Fırçasız doğru akım motorun tasarımı ve denetimi
Design and control of brushless DC motor
Yazar: HAYATULLAH NORY
Danışman: PROF. DR. HASAN KÜRÜM
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Analiz = Analysis ; Motor kontrol = Motor control ; Tasarım = Design ; Tasarım optimizasyonu = Design optimization

Özet:
Sabit Mıknatıslı Fırçasız Doğru Akım (FDAM) motoru diğer motorlara göre sanayide yaygın kullanılan motordur. Bu motor genel olarak küçük ve orta güçlerde kullanılır. FDAM motorların birçok alanlarda tercih edilme nedeni; kollektör olmaması, yüksek verime, küçük boyutta sahip olması, daha az bakım gerekmesi ve yüksek hızlarda çalışmasıdır. Bu çalışmadan amaç, dağıtılmış sargı sarımlı, bir prototip FDAM motoru imal etmek ve hız kontrolünü gerçekleştirmektedir. Üstelik kütle başına maksimum güç ve moment yoğunluğu, az mıknatıs malzeme kullanılması ve düşük maliyetli sürücüsünün tasarımı ek amaçlardandır. Bu çalışmada, FDAM motorların tasarımı için gereken motor boyut, manyetik eşdeğer devre ve elektrik eşdeğer devre parametreler analitik olarak hesaplanmıştır. Elde edilen parametreleri kullanarak güç kaybı, çıkış güç ve çıkış moment değerleri belirlenmiştir. Analitik tasarımdan belirlenen motorun boyutlarının optimizasyonu için Genetik Algoritma (GA) kullanılmıştır. Motorun analizi için sonlu elemanlar yöntemine dayalı, Ansys-2D Maxwell programı kullanılmış. Fırçasız DA motorun (FDAM), alan yönlendirmeli kontrolü, motorun moment kontrolü için yaygın olarak kullanılan yöntemlerinden birisidir. Bir FDAM sürücü sistemi, AYK temel alınarak tasarlanmış ve simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Sistemde kullanılan parçaların, yani FDAM ve sürücüsünün matematiksel modelleri kullanılarak tüm sürücü sistemi Matlab/Simulink ile simülasyonu elde edilmiştir.

Abstract:
Permanent Magnet Brushless DC (BLDC) motors are the most used machines in the world industry compared to other motors. These motors are generally used for small and medium power. The reasons why BLDC motor are preferred in many areas; is the absence of commutator, has high efficiency, requires less maintenance, has small size, and works at high speed. Overall the objects of this project are to produce a developed prototype BLDC motor with
distributed windings. Moreover, maximum power and torque density per mass, the use of less magnetic materials and lower cost of control card are additional purposes. In this study, the dimension, magnetic equivalent circuit, and electrical equivalent circuit parameters are analytically calculated. Using the obtained parameters, power loss, output power and output torque values are known. After finishing the analytical design, Genetic Algorithms (GA) were used as optimization methods to obtain better results. The Ansys-Maxwell program, based on the finite element method (FEM) for motor analysis, is used, and the prototype evaluated motor has a rated output power of 258w and a nominal
speed of 1800rpm. Brushless DC Motor (BLDC) Field Oriented Control (FOC) is one of the most commonly used methods for motor torque control. A BLDC drive system is designed, simulated and implemented based on FOC. The entire drive system is simulated in Matlab / Simulink using mathematical models of the devices used in the system, namely BLDC and driver. The driver's intent is to have speed control over a wide range of speeds. The simulation results show that the speed controller has a good dynamic result.