Sabit mıknatıslı senkron motorda moment dalgalanması ve gürültünün azaltılması
Torque ripples and noise reduction in permanent magnet synchronous motor
Yazar: ALİ AHMED ADAM
Danışman: PROF. DR. HALİT PASTACI ; YRD. DOÇ. DR. KAYHAN GÜLEZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Aktif filtreler = Active filters ; Pasif filtreler = Passive filters ; Sürekli mıknatıslı senkron motorlar = Permanent magnet synchronous motors

Özet:
Bu Çalışmada inverter anahtarlama sisteminden kaynaklanan PMSM de üretilen harmonikgürültülerinin ve moment dalgalamalarının azaltılması incelenmektedir.Çalışmada farklı gerilim modülasyon çeşitlerinin ve kontrol algoritmalarının harmonikleri vedalgalanmaların seviyesini nasıl etkilediğini belirlemek için aynı çalışma koşulları altındaFOC, HDTC, ve SVMDTC için Matlab modelleri oluşturulmuştur. Çalışmadan elde edilensonuç şudur: Kontrol algoritmasında dalgalanma seviyesini etkileri belli bir şekilde birörnekleme zamanı içerisinde uygulanan vektör sayısı arttırıldığında değişmektedir.PMSM deki harmonik gürültülerini ve moment dalgalanmalarını azaltmak için üç farklıyöntem önerilmiştir.Birinci metodda, FOC ve HDTC için yeni bir pasif filtre topolojisi önerilmiştir. Bu filtretopolojisi dağıtıcı pasif filtreye kaskad bağlı alçak geçiren RLC filtreden ibarettir. Birleşikfiltre iki set değeri frekansını ayarlar. Bunlardan birisi inverter anahtarlama frekansında diğeriise seçilen bazı orta frekanslarda ayarlama yapabilmektedir. Simülasyon sonuçlarından,önerilen topolojinin EMI gürültü seviyesi ve akım THD gibi moment dalgalanmalarını etkilibir şekilde azalttığı görülmektedir.İkinci yöntemde, aktif filtre topolojisi önerilmiştir. IGBT anahtarlama elemanlarından oluşanbu aktif filtre yapısı, iki tane RLC EMI gürültü filtresi içermektedir. Aktif filtre kontroldevresi ölçülen motor faz gerilimi ile referans gerilimini karşılaştırarak filtre için gerekli olansinyalleri üretir. Referans gerilimi, FOC yöntemiyle elde edilen kontrol ve motorparametrelerinin fonksiyonu olarak üretilir. Bu yöntem simülasyon sonuçları, harmonikgerilim seviyesinde dikkate değer bir azalma gösterdiği gibi sürekli haldeki momentdalgalanmalarını da azaltmakta ve yeterli bir dinamik moment performansı göstermektedir.Üçüncü yöntem, HDTC performansını artırmada IPMSM için yeni bir direkt momentkontrolü tanımlar. Bu algoritma geleneksel HDTC´de bitişik (komşu) iki vektörü belirlemekiçin kullanılan iki histeresis kontrolörün çıkışını kullanır. Aynı zamanda bu algoritma seçileniki vektör için gerekli anahtarlama zamanını belirlerken stator bağlantı akı konumunu vemoment hatasının genliğini kullanır. Anahtarlama zamanı seçiminde önerilen tablo yapısındanfaydalanır. Önerilen bu üçüncü algoritmanın simülasyon sonuçları, HDTC ilekarşılaştırıldığında daha düşük harmonik seviyesi ortaya koyduğu gibi momentdalgalanmalarında dikkate değer bir azalmayı ve yeterli dinamik moment performansınıgöstermiştir. Bu simülasyon sonuçlar deneysel çalışma ile ispatlanmıştır.Anahtar kelimeler: Aktif filtresi, Alan yönlendirmeli kontrol, doğrudan moment kontrolü,elektromanyetik girişim, harmonik, moment dalgalanmaları, pasif filtre, Sürekli mıknatıslısenkron motor

Abstract:
This work investigates the minimization of torque ripples and harmonic noises in PMSMgenerated due to inverter switching system.To study how different voltage modulation schemes and control algorithms can influence thelevel of ripples and harmonics, MatLab models for FOC, HDTC and SVMDTC have beenconstructed to hold the study under the same operating conditions. It is evidence from theresult that changing the control algorithm can affects the ripple level significantly when theapplied number of vectors per sampling period is increased.To reduce torque ripples and harmonic noises in PMSM, three different methods have beenproposed.In the first method a new passive filter topology for FOC and HDTC algorithms have beenproposed. The filter topology consists of compound dissipative filter cascaded by RLC lowpass filter. The compound filter has two tuning frequency points, one at inverter switchingfrequency and the other at some average selected frequency. The simulation results show thatthe proposed topology is effectively reduces torque ripples as well as current THD and EMInoise level.In the second method an active filter topology have been proposed. The topology consist ofIGBT active filter and two RLC EMI noise filters. The active filter is characterized bydetecting the harmonics in the motor phase voltages by comparing the measured phase valueswith reference voltages generated as function of the motor parameters and control settingvalues under field oriented control. The simulation results of this method show considerabletorque ripples reduction in steady state range and adequate dynamic torque performance aswell as considerable harmonic level reduction.The third method describes a new direct torque control algorithm for IPMSM to improve theperformance of HDTC. The algorithm uses the output of two hysteresis controllers used in thetraditional HDTC to determine two adjacent active vectors. The algorithm also uses themagnitude of the torque error and stator flux linkage position to select the switching timerequired for the two selected vectors. The selection of the switching time utilizes suggestedtable structure. The simulation results of the proposed algorithm show adequate dynamictorque performance and considerable torque ripples reduction as well as lower harmonic levelas compared to HDTC. The simulation results of this part is supported by experimental workIndex Terms: Active filter, direct torque control, electromagnetic Interference, field orientedcontrol, harmonics passive filter, permanent magnet synchronous motor, torque ripples.