Sürekli mıknatıslı senkron motor için vektör kontrollü sürücünün empedans kaynaklı üç seviyeli evirici ile tasarımı ve kapalı çevrim benzetimi
Design and closed loop simulation of vector controlled drive for permanent magnet synchronous motor with impedance source three level converter
Yazar: ÇAĞATAY DURSUN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasının amacı sürekli mıknatıslı senkron motor kullanılan elektrikli araçlar için motor sürücü tasarımını gerçekleştirmektir. Sürekli mıknatıslı senkron motorlar, küçük boyutlarda diğer elektrik motorlarına kıyasla daha yüksek güçlerde çalışabilme, basit yapısı, yüksek verim, yüksek güç yoğunluğu ve yüksek kalkış momenti gibi özellikleri nedeniyle elektrikli araç motor türü olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında AA motorunun sahip olduğu dinamik performansı geliştirmek amacıyla motor kontrol yöntemi olarak alan yönlendirmeli kontrol tercih edilmiştir.
Bilindiği üzere elektrikli araç batarya paketleri, elektrikli araç motor sürücü uygulamaları için düşük DA giriş gerilimi içermektedir. Motor sürücü sistemlerinde gerilim kaynaklı evirici ile birlikte, düşük DA gerilimini yükseltmek amacıyla yükseltici tip DA/DA kıyıcılar kullanılmaktadır. Bu durum motor sürücü sisteminin maliyetinin, boyutunun ve ek kayıplarının artmasına neden olmaktadır. Yaşanılan bu olumsuz durumların önüne geçmek amacıyla bu tez çalışmasında çift yönlü üç seviyeli yarı empedans kaynaklı evirici yapısı elektrikli araç motor sürücü topolojisi olarak önerilmiştir. Empedans kaynaklı eviriciler elde edilen evirici çıkış gerilim değer aralıklarının çok geniş olduğu yükseltici ve düşürücü eviricilerdir. Empedans kaynaklı eviricilerin en büyük özelliklerinden biri ise içerdiği empedans kaynak ağı sayesinde herhangi bir ek anahtarlama elemanı gerektirmeden giriş DA gerilimini yükseltmesidir. Ek olarak empedans kaynaklı evirici, stator faz akımlarında daha düşük toplam harmonik bozulma ve sürücü sisteminde daha yüksek verim elde etmek amacıyla değiştirilmiş uzay vektör darbe genişlik modülasyonu ile sürülmüştür.
Son olarak bu tez çalışmasında iki ve üç seviyeli yükseltilmiş gerilim kaynaklı evirici topolojileri, iki ve üç seviyeli yarı empedans kaynaklı evirici topolojileri ile birlikte alan yönlendirmeli kontrollü sürekli mıknatıs senkron motor elektrikli araç motor sürücü uygulaması için sabit referans hız-sabit yük, sabit referans hız-değişken yük ve değişken referans hız-sabit yük çalışma bölgeleri için benzetim ve karşılaştırma çalışması yapılmıştır.

Abstract:
The aim of this master thesis is to design an electric vehicle motor drive for electric vehicles using permanent magnet synchronous motor. Permanent magnet synchronous motors are widely used as a type of electric vehicle motor due to their characteristics such as being able to operate at higher powers compared to other elektric motors in small sizes, simple structure, high efficiency, high power density and high take-off moment. In this master thesis, field oriented control was preferred as a motor control method in order to improve the weak dynamic performance of the AC motor.
As is known, electric vehicle battery packs contain low DC input voltage for electric vehicle motor drive applications. In electric vehicle motor drive systems, with the voltage source inverter, step-up DC/DC converters are used to boost the low DC voltage. This situation causes the cost, size and additional power losses of the motor drive system to increase. In order to prevent these negative situations, in this thesis, bidirectional three-level quasi impedance source inverter proposed as an electric vehicle motor drive topology. Impedance source inverters are step-up and step-down inverters in which the inverter output voltage ranges are very wide. One of the important features of impedance source inverter is that it boost the input DC voltage without requiring any additional switch because of impedance source network it contains. In addition, the impedance sourse inverter is driven with modified space vector pulse width modulation to achieve lower total harmonic distortion in stator phase currents and higher effiency in motor drive system.
Finally, in this master thesis, a simulation and comparison study has been carried out for with two and three level boosted voltage source inverter topologies, two and three level quasi impedance source inverter topologies together with field oriented controlled permanent magnet sychronous motor for electric vehicle motor drive application at motor constant speed – constant load, constant speed – variable load and variable speed – constant load operating regions.