Design and simulation of single quadrant DC motor drive based on buck type PWM rectifier at unity power factor

Abstract

oz BUCK TİPLİ DARBE GENLİĞİ MODULASYONLU DOĞRULTUCUYA DAYALI BİR GÜÇ FAKTÖRÜNDE ÇALIŞAN DA MOTOR SÜRÜCÜSÜNÜN TASARIMI VE SİMÜLASYONU Bilgin, Hazım Faruk Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Muammer ERMİŞ Ortak Tez Yöneticisi: Dr. Erbil NALÇACI Eylül 2000, 146 sayfa Bu çalışmada, bir güç faktörlü Buck Tipli Darbe Genliği Modulasyonlu Doğrultucuya dayalı tek çeyrekte çalışan DA motor sürücüsü araştırıldı. DA motor sürücü sistemi Buck Tipli Darbe Genliği Modulasyonlu Doğrultucu, mikrodenetleyici tabanlı denetleyici, hız ve akım geri beslemeleri, 50Hz. 380V üç fazlı AA şebeke ve ayrık uyartımlı DA motordan oluşmaktadır. Ayrıca, güç yarı iletken anahtarlanmasmdan oluşan akım harmonik bileşenlerini yeteri kadar süzebilmek için sistem, şebeke tarafında ikinci dereceden sönümlü düşük geçirgenli filtre ile donatılmıştır. 25 kW, 100A nominal değerlerine sahip bu tip DA motor sürücüsü tasarlanıp, çalışma prensipleri detaylı olarak açıklandı. MATLAB/Simulink kullanılarak gerekli simulasyon çalışması yapılıp, örnek çıktılar bu tezde sunuldu. Teorik bulguların ve matematik modellerin geçerliliği TÜBİTAK ODTÜ BİLTEN tarafından İskenderun Demir ve Çelik Fabrikaları için tasarlanan 25kW gücündeki prototip üzerinde doğrulandı. Teorik ve deneysel sonuçlar arasında yakın bir bağlılık bulundu. Anahtar Kelimeler: Buck Tipli doğrultucu, Darbe Genliği Modulasyonu, DA motor sürücüsü iv

ABSTRACT DESIGN AND SIMULATION OF SINGLE QUADRANT DC MOTOR DRIVE BASED ON BUCK TYPE PWM RECTIFffiR AT UNITY POWER FACTOR Bilgin, Hazım Faruk M.Sc, Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Muammer ERMİŞ Co-Supervisor: Dr. Erbil NALÇACI September 2000, 146 pages In this study, a single quadrant dc motor drive based on a unity power factor Buck Type PWM Rectifier is investigated. It is composed of a Buck Type PWM Rectifier, )j,C based controller, speed and current feedbacks, three phase 50Hz 380V AC supply and a separately excited dc motor with constant field excitation. The overall system is also equipped with a second order damped low pass filter on the supply side in order to filter out satisfactorily the harmonic current components arising from power semiconductor switchings. A 25k W, 100A dc motor drive of this type has been designed and its operation principles have been explained in detail. The necessary simulation work has been carried out by the use of MATLAB/Simulink and some sample outputs are presented in this thesis. The theoretical findings and the validity of the mathematical models are verified on a prototype 25kW system developed for İskenderun Iron and Steel Plant by TÜBİTAK ODTÜ BİLTEN. A close correlation is obtained between the theoretical and experimental results. Keywords: Buck Rectifier, PWM (Pulse Width Modulation), dc motor drive m