Sabit mıknatıslı senkron motorun devre parametrelerinin çevrimiçi kestirimi

Abstract

Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar (SMSM), yüksek moment, yüksek güç yoğunluğu, düşük hacim ve yüksek verimleri nedeniyle endüstride tercih edilen motorlardandır. Sabit mıknatıslı motorlar servo uygulamalar, elektrikli araçlar ve robotik gibi yüksek performans isteyen uygulamalarda sıklıkla tercih edilmektedir.SMSM devre parametreleri motorun çalışması sırasında sıcaklığa ve akıma bağlı olarak değiştiğinden SMSM'lerin konum ve hız algılayıcısız kontrolü ve Doğrudan Moment Kontrolü gibi uygulamalarında kesin devre parametrelerinin bilinmesine ihtiyaç duyulur. Bu çalışmada öncelikle SMSM'nin yapısı ve matematiksel modelleri çıkarılmıştır. SMSM kontrol yöntemleri, kontrollerde kullanılan Darbe Genişlik Modülasyonu yöntemleri anlatılmıştır. SMSM eşdeğer devre parametrelerine etki eden faktörler; sıcaklık, akım ve manyetik doymanın etkisi incelenmiştir.Çalışmada öncelikle SMSM'nin Alan Yönlendirmeli Kontrol benzetimi yapılmış, SMSM'nin eşdeğer devre parametrelerinin kestirilmesinde Normalize edilmiş En Küçük Kareler algoritmasını kullanan Uyarlı Veri Birleştirme (UVB) yöntemi kullanılmıştır. Uygulanan yöntem, SMSM'nin d-q eşdeğer devre modelindeki gerilim denklemlerinde denklemi sağlayan devre parametrelerinin anlık olarak kestirilmesine dayanmaktadır. Önerilen yöntem üç farklı motor için yapılan benzetim çalışmalarıyla test edilmiştir. Benzetim çalışmalarında ilk olarak her motor için motorun asıl devre parametrelerinin kestirimi yapılmıştır. Daha sonra sırasıyla sıcaklıkla sargı direncinin arttığı varsayımıyla stator direnci önce %10, daha sonra %30 artırılarak devre parametrelerinin kestirimi yapılmıştır. Son olarak yine her motor için sargı indüktans değerlerinin akım ve manyetik doyma etkisiyle, mıknatıs akısının da sıcaklığın etkisiyle azaldığı varsayımıyla bu parametrelerin değeri %10 azaltılarak devre parametrelerinin tahmin benzetimi yapılmıştır. Devre parametrelerinin elde edilen kestirim değerlerinin değişimleri verilmiş, ortalama değerleri ve kestirim hataları ise tablo halinde verilmiştir. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde kestirim hatalarının oldukça düşük ve kestirim süresinin de oldukça kısa olduğu görülmektedir.

Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) is preferred in the industry because of their high torque, high power density, small in size and high efficiency. Permanent magnet motors are often preferred for high performance applications such as servo applications, electrical vehicles and robotics.Since the PMSM circuit parameters change during operation depending on temperature and current, exact circuit parameters need to be known in applications such as Sensorless Control and Direct Torque Control.In this study, first of all, the structure and mathematical models of PMSM have been examined. PMSM control methods, Pulse Width Modulation methods used in the controls are explained. Factors affecting PMSM equivalent circuit parameters; the effects of temperature, current and magnetic saturation were investigated.In the study, firstly, the Field Oriented Control of the PMSM was simulated and the Adaptive Data Fusion (ADF) method based on the Normalized Least Mean Squares algorithm was used to estimate the equivalent circuit parameters of the PMSM. The applied method is based on the estimation of the circuit parameters that prove the voltage equations in the d-q equivalent circuit model of PMSM. The proposed method was tested by simulation studies for three different motors. In the simulation studies, first of all, the actual circuit parameters of each motor are estimated. Then, the stator resistance was increased by 10% and then by 30%, assuming increased winding resistance with temperature. Finally, for each motor the circuit parameters are estimated, assuming inductances are reduced with the effect of current and magnetic saturation and the magnet flux is reduced with the effect of temperature, the value of these parameters is decreased by 10%. The curve of the estimated circuit parameters is given, mean values and the estimation errors are given in tabular form. When the results are examined, it is seen that the estimation errors are low and the estimation time is quite short.