadır. Yüksek performanslı bir AA sürücü uygulaması için seçilen sürme yöntemi önemlidir. Bu bağlamda literatürde en çok çalışılan yöntemlerden biri Doğrudan Moment Denetimi (DMD)'dir. DMD ile değişken hız uygulamalarında kullanılan diğer sürme yöntemlerine göre daha iyi bir dinamik cevap ve dayanıklılık elde edilebilmektedir. DMD, genel anlamda histerezis tabanlı DMD ve Uzay Vektör Darbe Genişlik Ayarı tabanlı DMD (UVDGA-DMD) olarak sınıflandırılmaktadır. Histerezis tabanlı DMD, iki adet histerezis karşılaştırıcısı bulundurur. Histerezis karşılaştırıcılarından dolayı bu yöntem, yüksek moment ripple değeri ve değişken anahtarlama frekansı sakıncalarına sahiptir. Ancak bu sakıncaların yanı sıra parametre değişimlerine ve dış bozuculara karşı oldukça dayanıklı olması en önemli üstünlüğüdür. UVDGA-DMD yöntemi ise sabit anahtarlama frekansına sahiptir. Bu yüzden UVDGA-DMD sabit anahtarlama frekanslı DMD olarak da isimlendirilmektedir. UVDGA-DMD'de kullanılan PI denetimciler moment ve akı cevabının dış bozuculara ve parametre değişimlerine karşı dayanımı sınırlandırmaktadır. Bu tez çalışmasında Asenkron Motor (ASM), İç Mıknatıslı Sabit Mıknatıslı Senkron Motor (ISMSM), Yüzey Mıknatıslı Sabit Mıknatıslı SMSM (YSMSM), Senkron Relüktans Motor (SynRM)'larının histerezis tabanlı DMD ve UVDGA-DMD yöntemleri ile sürülmesi çalışılmıştır. Histerezis tabanlı DMD ve UVDGA-DMD yöntemleri yukarıda bahsedilen AA makineler üzerinde, dayanıklılık ve dinamik performans açısından birbiri ile karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, UVDGA-DMD ile sürülen makinelerde akı ve moment ripple değerlerinin histerezis tabanlı DMD ile sürülen makinelere kıyasla azaldığı görülmüştür. Aynı zamanda histerezis tabanlı DMD'nin dinamik performansının daha yüksek ve dış bozuculara karşı daha dayanıklı olduğu anlaşılmıştır.

Alternating current (AC) machines are widely used in industrial applications. This prioritizes that AC drives operates with high efficiency and high performance. For high performance AC drive application, driving method is important. In this respect, one of the hottest topics in the literature is Direct Torque Control (DTC). Better dynamic response and robustness can be obtained by DTC compared to other driving methods used in variable speed applications. DTC is classified as Hysteresis based Direct Torque Control and Space Vector Pulse Width Modulation based DTC (SVPWM-DTC) in general. Hysteresis based DTC contains two hysteresis comparators. Because of these hysteresis comparators, this method has the disadvantages of high torque ripples and variable switching frequency. However, the fact that it is strongly robust to parameter perturbations and external disturbances is the most important superiority of this method. SVPWM-DTC has a constant switching frequency. Thus, it is also called the constant switching frequency DTC. PI controllers employed in SVPWM-DTC limit the robustness against external disturbances and parameter perturbations. In this thesis, it has been studied that Induction Motor (IM), Interior Permanent Magnet Synchronous Motor (IPMSM), Surface Magnet PMSM (SPMSM), Synchronous Reluctance Motor (SynRM) are driven by hysteresis-based DTC and SVPWM-DTC methods. Hysteresis-based DTC and SVPWM-DTC methods are compared to each other over the aforementioned AC machines in terms of robustness and dynamical performance. Consequently, it is concluded that the flux and torque ripples of AC machines driven by the SVPWM-DTC become lower than those driven by hysteresis-based DTC. However, it is seen that dynamical performance of the hysteresis-based DTC is higher, and its robustness against external disturbances is stronger.