Sürekli mıknatıslı senkron motor benzetimi

Abstract

ÖZET Bu çalışma, gömülmüş mıknatıslı (çıkık kutuplu) Sürekli Mıknatıslı Senkron Motor (SMSM) ' ların zamanla değişen davranışlarının benzetimine yönelik matematiksel modellerin geliştirilmesi üzerinde biçimlendirilmiştir. Çalışmanın ilk bölümlerinde sürekli mıknatıslara ilişkin temel ve kapsamlı bilgiler ile SMSM'ların yapısal incelemesi yer almaktadır. Bunların değerlendirilmesi sonucunda, laboratuvar koşullarında bir denetim amaçlı SMSM yapılmıştır. Bu SMSM nin varolan standart bir Asenkron Motor yapısında evrimi ve özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. Benzetim için iki ayrı model geliştirilmiştir. Birinci model birim değerlere indirgenmiş bir d-q ekseni modelidir. Bu model özellikle yolalma gibi hız değişimi içeren dinamik davranışların incelenmesinde yararlı bulunmuştur. îkinci model ise bir faz değişkenleri modelidir.Makinanın faz değişkenleri türünden diferansiyel denklemleri çözülerek senkron hızda çalışmada makina büyüklükleri dalga biçimleri, değişik besleme gerilimleri gözönüne alınarak, elde edilebilir. Bu model daha az sayıda parametre belirlemesi gerektirir. Sargılarda endüklenen EMK ve endüktansların hesaplanmasında sargı dağılımları, akımları, akı yoğunluğu dağılımlarının harmonik dizisi yaklaşımlarına dayalı bir yöntem kullanılmıştır. Rotor-stator olukları ve çıkık kutupluluğun hava aralığı değişimindeki etkileri de gözönüne alınmıştır. Bu tür değişken hava aralığı boyutlarıyla magnetik alanda akı yoğunluğu dağılımı hesabı için değişik bir analitik yaklaşım geliştirilmiştir. Değişik çalışma durumları için bilgisayar benzetimi ve deneysel ölçümler gerçekleştirilmiştir. Sonuçların karşılaştırılmasıyla. benzetimde kullanılan yaklaşımların geçerlilik ve doğrulukları üzerine değerlendirmeler yapılmıştır. Bunlara dayanılarak, çalışmayı ilerletici öneriler geliştirilmiştir. VI

SUMMARY This study deals with developing mathematical models to simulate the time varying behaviour of buried magnet (salient) Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM). The study starts with the basic introduction of information on permanent magnet followed by a structural analysis of PMSM. Based on the assessment of this information as experimental machines hase been constructed in laboratory conditions and the evaluation of the machine from an existing induction motor frame and its steady state behaviour has been comparatively investigated by experimental methods. Two models have been developed for simulation. The first one is a d-q axis model with per unit variables. It has been found to be useful in simulating dynamic behaviour with variable speed such as starting. The second model is a phase variable model. The differantial equations of the machine in phase variables have been solved to obtain machine quantity waveforms during synchronous speed operation, which can take into account various voltage supply waveforms. This model requires less number of parameters. The emf in the windings and inductances have been obtained by an approach based on the harmonic series approximation of winding distributions» currents» flux density waveforms and air gap variations including rotor saliency, rotor and stator slots. A modified analytical approach has been undertaken to derive the air gap flux density distibution under such varying air gap conditions. Several case studies have been made to include both computer simulation results of the models and experimental results. Comparison and an assessment of the validity an accuracy of the approaches employed for simulation have been made. Based on these, proposals for furthering the study in this area have been developed. VII