İndüksiyon motorunun sensörsüz hız kontrolü uygulaması
An application of induction motor sensorless speed control
Yazar: NURETTİN GÖKHAN ADAR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. CEMAL BAYKARA
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2008
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Asenkron motorlar = Induction motors ; Hız denetimi = Speed control ; Kalman filtre = Kalman filter

Özet:
İndüksiyon motorları endüstride en çok tercih edilen elektrik motorlarıdır. Ancak 70'lerin başlarına dek çoğu uygulamalarda indüksiyon motorları lineer olmayan karmaşık bir modele sahip olduklarından kontrolsüz olarak kullanılmışlardır. Sürekli gelişen ve değişen endüstriyel uygulamalarda, indüksiyon motorun kullanımı ve kontrol yöntemleri gelişen teknoloji ile birlikte değişim göstermekte ve her geçen gün daha iyi performans elde edilebilecek bilimsel geliştirmeler üzerine çalışılmaktadır. Özellikle 70'li yıllardan sonra gelişen güç elektroniği teknolojisi ile birlikte değişken hız istenen uygulamalarda indüksiyon motorlar kullanılmaya başlanmıştır. Böylece indüksiyon motorları gittikçe artan bir oranda değişken hız ayarı istenen uygulamalarda, tercih sebebi sadece kontrolündeki kolaylık olan, doğru akım motorlarının yerini almaya başlamıştır. İndüksiyon motorunun kontrolünde gerekli verilerin toplanması için algılayıcılar kullanılmaktadır. Ancak kötü çevresel koşullarda algılayıcılar sistem güvenirliğini düşürmekte ve indüksiyon motor sürücüsünün avantajlarını azaltmaktadır. İndüksiyon motorun hız ve konum kontrol devrelerinde kullanılan algılayıcılarının azaltılması, düşük maliyetli ve yüksek güvenirliğe sahip indüksiyon motor sürücülerin ortaya çıkmasına sebep olmuştur. İndüksiyon motor ile ilgili mevcut matematik modellerin, gelişen teknoloji ile indüksiyon motoru sürme tekniklerine uygulanabilmesi sonucu önemli sonuçlar elde edilmeye başlanmıştır. İndüksiyon motorunun algılayıcısız hız kontrolünde gözlemleyiciler kullanılmaktadır. Bu gözlemleyiciler ile indüksiyon motorun ölçülen gerilim ve akım değerleri yardımıyla, motorun anlık hız bilgisi, konum bilgisi, milde bulunan yük momenti ve indüksiyon motorunun rotorunda oluşan akı değerlerinin elde edilmesine olanak sağlanmıştır. Bu tez çalışmasında öncelikle indüksiyon motorun kontrolünde kullanılan matematiksel modeli elde edilmiştir. Daha sonra indüksiyon motorun kontrol algoritmaları incelenmiştir. Bu algoritmalardan v/f kontrol algoritması ve Kalman filtreleme algoritmaları ele alınarak incelenmiştir. Genişletilmiş Kalman filtreleme algoritması, indüksiyon motor dq eksen sistemindeki modeline uygulanarak, rotor hızı kestirimi amaçlanmıştır. Amaçlanan filtreleme algoritmasının giriş verileri stator akım ve gerilim bilgileridir. Filtre çıkışında ise rotor açısal hızı, rotor akı bileşenleri ve stator akım bileşenleri kestirilmektedir. Söz konusu algoritmanın simülasyonu Matlab-Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. Sinusoidal giriş gerilimi için değişik yük momentleri ve değişik referans hız değerleri için simülasyon sonuçları elde edilmiştir.

Abstract:
Induction motors are the most preferred electric motors in industry. But induction motors ,which have an nonlinear and complex model, were used uncontrolled applications until 1970?s. Application and control techniques of an induction motors have changed during developing industrial applications and academic improvements have been studied. İnduction motors have been started to use in variable speed control applications with the developing power electronics after 1970?s. So inductions motors begin to change with dc motors in variable speed control applications. Sensors which collect necessary datas for control of induction motor are used. But these sensors reduce reliability of system in bad environmental condition and decrease advantage of induction motor drive. Reduction of sensors which use control of induction motor in both speed and position cause to obtain induction motor drive having low cost and high reliability. As a result of present mathematical models related with induction motor put into practice to the induction motor drive techniques with developing technologies, important results have beeen obtained. Observers are used in sensorless speed control of induction motor. The current and voltage values of induction motor are used to obtain the rotor speed, position data, load tork and flux with these observers. In this thesis firstly mathematical model which is used to achieve induction motor control is obtained. Then induction motor control algorithm was examined. Then v/f control algorithm are discussed. Because of the noisy structure of the induction motor Kalman filter has been selected and the algorithm has been obtained. As Extended Kalman Filter algorithm applied to induction motor dq axis ,estimation of rotor speed was aimed. Inputs of the Extended Kalman Filter are stator current and voltage datas. Output of the filter are rotor speed, rotor fluxes and stator current. Simulation of this algorihm was performed in Matlab/Simulink. Simulation results were obtained for variable load torks and variable speed referances.