Asenkron motorlarda stator direnç kestirimi ile sensörsüz hız kontrolü

Abstract

Anahtar Kelimeler: Asenkron motor, sensörsüz hız kontrolü, stator direnç kestirimi, MRAS, Luenberger gözlemleyicisi, doğrudan moment kontrolü.Sürekli gelişen ve değişen endüstriyel uygulamalarda, asenkron motorun kullanımı ve kontrol yöntemleri, gelişen teknoloji ile birlikte değişim göstermektir. Her geçen gün daha iyi performans elde edilebilecek bilimsel geliştirmeler üzerine çalışılmaktadır. Bu çalışmalarda asenkron motorun sensörsüz doğrudan moment kontrolü (DMK) ile hız kontrolünün önemli bir yeri vardır.Asenkron motorun; DMK ile yapılan hız kontrolünde, doğru akım makine kontrolündeki tüm avantajlar, asenkron motor için de elde edilmiş olur. Ancak asenkron motor hassas hız kontrolü için rotorun hız ve konum bilgisinin anlık olarak bilinmesi gerekmektedir. Rotor hızının mekanik sensörlerle ölçülmesi, bakım, maliyet ve performans düşüklüğü nedeni ile istenmemektedir. Bu nedenle; rotor hızının mekanik sensörlerle ölçülmesi yerine, kolaylıkla ölçülebilen motor akımı ve geriliminden rotor hızını tahmin eden sensörsüz kontrol sistemleri geliştirilmiştir. Sensörsüz kontrolün en önemli sorunu ise motorun ısınmasında ve doyması durumunda ortaya çıkan motor parametrelerinin değişimidir. Özellikle stator direncinin değişimi, düşük hız bölgelerinde hız kestiricisinin performansını olumsuz yönde etkiler. Ayrıca DMK yönteminde stator direnci, stator akı vektörünün hesaplanmasında kullanıldığı için, stator direncinin değişimi sistemi karasızlığa bile götürebilir. Bundan dolayı kestirimleri gerçekleştirecek gözlemleyicinin bu değişimlerden etkilenmeyen ya da bu değişimlere adapte olabilecek yapıda olması gereklidir.Bu çalışmada, asenkron motorun matematiksel modeli verilmiş ve kontrol yöntemleri anlatılmıştır. Asenkron motor doğrudan moment kontrolünün, sensörlü ve sensörsüz olarak Matlab/Simulink ortamında benzetimi yapılmıştır. Hız kestirimi için Luenberger ve MRAS gözlemleyicileri kullanılmış, kestirim performansları benzetim ortamında incelenmiştir. Ayrıca stator direnç değişiminin, gözlemleyiciler ve DMK üzerindeki etkisi gösterilmiştir. MRAS ile çevrimiçi stator direnç kestirimi yapılarak, sensörsüz DMK sistemine uygulanmıştır. Sonuçlar karşılaştırılarak çevrimiçi stator direnç kestirimi ile sensörsüz hız kontrol sisteminin performansı gösterilmiştir.

Keywords: Asynchronous motor, sensorless speed control, stator resistance estimation, MRAS, Luenberger observer, direct torque control.In continuously developing and changing industrial applications, use of the asynchronous motor and control methods are to change by developing technology. Every passing day it is being studied on the scientific progresses in which can be achieved better performance. Speed control with sensorless direct torque control (DTC) of asynchronous motor is important for these studies.All the advantages of direct current machine control is obtained in the speed control of the asynchronous motor that is performed with DTC. However, data of the rotor speed and position are required for precise speed control of asynchronous motors. Measurement of the rotor speed with mechanical sensors is not required because of maintenance, cost and poor performance. Hence, instead of measuring the rotor speed with mechanical sensors, sensorless control systems that estimates the rotor speed from easily measurable motor current and voltage has been developed. The most important issue of the sensorless control is the change of motor parameters that is resultant in case of motor temperature rise and saturation. Especially change of the stator resistance adversely affects the performance of speed estimator. Furthermore, in DTC method, even if the stator resistance change can lead the system to instabilty because the stator resistance is used in calculation of the stator flux vector. Hence, the observer that performs the estimations shall be insensitive to these changes or can adapt to these changes.In this study, mathematical model of the asynchronous motor is given and control methods are discussed. Direct torque control of asynchronous motors is simulated as sensor-fitted and sensorless in Matlab/Simulink environment. For the speed estimation, Luenberger and MRAS observers are used and the estimation performances are investigated in the simulation environment. Furthermore, the impact of the stator resistance variation on observes and DTC are shown. The sensorless DTC performance is increased by performing online stator resistance estimation with MRAS.