Sürekli mıknatıslı senkron motorun doğrudan moment kontrolünün DSP tabanlı yeni bir algoritma geliştirilerek gerçekleştirilmesi
Implementing direct torque control of permanent magnet synchronous motor by improving a new algorithm based on DSP
Yazar: SELİN ÖZÇIRA
Danışman: DOÇ. DR. NUR BEKİROĞLU
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Sürekli mıknatıslı motorların, uyartım akımının mıknatıslar tarafından sağlanması nedeniyle kayıplarının az, verimlerinin yüksek oluşu bu motorlara olan ilgiyi arttırmaktadır. Bu sebeple özellikle son yıllarda sürekli mıknatıslı senkron motorlar üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. 
Bununla birlikte yarı iletken teknolojisi ve mikroişlemcilerdeki gelişmeler ile yeni kontrol yöntemlerinin getirdiği olanaklar, sürekli mıknatıslı makinaların bilgisayar destekli üretim, robotik, elektrikli arabalar gibi birçok tahrik sistemine uygulanabilirliğini arttırmıştır. 
Sürekli mıknatıslı senkron motorlar (SMSM) içerisindeki sürekli mıknatıslar sabit alan akısı ürettiklerinden, rotor akımının değişimi klasik tip senkron motorlarda olduğu gibi kolaylıkla kontrol edilemez. Bu amaçla vektör kontrol teorisi geliştirilmiştir. Akı vektör kontrolünün en büyük dezavantajı, yüksek doğruluk için bir takogeneratör veya enkoder kullanma zorunluluğudur. Bu durum, sürücü sisteminin uygulanmasını zorlaştırır ve fiyatını arttırır. Sürücü sistemini basit ve verimli hale getirmek için makinaya ait temel kontrol değişkenleri kullanılmalıdır. Doğrudan moment kontrolünde (DTC) motor akısı ve momentinin temel kontrol değişkenleri olarak kullanılma düşüncesi, DC sürücülerde yapılan işlemi temel almaktadır. 
Bu tezde, sürekli mıknatıslı senkron makinanın doğrudan moment kontrolü ile denetimi üzerine yeni bir yaklaşım getirmek amaçlanmıştır. Sürekli mıknatıslı senkron motorun yapısına ve matematiksel modeline değinilerek, doğrudan moment kontrolünde kullanılacak yeni algoritmanın oluşturulması üzerinde çalışılmış ve bu algoritmanın dijital sinyal işleyici (DSP) ile uygulanmasında kullanılacak olan uygun güç elektroniği devrelerinin, kontrol kartlarının ve sürücülerin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Önerilen sistemin ve tekniğin etkinliği, hızlı moment dinamik cevabı ile doğrulanmıştır. Ayrıca motorun yüklenmesini sağlayacak olan generatör tarafında çift yönlü bir sürücü kullanılarak, sistemde harcanan enerjinin bir kısmı şebekeye aktarılarak geri kazanılmıştır.

Abstract:
Permanent magnet motors receive a lot of interest since their excitation current is provided by the magnets, their losses are relatively lower, and they are highly efficient. Therefore, several studies have been carried out about permanent magnet motors during recent years. 
Besides, due to the recent advancements in semiconductor technologies, microprocessors, and the new control methodologies, the use of permanent magnet machines have increased in quite a few drive technologies covering computer aided manufacturing, robotics, and the electric vehicles. 
The rotor current variation in permanent magnet synchronous machines cannot be easily control as compared to the conventional synchronous machines, due to the fact that the permanent magnets generate constant field flux. Therefore, vector control theory is developed. The main drawback of the flux vector control is that a tachogenerator or encoder should be used for high accuracy. This makes the drive system implementation more difficult and increases the cost. In order to carry out a simplified and effective drive system, it sould be used main control papameters. In direct torque control (DTC) systems, the DC drive systems are inspired as the motor flux and the torque are facilitated as the main control parameters.     
In this study, a new approach is proposed on the direct torque control of the permanent magnet synchronous machine. By facilitating the permanent magnet synchronous machines structure and its mathematical model, the algorithm to be used for the direct torque control is studied. Then, the power electronic circuits, control cards, and the design of the gate drives have been performed to implement this algorithm with a digital signal processor (DSP). The proposed system and the technique are validated through the fast torque dynamic response of the system. Furthermore, a bi-directional drive is used at the generator side that helps load the machine so, some portion of the energy used in the system can be recovered to the utility grid.