Elektrikli araçlarda beş fazlı sabit mıknatıslı senkron motorun doğrudan moment kontrolü yönteminin incelenmesi

Abstract

Küresel ısınmanın ve çevresel kirliliğin önemli nedenlerinden biri olan geleneksel araçların yerini hızla hibrit ve bataryalı elektrikli araçlar almaktadır. Özellikle sıfır karbondioksit salınımı, yüksek verim ve gürültüsüz çalışmaları sebebiyle bataryalı elektrikli araçlar ön plana çıkmaktadır. Bataryalı araç teknolojisinde ise motorun yapısı ve kontrol metodu araç performansını etkileyen ana başlıklar olarak sıralanabilir. Bu nedenle tahrik edilecek motorun yüksek verimliliğe ve hata toleransına sahip olmasının yanı sıra hızlı moment cevabı sağlaması ve yüksek güç yoğunluğuna sahip olması beklenmektedir. Gelişen teknoloji ile birlikte özellikle son yıllarda yüksek güç yoğunluğuna ve verime sahip olan sabit mıknatıslı senkron motorlar ön plana çıkmaktadır. Ayrıca hata toleransını arttırmak ve moment dalgalanmasını azaltmak amacıyla klasik üç fazlı model yerine kullanılan çok fazlı modeller üzerine çalışmalar devam etmektedir. Bununla birlikte doğrudan moment kontrolü yöntemi ile çok iyi moment cevabı sağlanırken, çok fazlı olması sayesinde artan gerilim vektörü sayısı ve çeşidi ile esnek moment kontrolü mümkün olmaktadır.Bu tez çalışmasında, araç teknolojileri ve modeli, yaygın olarak kullanılmakta olan sürüş çevrimleri, bataryalı elektrikli araç tahrik sistemlerinin genel yapısı, beş fazlı sabit mıknatıslı senkron motorlar ve doğrudan moment kontrolü konuları incelenmiştir. Benzetim çalışmaları Matlab/Simulink programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Benzetimde beş fazlı sabit mıknatıslı senkron motorun doğrudan moment kontrolü yöntemi ile performansı incelenmiştir. Bununla beraber araç tahrik sisteminin modellemesi oluşturularak, dünya çapında uygulanmaya başlanan ve yakıt tüketimi ile emisyon ölçümleri konusunda gündelik sürüşe daha yakın olan Küresel Uyumlu Hafif Araç Test Çevrimi altında oluşturulan araç modelinin performansı incelenmiştir. Geliştirilen kontrol yöntemi ile geçici durumlarda motorun moment cevabının arttırılması, kararlı durumda moment dalgalanmasının azaltılması sayesinde araç performansının arttırılması gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, faydalı frenleme özelliği ile de enerji tasarrufu ve gerçeğe yakın sürüş çevrimi ile gerçek enerji tüketiminin belirlenmesi sağlanmıştır.

One of the important reasons of global warming and enviromental pollution is internal combustion vehicles. Because of this reason, battery electric and hybrid electric vehicles are replacing conventional vehicles. Especially, battery electric vehicles have various advantages such as zero emission, high efficiency, and less noise operation. The major factors that affect the performance of vehicle include types of electric motor and the control method in battery electric vehicles. For this reason, the electric motors used for propulsion system should be able to satisfy high efficiency and fault-tolerant capability, high power density and dynamic torque response.Nowadays with the development of technology, due to high efficiency and power density, five-phase permanent magnet synchronous motors are very good candidate for electric vehicles. Besides, multi-phase motor possess many advantages over the traditional three-phase motor such as increasing fault-tolerant and reducing ripple of torque. In addition, the direct torque control method possesses fast torque response and increasing number and types of space voltage vectors due to multi-phase permits better flexibility and finer adjustment of torque.In this thesis, vehicle technologies and models, widely used driving cycles, general structure of electric propulsion system in battery electric vehicles, five-phase permanent magnet synchronous motor and direct torque control method are examined. Simulation studies were carried out in Matlab/Simulink program. In this simulation, the performance of direct torque control of five-phase permanent magnet synchronous motor is examined. The modelling of electric propulsion system realized. Thus, the vehicle is examined under Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Cycle, which is provide much more accurate and realistic fuel consumption and emissions. It was realized to increasing the torque response in the transient state and reducing the ripples of torque in the steady state improves of vehicle performance with the proposed control method. Besides, it was recovered the waste energy through regenerative braking, it was ensured to determine the actual energy consumption with realistic driving cycle.