Üç fazlı asenkron motorun skaler ve vektörel hız denetimi

Abstract

Asenkron Motor (ASM)'ların, diğer elektrik motorlarına göre; düşük maliyet, az bakım gerektirme, uzun ömür ve yüksek verim gibi önemli üstünlükleri nedeniyle ASM sürücü sistemleri günümüz endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Basit ve kolay uygulanabilir yapısı dolayısıyla en iyi bilinen ASM hız denetim yöntemi skaler hız denetim (SHD) yöntemidir. Bu yönteme v/f denetimi de denilmektedir. SHD yöntemi, ASM'a uygulanan gerilimin frekansa oranının dolayısıyla hava aralığındaki manyetik akının sabit tutulması esasına dayanmaktadır.Bununla birlikte, diğer bir hız denetim yöntemi ise, kısaca vektör denetim olarak da bilinen, Alan Yönlendirmeli Hız Denetim (AYHD) yöntemidir. AYHD skaler hız denetimine göre daha karmaşık olmasına rağmen, genel olarak daha yüksek bir performansa sahiptir. Bu nedenle, konum denetimi v.b. yüksek performans gerektiren ASM sürücü uygulamalarında yaygın olarak tercih edilmektedir.Bu çalışmada, dolaylı rotor alanı yönlendirmeli hız denetim (DRAYHD) ve SHD yöntemleri ile sürülen üç-fazlı bir ASM' un matematiksel modellemesi yapılmış ve benzetim tabanlı karşılaştırmalı performans analizi sonuçları sunulmuştur. Sürücü sisteminde, ASM' u besleyen üç fazlı akımlar ve rotor hızı ölçülebilir ve geri beslenebilir kabul edilmiştir. Hız denetleyici olarak bir oransal-integral (PI) denetleyici kullanılmış ve ASM' a uygulanan gerilimler üç fazlı iki seviyeli bir gerilim ara devreli evirici aracılığı ile elde edilmiştir. Eviricinin denetimi ise motoru besleyen üç fazlı akımlara histerezis bant darbe genişlik ayarı (HBDGA) yönteminin uygulanması ile gerçekleştirilmiştir. Tüm ASM ve evirici dinamiklerinin göz önünde bulundurulması, benzetim çalışmalarının gerçek dünya ile yüksek oranda örtüşmesini sağlamış ve dolayısıyla elde edilen sonuçların geçerliliğini artırmıştır.Zamanla değişen basamak referans hız girişi ve değişken yük momenti ile farklı çalışma noktaları elde edilmiştir. Bu çalışma noktaları için yapılan karşılaştırmalı performans analizi sonucunda, DRAYHD yönteminin değişken yük momentine karşı daha dayanıklı olduğu ve bu yöntem ile ASM' un ürettiği momentin daha düzgün olduğu görülmüştür.

Induction motors (IM) are commonly used in current industry because of the fact that their considerable superiorities such as low-cost, need for less-maintenance, long life and high efficiency in comparison with other electricity motors. The best known speed control method of the IM is scalar control method (SCM) due to its simple and easy-to-implement structure. This method is also called as v/f control. SCM is only based on keeping the ratio between the voltage and frequency applied to IM constant and thus the magnetic field in air gap constant.In addition to this, another speed control method, which is also briefly known as vector control, is the field oriented speed control (FOC). However FOC is more complicated than SCM, it has higher performance in general. For this reason, it is widely preferred in the IM drive applications such as position control and etc. requiring high performance.In this study, the mathematical modeling of a three-phase induction motor driven by indirect rotor field oriented speed control (IRFOC) method and SCM is carried out and the results of comparative performance analysis on the basis of simulations is presented. In the drive system, the three-phase currents feeding IM and the rotor speed are supposed to be measurable and available for feedback. A proportional-integral (PI) controller is used as speed controller and the voltages applied to IM have been acquired by a three phase two level voltage source inverter. The control of inverter has been performed through applying hysteresis band pulse width modulation (HBPWM) method to the three phase currents feeding IM. Taking all the dynamics of IM and inverter into consideration yields that the simulation studies are high compatible with the real world and thereby the validity of the results increases.Time varying different operating points are obtained through step reference speed input and variable load torque. As a result of the performance analysis for these operating points, it is clearly concluded that IRFOC is more robust to the variable load torque and the torque produced by IM is smoother with this method.