Vuruntu torku azaltılmış şebeke bağlantılı üç faz sabit mıknatıslı senkron motor sürücüsü tasarımı ve denetimi
Design and control of decreased cogging torque grid-connected three phase permanent magnet synchronous motor
Yazar: AHMET AKSÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ SAYGIN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Birçok motor uygulamasında yüksek toplam harmonik bozuntu (THB) ve yüksek vuruntu torku istenmeyen problemlerdir. Bu problemlerin çözümü için hem motor tasarımında hem de sürücü tasarımı ve kontrolünde iyileştirmeler gerekir. Bu tez çalışmasında, bir sabit mıknatıslı senkron motor (SMSM) sistemi daha az vuruntu torku ve daha az THB ile çalıştırılmıştır. Çalışmada uluslararası IEC 61000 ve IEEE-519 standartlarına bağlı olarak vuruntu torkunun ve sistem harmoniklerinin düşürülmesi gerçekleştirilmiştir. PMSM matematiksel modeli çıkartılıp sonlu elemanlar metodu (SEM) ile mekanik bir tasarım yapılmıştır. Analiz programında sırasıyla parametrik optimizasyon, MOGA, PSO ve GWO yöntemleriyle en az vuruntu torku için en iyi tasarım oluşturulmuştur. Oluşturulan motor modeli, rotorunun konumuna göre eksenel akılı ve dış rotorlu motorlar olarak performansına göre karşılaştırılmıştır. Böylece, bilgisayar destekli tasarım programıyla motorun vuruntu torku açısından optimum tasarımı gerçekleştirilmiştir. Akabinde, şebeke bağlantılı üç faz motor sürücüsü tasarlanmıştır. Düşük vuruntu torku ve düşük THB için görsel pozitif empedans (GPE) metodu temelli aktif sönümlemeli kontrol (ASK) yöntemi kullanılmıştır. dSPACE DS1103 ve DSP 28335 içerisinde uzay vektör modülasyonu (UVM) ve alan yönlendirmeli kontrol (AYK) kullanılarak bir DC-link sürücü tasarlanmıştır. DC-link sürücü için motor akımları, hız ve dönme açısı (teta) kapalı döngü içinde kullanılarak, 4 model geliştirilmiş ve karşılaştırılmıştır. Bu modeller, zayıf şebeke GPE ve 3DUVM kullanılmayan model (wOVPIwO3D), zayıf şebeke GPE kullanılan ama 3DUVM kullanılmayan model (wVPIwO3D), zayıf şebeke GPE ve 3DUVM kullanılan model(wVPIw3D) ve güçlü şebeke GPE ve 3DUVM kullanılan modeldir (stiffwVPIw3D). Bu 4 model kullanılarak GPE'ın 1/Yctrl bode eğrisi, DC bara voltajı, giriş şebeke akımının THBi, vuruntu torku ve motor akımlarının THBi elde edilmiş,  karşılaştırılmış ve tartışılmıştır. Hem simülasyon sonuçları hem de deneysel sonuçlar karşılaştırılmış problemin çözümü için amaçlanan sonuca ulaşıldığı doğrulanmıştır

Abstract:
High total harmonic distortion (THD) and high cogging torque are undesirable problems in many motor applications. These problems require improvements of both motor design and driver design and control. In this thesis, a system of permanent magnet synchronous motor (PMSM) is operated with less cogging torque and less THD. Depending on the IEC 61000 and IEEE-519 international standards, the cogging torque and the system harmonics have been reduced. The PMSM mathematical model is expressed and a mechanical design with a finite element method (FEM) is made. In the analysis program, the best design for minimum cogging torque is created by using parametric optimization, MOGA, PSO and GWO methods respectively. The generated motor model is compared to the performance of rotor position of motor as axial flux and outrunner motors. Thus, using computer aided design (CAD) and analysis program, the optimum design of the motor is realized. Then, a grid connected three phase motor driver is designed. Virtual positive impedance (VPI) based active damping control (ADC) method is used for low cogging torque and low THD. A DC-link driver is designed using space vector modulation (SVM) and field-oriented control (FOC) in dSPACE DS1103 and DSP 28335. Using motor currents, speed and rotation angle (theta) in closed loop for DC-link for drive, 4 models were developed and compared. These models are weak grid without VPI without 3DSVPWM (wOVPIwO3D), weak grid with VPI without 3DSVPWM (wVPIwO3D), weak grid with VPI with 3DSVPWM (wVPIw3D) and stiff grid with VPI with 3DSVPWM (stiffwVPIw3D). Using these 4 models, the 1/Yctrl bode curve of the VPI, the DC bus voltage, the THDi of the input grid current, the cogging torque and the THDi of the motor currents are obtained, compared and discussed. Both the simulation results and the experimental results are confirmed to achieve the desired result for the solution of the problem.