Stator akısı üzerinden asenkron motorun rotor akısı alan yönlendirmesi için bir yöntem
A New method for rotor flux field orientation of induction motor via stator fluxes
Yazar: ERHAN AKIN
Danışman: PROF.DR. H. BÜLENT ERTAN
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 1994
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Asenkron motorlar = Induction motors ; Rotor akısı = Rotor flux ; Stator akısı = Stator flux ; Vektör denetimi = Vector control

Özet:
Ill ÖZET Doktora Tezi STATOR AKILARI ÜZERİNDEN ASENKRON MOTORUN ROTOR AKISI ALAN YÖNLENDİRMESİ İÇİN BİR YÖNTEM Erhan AKIN Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Elektrik Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı 1994, Sayfa: 178 Asenkron motor kontrolü için skalar kontrol yöntemleri düşük maliyetli olmalarına rağmen, iyi kontrol karakteristikleri vermezler ve evirgeç-motor ikilisinin performansını sınırlarlar. Ancak alan yönlendirmeli kontrol ile bu sınırlamalar ortadan kalkar. Bu yöntem ile motorun geçici durum performansı diğer kontrol yöntemlerine göre çok üstün hale gelir, örneğin çıkış momenti gecikme veya dalgalarıma olmaksızın referansını izleyecek şekilde kontrol edilebilir. Alan yönlendirme yönteminin en olumsuz yanı motor üzerinde hız veya akı ölçücü duyargalar gerektirmesidir. Bu tezde, motor üzerindeki duyarga kullanmayan, hesaplanması karmaşık ve uzun olan rotor direncine (veya zaman sabitine) bağımlılık göstermeyen bir yöntem geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla ayrıntılı bir literatür araştırması yapılmıştır. Bu bilgi birikimine dayanarak, stator akım ve gerilim ölçümlerinden hesaplanmış stator akısınıIV kontrol değişkeni olarak kullanan bir yöntem geliştirilmiştir. Geliştirilen yöntemin bir matematiksel modeli kurulmuştur. Burada sincap kafesli asenkron motorun d-q eksen sistemindeki modeli kullanılmıştır. Bu modele dayanan bir benzetim programı hazırlanmıştır. Stator akı hesaplamaları ve dolayısıyla yöntemin performansı, çalışma sırasında sıcaklık ve diğer etkiler ile stator direncinde oluşan değişimlerden etkilenmektedir. Bu olumsuz etkilerden kurtulmak için kontrol sistemini kesintiye uğratmadan çalışan yeni bir stator direnç düzeltme yöntemi geliştirilmiştir. Stator direnç düzeltme yönteminin moment üzerindeki olumlu etkileri gerçekçi bir bilgisayar benzetimi ile gösterilmiştir. Geliştirilen alan yönlendirme algoritması evirgeç çıkış gerilimini üretmek için bang- bang kontrol yöntemini kullanmaktadır. Bang-bang kontrolün evirgeç çıkışında kabuledilebilir bir dalga şeklini, uygun bir anahtarlama hızında sağlayabilmesi için evirgeç performansına etki eden minimum anahtarlama zamanı, ortalama anahtarlama frekansı ve toplam harmonik distorsiyon faktörleri değişik histerezis bantlarında incelenmiş ve sonuçlar sunulmuştur. Ayrıca bu çalışmada sistemin işletilmesi sırasında motor hızının iyi bir hassasiyet ile hesaplanabileceği gösterilmiştir. Yöntemin uygulanması sırasında TMS320E14 DSP işlemcisi kullanılmıştır. Uygulama sırasındaki stator akı hesaplamasında ortaya çıkan açık integrasyon problemi yeni bir yazılım yöntemiyle çözümlenmiştir. Tez sonuçlarının değerlendirilmesi amacıyla kontrol sisteminin birimleri ayrı ayrı sınandıktan sonra, tüm sisteme ait teorik sonuçlar ile kurulan deneysel modelden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. ANAHTAR KELİMELER: Asenkron motor, doğrudan vektör kontrol, rotor akısı alan yönlendirmesi, moment kontrolü, bang-bang kontrol, stator direnç düzeltimi, açık integrasyon, hız hesaplaması

Abstract:
ABSTRACT Ph.D.Thesis A NEW METHOD FOR ROTOR FLUX FIELD ORIENTATION OF INDUCTION MOTOR VIA STATOR FLUXES Erhan AKIN Fırat Universitiy Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Electrical and Electronics Engineering 1994, page: 178 Although scalar control methods for induction motor control is low-cost, they have poor control characteristics and restrict inverter-motor performance. On the other hand, these restrictions dissappear when field orientation is used. In this approach, motor transient performance becomes superior to other control methods, for example, output torque can be controlled to follow its reference with minimum delay and without fluctuations. In general, a disadvantage of field orientation method is the necessity of speed or flux sensors on the motor. The purpose of this thesis has been to develope a method which can achieve vector control without such sensors and also to eliminate the need for estimation of rotor resistance (or time constant) which require complex and lengthy calculations. For this purpose anVI extensive literature research has been done. This investigation has led to the development of a new approach for rotor flux orientation via stator flux with satisfied the requirements. A mathematical model of the system has been developed, d-q model for squirel cage induction motor has been used. A simulation program based on this model has been prepared. So, a method using stator flux as control variables is brought up measuring stator currents and voltages. The stator flux calculations and hence the performance of the method is affected by stator resistance variations due to the temperature changes during operations and due to other effects. To avoid these negative affects, a new method has been developed to update stator resistance values without interrupting the control system. When the stator resistance correction algorithm is used, the controlability of torque is shown to improved with true computer simulations. The developed field orientation algorithm generates bang-bang control signals to control the inverter. For obtaining an acceptable output waveform at reasonable switching rate, rrdnimum switching time, average switching frequency and total harmonic distortion factors affecting inverter performance is investigated for various hysteresis bands. The findings are presented in this thesis. It is also shown in this work that the speed of the motor can be calculated during operation with good accuracy. TMS320E14 DSP processor is used for implementation of the method. Open integration problem involved during stator flux calculations is solved with a new software algorithm. To discuss the results from the study, the units of the control system are tested seperately and then measurements of the system performance are compared with the results from the simulation program. KEY WORDS : Induction motor, direct vector control, rotor flux field orientation, torque control, bang-bang control, stator resistance correction, open integration, speed calculation.