Elektrikli hibrit araçlar ve sürme devreleri
Hybrid electric vehicles and drive circuits
Yazar: VOLKAN ERGİNER
Danışman: DOÇ. DR. M. HADİ SARUL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Çevre duyarlılığı, petrole olan bağımlılığın azaltılması için elektrikli araçlara olan ilgi ve bu konudaki teknolojik gelişmeler her geçen gün daha da artmaktadır. Hibrit elektrikli araçların piyasada mevcut olmasının yanı sıra yakıt pilli araçlar üzerinde de çalışmalar devam etmektedir.Tümü elektrikli araçların menzil, batarya şarjı, ağırlık gibi olumsuz yönlerini yenebilmek için hibrit elektrikli araçlar geliştirilmiştir. Hibrit elektrikli araçlar, temelde birden fazla enerji kaynağına sahip olan ve bunlardan en az birinin elektrik enerjisi sağladığı araçlardır. Bu araçlar, kendi içinde farklı yapısal özelliklere sahip olabildiği gibi; kullanılan elektrik motoru da ihtiyaca göre farklılık göstermektedir. Doğru akım motorlarının düşük verim ve bakım gereksinimi gibi olumsuz özellikleri, elektrikli araçlarda asenkron motorların ve sabit mıknatıslı motorların kullanımının yaygınlaşması sonucunu doğurmuştur. Özellikle de yüksek verimleri nedeniyle sabit mıknatıslı motorlar her geçen gün daha çok kullanılır hale gelmiştir.Bu çalışmada elektrikli araç türleri, farklı yapısal özelliklere sahip hibrit elektrikli araçların özellikleri ve elektrikli araçlarda kullanılan temel bileşenler ayrıntılı şekilde ele alınmıştır. Aracın önemli bileşenlerinden olan DC-DC dönüştürücüler farklı yapılarda ele alınarak etraflıca incelenmiş ve çift yönlü çalışabilen izolasyonlu bir dönüştürücünün en uygun çözüm olduğu sonucuna varılmıştır. Daha sonra elektrikli araçlarda kullanılan elektrik motorları ve bunların kontrol yöntemleri, özellikle sabit mıknatıslı motorlara ağırlık verilerek incelenmiştir. Motor sürme devresinin omurgasını oluşturan inverterler ve inverterlerin farklı çalışma durumları incelenmiş, araç uygulamaları için alan zayıflatma bölgesinde çalışmanın son derece önemli olmasından dolayı kare dalga çalışma ile uzay vektör modülasyonu detaylı şekilde ele alınmıştır. Son olarak da bir araçta kullanılmak üzere seçilmiş sabit mıknatıslı bir senkron motorun ?amper başına maksimum moment? kontrol yöntemiyle simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Simülasyon neticesinde aracın farklı yol durumlarında hız, moment, güç ve akım değerleri elde edilmiştir. Sonuçta stator akımı q ekseni bileşeninin momenti oluşturan temel bileşen olduğu ve momentin polaritesini belirlediği, diğer taraftan d ekseni bileşeninin ise momentten bağımsız olarak daima negatif değer aldığı ve ihtiyaç halinde relüktans momenti oluşturarak moment oluşumuna katkı sağladığı görülmüştür.

Abstract:
Environmental sensitivity, interest in electric vehicles to reduce dependency for oil and also technologic developments in this area are growing every day. As well as hybrid electric vehicles are in the market, researches on fuel cell vehicles are also going on.To overcome pure electric vehicles? poor features like range, battery charge and weight hybrid vehicles have been developed. Hybrid electric vehicles are basically vehicles that have more than one energy source that at least one of them provides electric energy. These vehicles have different topologies in themselves and the electric motor that is used in the vehicle can be different according to the needs. Poor features of DC motors like low efficiency and maintenance requirement make induction motors and permanent magnet motors? usage area wider. Especially with their high efficiencies permanet magnet motors have been more preferable day after day.In this thesis, electric vehicle types, features of hybrid vehicles that have different topologies and fundamental components that are used in electric vehicles have been mentioned with details. DC-DC converters which is one of the most important components of the vehicle has been analysed in detail with different topologies and it has been decided that a bidirectional, isolated converter is the most suitable solution. Then electric motors that are used in vehicles, especially permanent magnet motors, and their control methods have been analysed. Inverters that are the most important part of the motor drive circuits and their different operation modes have been analysed; because of the importance of the field weakening mode for vehicular applications, square wave operation and space vector modulation have been analysed in detail. At last a permanent magnet synchronous motor that is chosen for a vehicle has been simulated with maximum torque per ampere control. With the results of the simulation; velocity, torque, power and current values of the vehicle have been found for different road conditions. As a result it has been seen that stator current q axis component is the fundamental component that generates torque and it determines the polarity of torque. On the other hand it has been seen that d axis component is always negative independently from torque and if required it provides reluctance torque.