Matris çeviricilerde dolaylı uzay vektör darbe genişlik modülasyonu yöntemi ve matris çevirici ile beslenen bir asenkron cer motorunun kontrolü
Indirect space vector pulse width modulation method in matrix converters and control of an asynchronous traction motor fed by matrix converter
Yazar: HALİL DEVECİ
Danışman: PROF. DR. HÜSEYİN TARIK DURU
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Matris çeviriciler = Matrix converters ; Motor sürücüsü = Motor driver

Özet:
Bu çalışmada, alternatif akımdan alternatif akıma değişken genlik ve frekansta doğrudan dönüşüm yapan bir çeşit güç dönüştürücüsü olan matris çeviriciler anlatılmakta, matris çevirici tarafından sürülen bir üç fazlı kafes rotorlu asenkron motor modellenmektedir. Ticari işletmedeki manevra lokomotiflerinde kullanılan bir asenkron cer motoru, parametreleri belirlenerek bu modele uygulanmakta ve elde edilen sonuçlar deneysel sonuçlarla karşılaştırılmaktadır. Matris çeviricilerin endüstride kullanıldığı ve kullanılabileceği uygulama alanlarının yanı sıra; bu alanlarda sunduğu imkanlar ve yaratacağı etkiler incelenmiş, gerilim kaynaklı eviriciler ile benzerlikleri ve farkları ortaya konulmuştur. Gerilim kaynaklı eviricilere göre üstünlükleri ve zayıflıklarından söz edilmiştir. Farklı matris çevirici topolojileri ile bunların birbirine avantaj ve dezavantajları açıklanmıştır. Matris çeviricilerde kullanılan farklı modülasyon ve komütasyon stratejilerine ve bunların avantaj ve dezavantajlarına değinilmiştir. Matris çeviricilerde güvenli anahtarlama kombinasyonları anlatılmıştır. Uzay vektör kavramı ve matris çevirici modelinde kullanılacak referans uzay vektörlerinin Park-Clarke dönüşümleri kullanılarak oluşturulması anlatılmıştır. Dolaylı uzay vektör darbe genişlik modülasyonu yöntemi ile sürülen üç fazlı matris çeviricinin Simulink ortamında benzetimleri yapılmıştır. Dolaylı uzay vektör darbe genişlik modülasyonu yönteminin doğrudan matris çevirici topolojisine uygulanması detaylı olarak anlatılmıştır. Oluşturulan modele omik ve endüktif yükler bağlanmış ve ayrı ayrı çalışılmıştır.
Bu tez çalışması ile; ticari işletmedeki manevra lokomotiflerinde kullanılan bir asenkron cer motorunun parametrelerinin belirlenmesi, parametreleri belirlenen bu asenkron cer motorunun dolaylı uzay vektör darbe genişlik modülasyonu yöntemi kullanılan bir matris çevirici yardımı ile kapalı çevrim hız kontrolünün sağlanması ve sonuçların analiz edilmesi amaçlanmıştır. Tezin birinci bölümünde, AA-AA çeviriciler anlatılmış, matris çevirici bu çeviriciler arasında sınıflandırılıp karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. İkinci bölümde matris çeviricilerin temelleri ve çalışma prensibi detaylı olarak anlatılmış, matris çevirici kontrol algoritmaları üzerinde durulmuştur. Üçüncü bölümde özgün bir matris çevirici modellemesi ve simülasyonları MATLAB Simulink ortamında gerçeklenmiştir.  Dördüncü bölümde matris çevirici ile sürülmesi hedeflenen asenkron motor modellenmiş, deneysel çalışmalar ile karşılaştırmalı olarak kurulan cer motoru modelleri incelenmiştir. Beşinci bölümde matris çevirici ile bu makinelerin sürülmesi ile ilgili çalışmalarda bulunulmuş ve çeşitli sistemler modellenip simülasyonları yapılmıştır. Altıncı bölüm ise sonuç ve değerlendirmelere ayrılmıştır.

Abstract:
In this paper, a kind of direct frequency converter which can convert AC to AC with variable frequency and amplitude, matrix converter has been introduced, and a squirrel cage induction motor which driven by matrix converter has been modelled. An induction motor which used as a traction motor in commercial shunting locomotives has been implemented to this model and compared with expiremental results. In addition to the using fields of the matrix converter in industry, the opportunities it offers in these fields and the impacts it is going to create are examined. Similarities and differences of the matrix converters with Voltage Source Inverters are exhibited. Supremacies and weaknesses of the matrix converters according to Voltage Source Inverters are revealed. Matrix converters are reviewed with regard to using fields that they could find on the complex excitation and traction systems. The advantages that they could provide in these areas are explained. Powertrain systems involving matrix converters are given with explanations and block diagrams. Frontier works done in this field, applications, the concepts, and the prototypes are explained. Different matrix converter topologies have been explained. Different modulation and commutation strategies in the matrix converters and the advantages-disadvantages of these are mentioned. Safe switching combinations in matrix converters are expressed. Space vector concept and creating of the reference space vectors via Park-Clarke transformations have been explained. Simulink model of a three-phase matrix converter which is driving with indirect space vector pulse width modulation method has been done. In the models, direct and indirect matrix converter topologies have been constructed separately with using ideal switches, and these topologies are examined comparatively. Application of indirect space vector modulation technique to the direct matrix converter topology has been showed with details. Resistive and inductive loads are connected and studied separately. 
With this thesis, parameter determination of an asynchronous traction motor used in commercially used shunting locomotives, and control of this traction motor with a matrix converter controlled with indirect space vector modulation algorithm has been aimed. In the first chapter, AC-AC converters have been explained, matrix converter has been categorized among these converters, and compared with others. In the second chapter, the basics of the matrix converter and operation principles of it, have been described with details, control algorithms of matrix converters have been pointed on. In the third chapter, an original matrix converter modeling and simulations have been realized in MATLAB Simulink environment. In the fourth chapter, the traction motor has been modeled which has been aimed to be controlled by matrix converter, the traction motor models which is compared with experimental works have been analyzed. In the fifth chapter, driving of this machine by matrix converter has been tried, and assorted systems have been modeled and simulated. And, the sixth chapter, has been reserved for the conclusions and evaluations.