Kütle rotorlu asenkron motorun dinamik davranışı

Abstract

ÖZET Sürücü düzenek uygulamalarında, kütle rotorlu asenkron motorlar, yalın ve sağlam olmaları, yüksek hızda çalışabilmeleri, yüksek yol alma momenti üretebilmeleri, yol almada düşük akım çekmeleri ve yapım kolaylığı bakımından, yaygın olarak yeğlenmektedir. Araştırmacılar, bu tür motorların tasarım özellikleri ve sürekli durum davranışlarını inceleyebilmek için değişik yaklaşımlar kullanmışlardır. Dinamik çalışmanın incelenmesi konusunda ise çok az denebilecek sayıda katkı vardır. Bu çalışma, işte bu alanda, kütle rotorlu asenkron motorun dinamik davranışını incelemek için kapsamlı bir model oluşturarak, katkıda bulunmayı amaçlamıştır. Yaklaşım iki temel kavramın birleştirilmesi temelinde oluşturulmuştur: uzay vektörü kuramı ile çok katmanlı elektromagnetik kuram. Bu kuram bugüne değin ayrı ayrı alanlar için kullanılmıştır. Birincisi bilinen A. A. makinaları geçici durum incelemesi için, ikincisi ise başlıca sürekli durum çözümlemesi için kullanılmıştır. Bilinen uzay vektörü denklemleri kütle rotorlu motor kavramlarını içerecek biçimde yeniden biçimlendirilmiş ve yeni bir doyma yaklaşımı bu çalışmada gerçeklenmiştir. Çok katmanlı elektromagnetik kuramı, aktarım matrisi yöntemi de yeni den biçimlendirilerek `rotor parametre yüzeyleri' ve v doyma eğrileri' elde edilmeye uyarlanmıştır. Uzay vektörü modeli, model denklemlerini doyma eğrileri ve rotor parametre yüzeyleri üstünde yinelemeli olarak çözmektedir. Parametre yüzeylerinde interpolasyonu, `Bezier Doğrusal Interpolasyonu Yön temi' olarak adlandırılabilecek bir yöntem kullanılarak yapılabilmiştir. Dinamik davranış modelinin diferansiyel denklemleri karmaşık değerli `Runge-Kutta-Merson Yöntemi' ile çözülmüştür.Çalışmada temel kavramlardaki yeni biçimlendirmelerin doğrulaması gerçekleştirilmiştir. Ayrıca geliştirilmiş olan dinamik davranış yazılımının tanıtımı da yapılmıştır. Yaklaşımların doğruluğunun sınanması ve parametre, malzeme özelliklerine ilişkin deneysel çalışmalara yer verilmiştir. Değişik dinamik davranış türleri (örneğin: yolalma, D. A. frenleme, faz sırası değiştirme ile frenleme v.b.) ile eviriciler tarafından beslenmiş motorun akım, hız, moment değişimleri deneysel olarak incelenmiş ve model-yazı 1 im çiftinin geçerlilik ve yeteneğinin sınırları araştırılmıştır. Her bir dinamik davranış ve besleme koşulunun gösterimi için özel teknikler gerekebileceği de gösterilmiştir. Elde edilen sonuçlar değerlendirilmiş ve konu üzerinde daha ileri aşamadaki çalışmalara yönelik öneriler geliştirilmiştir. Anahtar Sözcükler : Kütle rotor, asenkron motor, bilgi sayar modeli, dinamik ' davranış, uzay vektörü kuramı, çok katmanlı elektromagnetik kuram, aktarım matrisi yöntemi.

SUMMARY Solid rotor induction motors are favored in many drive applications due to their robustness, high speed capability, high starting torque, low starting current and easy of manifacture. Several approaches have been adopted by researchers to study the steady state performance and design particulars of such motors, including variable speed drives. Few contributions have been recorded in the area of dynamic behaviour studies. This study aims at contributing in this field by building up a comprehensive model for the dynamic behaviour of solid rotor induction motors. The approached is based on the combination of two fundamental concepts, namely the space phasor theory and multilayer electromagnetic theory, which until today have been applied separately for different areas. The former has been applied extensively for conventional a.c. machines transient analysis whereas the latter has been used for steady state analysis. The well known space phasor equations have been modified to include solid rotor motor concepts and a new saturation approach has been undertaken in this study. Multilayer electromagnetic theory transfer matrix method has been adopted to provide the so called `rotor parameter surfaces` and ^saturation curves'. The space phasor model iterative ly solves the model equations over saturation curves and rotor parameter surfaces. Interpolation on the parameter surfaces uses a so-called xBezier Linear Surface Interpolation' method. Dynamic behaviour model differantial equations have been solved by a complex-valued Runge-Kutta-Merson Method. viiiThe study undertakes the verification of the modifications made in the basic concepts and describes the developed dynamic behaviour computation software. Experimental work has been reported to verify approaches employed and to measure the parameter along with material properties. Several dynamic behaviour examples such as starting, braking (d.c. and phase reversal), several variable frequency inverter applications along with inverter supplied motor current, speed, torque variations have been studied experimentally aimed at verifying the extent of validity and capacity of the model-software couple. It has been shown that special tecniques are required to represent each dynamic behaviour and supply conditions. The results obtained are assessed and several proposals have been developed for further work on the subject. Keywords: Solid rotor, induction motor, computer model, dynamic behaviour, spacejphe_S-or theory, multilayer electro magnetic theory, transfer matrix method. ix