Asenkron motorda moment dalgalanmasının ve elektromanyetik gürültünün kontrolü için yeni bir kontrol yaklaşımı

Abstract

Asenkron motorların sağlam yapıları, bakım gerektirmemeleri, yüksek güç/ağırlık oranları ve her türlü ortam koşullarında çalışabilmeleri gibi üstün özellikleri vardır. Bu özellikleri nedeni ile endüstriyel ve akademik ortamlarda asenkron motorların moment, hız gibi büyüklüklerinin kontrolü dikkat çekmiştir. Endüstride pahalı olması ve bakımı zor olması nedeni ile tercih edilmeyen DC motorlar yerine sincap kafesli asenkron motorlar yaygın bir şekilde kullanılmaktadır.Günümüz sanayi uygulamalarında asenkron makinanın doğrusal olmayan yapısından dolayı ve karmaşık kontrol, denetim algoritmaları gerektirdiği için, yüksek performans sağlayan, vektör kontrol yöntemi olarak bilinen alan yönlendirmeli kontrol (AYK) ve doğrudan moment kontrolü (DMK) üzerine çalışmalar yoğunlaşmıştır.DMK kontrol, akımlar için herhangi bir dönüşüme gerek olmadan, herhangi bir PWM oluşturma yöntemine ihtiyaç duyulmadan ve hız algılayıcı kullanmadan sadece hesaplanan anahtarlama dizisinin inverter'e verilmesi ile yapılan kontroldür. Dolayısıyla, geliştirilen yöntem bu kontrol algoritması üzerinedir.Bu çalışmada asenkron motorda moment dalgalanmasının ve elektromanyetik gürültünün kontrolü ve azaltılması incelenecektir.Çalışmada öncelikle vektör kontrolünün temel kavramları ortaya konulmuş, ardından DMK için Matlab/Simulink modelleri oluşturulmuş, bu kontrol algoritmasının bozucu etkileri ve moment dalgalanmalarını nasıl düzenlediği incelenmiştir. Tüm algoritmalarda karşılaştırma açısından aynı parametreler referans alınmıştır.Moment dalgalanmasının, elektromanyetik girişim gürültüsünün giderilmesi için aşağıdaki yöntemler ele alınmıştır.Öncelikle, DMK modelindeki akı bölgeleri değiştirilmiş ve moment kontrolündeki histeresiz blokları arttırılmaya gidilerek, sektör sayısı arttırılmıştır. Ardından sincap kafesli asenkron motor için yeni bir doğrudan moment kontrol algoritması (DMK) tanımlanmaktadır. Bu algoritma, motor uçlarına uygulanacak gerilimleri bulmak için klasik DMK'daki histerezis bloklarını kullanarak komşu iki vektörü belirlemektedir. Algoritma bulunan iki vektörün inverter'e anahtarlama zamanını, akının konumu ve akının hata miktarına göre tespit etmektedir. Anahtarlama zamanı seçimi önerilen tablo ile belirlenir. Bu tablo karmaşık hesaplama işlemlerini azaltır. Buradaki simülasyon ve deneysel sonuçlar ile klasik DMK'daki simülasyon ve deneysel sonuçlar karşılaştırıldığında daha düşük harmonik akım ve EMI gürültü seviyesi ortaya koyduğu gibi moment dalgalanmasında dikkate değer bir azalmayı ve yeterli dinamik moment performans sağladığı görülmektedir.Sistemde düzenleme yapılan durumlar için daha iyi sonuçlara ulaşmak amacıyla aktif filtre tasarımı yapılmıştır. Anahtarlama elemanlarından oluşan bu paralel aktif filtre yapısı, yeni DMK kontrol sistemindeki DC-hat besleme kaynağından gelen sinyali kontrol etmektedir. Aktif filtre kontrol devresi, AC gerilim kaynağından gelen akım ile referans akımları karşılaştırarak filtre için gerekli olan sinyalleri üretir. Referans akım, anlık reaktif güç teoremine göre üretilir. Paralel aktif filtre, yeni DMK motor kontrol bloğu için gerekli DC gerilimindeki harmonikleri süzer. Bu kontrol yapısının simülasyon sonuçları, özellikle beslemeden kaynaklanan harmoniklerin seviyesinde dikkate değer bir azalma gösterdiği gibi moment dalgalanmalarını da azaltmakta ve dinamik moment performansında iyileşme göstermektedir. Ayrıca, AC beslemeden kaynaklanan EMI gürültüyü de azaltmaktadır.