Üç fazlı fırçasız doğru akım motorları için komütasyon akım salınımının azaltılmasına yönelik yeni bir yaklaşım
A new approach to reduce commutation current ripple for three phase brushless direct current motors
Yazar: EMRE ÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. NİHAT ÖZTÜRK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fırçasız doğru akım motoru (FSDAM) basit ve güvenilir yapısı, yüksek güç yoğunluğu ve düşük maliyetli kolay denetlenebilen özelliği nedeniyle endüstride ve elektrikli ev aletlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. FSDAM'lara özgü faz geçişlerinde meydana gelen ani ve güçlü komütasyon akım salınımı bu tip motorların yüksek performans gerektiren uygulamalarda kullanımını sınırlamaktadır. Doğrudan faz akımı algılamalı FSDAM denetimi düşük hızlardaki komütasyon akım salınımını ortadan kaldırmasına rağmen yüksek hızlarda oluşan komütasyon akım salınımı son derece istenmeyen bir salınım çeşididir. Komütasyon akım salınımı, komütasyona uğrayan faz akımlarının eğimleri arasındaki farktan kaynaklandığı için bu eğimlerin birbirine eşit yapıldığı durumda komütasyon akım salınımı yok edilebilmektedir. Bu temel düşünceden yola çıkarak bu tez çalışmasında yeni bir referans akım üretme tekniği ortaya konulmuştur. Çalışmada referans akımların üretimi için ihtiyaç duyulan optimal komütasyon açısı uyarlamalı olarak matematiksel eşitlikler yerine bulanık mantık kestiricisi (BMK) ile elde edilmiştir. BMK'nin performansında önemli rol oynayan kural tablosu genetik algoritmalar (GA) ile çevrimdışı belirlenmiştir. Önerilen yöntemin performansının test edilmesi için FSDAM geleneksel yöntem ve önerilen yöntem ile değişik hız ve değişik denetim akımı durumlarında çalıştırılarak benzetim ve uygulama çalışmaları gerçekleştirilmiştir ve sonuçlar birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Uygulamada TMS320F28335 sayısal işaret işlemcisi (Sİİ) kullanılmıştır. Benzetim ve uygulama sonuçlarına göre önerilen yöntemin komütasyon akım salınımını azalttığı ve yüksek hızdaki akım denetleyicileri doyumundan daha az etkilendiği görülmüştür. Elde edilen gelişmeler motorun çıkış gücünün iyileşmesini sağlamıştır.

Abstract:
Brushless direct current motor (BLDCM) has been widely used in industry and home appliances for its simple and reliable structure, high power density, and easy controllable feature with low cost. Specific to BLDCMs, commutation current ripple occurring during phase transfer, which is sudden and strong, limits the use of such motors in applications requiring high performance. Although BLDCM control from direct phase current sensing eliminates commutation current ripple at low speed, it still stands as a highly undesired ripple type at high speed. Since commutation current ripple is caused by different current slew rates of commutated phases, it could be eliminated if the slew rates were made equal. Based upon this basic thought, a new reference current generation technique has been put forth in this thesis, where the optimal commutation angle required for the generation of current references is determined adaptively by a fuzzy logic estimator (FLE) rather than mathematical equations. The rule table, which plays a crucial role in the FLE's performance, is determined offline by the genetic algorithms (GAs). To test the performance of the proposed method, simulation and experimental studies are carried out by letting the BLDCM operate by both the traditional method and the proposed method under varying speed and varying control current conditions, and the results are compared with each other. DSP of TMS320F28335 is used in the implementation. According to the simulation and experimental results, it has been seen that the proposed method reduces the commutation current ripple and is less affected by the current controllers' saturation at high speed. The obtained improvements contribute to the motor output power.