YRD. DOÇ. DR. NUR BEKİROĞLU

Vuruntu momenti azaltılmış eksenel akılı sürekli mıknatıslı senkron motor tasarımı Design of axial flux permanent magnet synchronous motor with reduced cogging torque

Sürekli mıknatıslı motorların, uyartım akımının mıknatıslar tarafından sağlanması nedeniyle verimlerinin yüksek oluşu, bu motorlara olan ilgiyi arttırmaktadır. Bu sebeple özellikle son yıllarda sürekli mıknatıslı senkron motorların çeşitli tipleri üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Sürekli mıknatıslı motorlarda Radyal Akılı ve Eksenel Akılı olmak üzere iki temel yapı mevcuttur. Eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlar, yapılarından kaynaklanan avantajlarından dolayı, elektrik motorları arasında oldukça dikkat çekicidir ve üzerine son zamanlarda artan oranda çalışmalar yapılan önemli bir konu haline gelmiştir. Ancak bu tip motorlarda, moment dalgalanmasının önemli nedenlerinden biri olan ve motorun doğal yapısından kaynaklanan vuruntu momenti, birçok özel uygulama için kritik sorun oluşturmaktadır. Literatür incelendiğinde, radyal akılı sürekli mıknatıslı motorlarda vuruntu momentini azaltmak için, stator oluklarına ya da mıknatıslara kaykı verilmesi, mıknatıslara özel şekiller verilmesi, yardımcı olukların ya da dişlerin kullanılması, mıknatıs kutbunun optimizasyonu gibi birçok tekniğin uygulandığı görülmektedir. Bu tekniklerin bazıları doğrudan eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlara uygulanabilir. Ancak özellikle bu motorlarda stator tarafında uygulanan tekniklerin, maliyet açısından olumsuz yönleri bulunmaktadır. Eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlarda maliyeti arttırmayacak ve vuruntu momentini istenilen seviyelere indirecek tekniklere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu tez çalışmasında vuruntu momentini azaltmak üzere rotor tarafında düşük maliyetli teknikler önerilmiş, bu tekniklerin vuruntu momenti ve moment dalgalanmasına etkileri, 3D sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak ayrı ayrı analiz edilmiştir. Tez çalışmasında, vuruntu momentini en aza indiren iki farklı rotor yapısı kullanılarak prototip motor üretimi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca vuruntu momentini ölçmek için özel olarak kurulan deney düzeneği ile üretilen motorun testleri yapılmış ve elde edilen sonuçların 3D SEA değerleri ile karşılaştırmaları yapılarak önerilen tekniklerin etkinlikleri deneysel yol ile doğrulanmıştır. Üretilen prototip ile tasarlanan rotor yapılarının vuruntu momenti değerlerinin uyum içinde olduğu görülmüştür.

Asenkron motorun alan yönlendirmeli kontrolü için geliştirilmiş methodun DSP ile karşılaştırılması

Asenkron motorlar her ortamda kullanılmaya elverişli olmaları ve bakım maliyetlerinin düşük olması nedeniyle endüstride en çok tercih edilen elektrik makineleridir. Ancak asenkron motorların kontrol edilmesi; karmaşık denklemler içermesi ve lineer kontrol bölgesine sahip olmaması nedeniyle zordur. Bu nedenle karmaşık kontrol işlemlerini basite indirgeyen yöntemler üzerinde çalışılarak skaler kontrol ve vektör kontrol olarak adlandırılan yöntemler geliştirilmiştir. Skaler kontrol, basit kontrol algoritmaları sağlarken hassas kontrollerde ve değişken durumlarda yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle asenkron motoru DC motora benzetip kontrolü kolaylaştıran vektör kontrol yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemler doğrudan vektör kontrol, dolaylı vektör kontrol, alan yönlendirmeli vektör kontrol ve doğrudan moment kontrolü yöntemlerdir. Doğrudan vektör kontrol yönteminde akı doğrudan ölçülüp hesaplamalarda kullanılır, akı sensörlerinin motora yerleştirilmesi özel bir yapı gerektirdiğinden kullanışlı değildir. Dolaylı vektör kontrol yönteminde ise akı doğrudan ölçülmeyip rotor hızı, konumu ve açısal kayma hızından bulunur. Bu yöntemin hız ve konum algılayıcılarına ihtiyaç duyması dezavantajıdır. Alan yönlendirmeli kontrolde asenkron makine DC makineye benzetilerek akım; biri momenti diğeri ise motor manyetik akısını kontrol eden iki bileşene ayrılır. Doğrudan moment kontrol yönteminde ise uygun stator gerilim vektörlerinin seçilmesi ile stator akısı ve moment doğrudan kontrol edilir. Bu çalışmada üç fazlı asenkron motorların Uzay Vektör modülasyon tekniğiyle alan yönlendirmeli kontrolü gerçekleştirilmiştir. Referans hız ve akı bilgileri alınarak motor çıkışından okunan hız değeri ile karşılaştırılmış, diğer taraftan da faz akımları okunarak Uzay Vektör Modülasyon için gerekli dönüşümlerde kullanılmıştır. Dönüşüm ve hesaplamalar yapıldıktan sonra referans gerilim vektörü elde edilerek ve referans gerilimin Uzay vektör düzleminde bulunduğu bölge tespit edilerek uygun anahtarlama vektörleri seçilmiştir. Daha sonra PWM sinyalleri motora bağlı invertere uygulanarak motor kontrol edilmeye çalışılmıştır. Ardından Simulink ortamında oluşturulan Uzay Vektör Modülasyon kontrol blokları ile anahtarlama süreleri hesaplanarak darbe genişlik modülasyon (PWM) sinyalleri invertere uygulanarak motor sürülmüştür. Bu çalışmada iki adet simülasyon yapılmıştır. Birinci simülasyonda motor kontrolü için gerekli dönüşümler (Clark, Park, Ters Park, Ters Clark) için simülasyon blokları oluşturulup simülasyon yapılmıştır. Diğer simülasyonda ise DSP motor kontrol blokları kullanılmıştır. Birinci simülasyon ideal duruma yakın sonuçlar verirken ikinci simülasyon sonuçları gerçek duruma daha yakındır. Anahtar kelimeler : Asenkron motor, alan yönlendirmeli kontrol, uzay vektör modülasyon, DSP, matlab/simulink modeli.