Düşük hız bölgesi için sabit mıknatıslı senkron motor (PMSM) kontrolü

Abstract

Sabit mıknatıslı senkron motorlar, dönen rotor üzerine yerleştirilmiş mıknatıslardan ve sabit iletken sargılardan oluşan fırçasız tip motorlardır. Rotorda bulunan mıknatısların oluşturduğu dönen manyetik alan ile sabit sargılardan akıtılan akımların oluşturduğu elektromanyetik alanın etkileşime girmesi ile oluşan kuvvetler motorun dönmesini sağlamaktadır. Bu tip motorların sürülebilmesi için kompleks kontrol teknikleri gerekmektedir ve konum bilgisi verimli sürüş için çok önemlidir. Ancak kullanılan konum algılayıcıları sistem maliyetini arttırmaktadır. Maliyeti düşürmek için sensörsüz konum kestirimi üzerine oldukça yoğunlaşmış çalışmalar yürütülmektedir. Düşük hız bölgesinde sensörsüz konum kestirimi ise daha özelleşmiş bir konudur. Bu hız bölgesinde elektromotor kuvvetler çok düşük olduğundan motorun ideal olmayan özelliklerine dayanan yöntemler uygulanmaktadır. Bu çalışmada temel kavramlar açıklanmış, literatürde çalışılan sürme yöntemleri analiz edilerek düşük hız bölgesi için tezde uygulanacak yöntem belirlenmiştir. Uzay vektörler açıklanarak alan odaklı kontrol ayrıntılarıyla ele alınmıştır. Sensözsüz sürüş kavramı üzerinde durulmuştur. Sıfır/düşük hız bölgesinde sensörsüz motor sürüş için konum kestirim problemine odaklanılmış, yüksek frekans voltaj enjeksiyonu yöntemi ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yöntem için matematiksel ifadeler elde edilmiştir. MATLAB ortamında betikler yazılarak uygulanacak algoritma bilgisayar ortamında doğrulanmıştır. C Programlama Dili ile mikro-denetleyicide çalışacak kod geliştirilmiştir. Sanal akım değerleri ile gerçek zamanlı kod çalıştırma ortamında kodun hataları ve eksikleri giderilmiş, çalıştığı doğrulanmıştır. Motor fazlarına sabit açıda sürme akımı uygulanarak rotor belli açılara hizalanmış ve yüksek frekans enjeksiyon yöntemi uygulanarak konum bilgisi elde edilmiştir. Elde edilen konum bilgisi ile rotorun sabitlendiği açılar karşılaştırılarak yöntem gerçek sistem üzerinde doğrulanmıştır. Aynı doğrulama işlemi düşük hızda dönen sürme akım vektörü uygulanarak da denenmiş ve algoritma yoluyla düşük hızlarda da konumun doğru kestirilebildiği görülmüştür.

Permanent magnet synchronous motors are brushless motors which are the combination of the rotating rotor and fixed stator windings. The interaction between rotating rotor magnetic field and the sinking stator currents electromagnetic field, provides motor rotation. Complex control techniques are needed to drive these motors. Rotor position is very important for an efficient drive. However, position sensors increase system costs. Highly concentrated studies are carried out for the sensor-less position estimation to decrease costs. Low speed region is a specific region for sensor-less position estimation. Back electromotor force is very low for this speed region. Therefore, methods based on non-ideal characteristics of the motor are applied. In this study, fundamental information is explained. The drive methods in the literature are analyzed. Focused on the sensor-less position estimation methods for low-speed region. High frequency injection method is selected to be applied in this study. Method is deeply studied and implemented practically. Method algorithm is mathematically defined and verified with the MATLAB scripts. Embedded code is improved for the microcontroller. Errors of the created code are fixed via debugging interface with the generated virtual currents. Constant angle voltage vector is applied to the motor windings, so rotor is aligned to a dedicated position. Then low speed huge amplitude rotating voltage vector is applied to the stator windings. Rotor is rotated with the rotating vector. Aligned and rotating vector actual positions and estimated rotor positions are compared. Hence method is verified for the zero and low speed regions.