Matris çeviriciden beslenen bir asenkron motor sürücüsünün tasarımı ve kontrol algoritmalarının uygulamasında yeni bir yaklaşım
Design of an induction motor drive fed by a matrix converter and a novel approach in application of control algorithms
Yazar: EBUBEKİR ERDEM
Danışman: PROF.DR. SEDAT SÜNTER ; YRD. DOÇ. DR. YETKİN TATAR
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulanık denetim = Fuzzy control ; Hız denetimi = Speed control ; Matris çeviriciler = Matrix converters ; PI denetleme = PI control

Özet:
Endüstriyel uygulamalarda yaygın sekilde kullanılan asenkron motorların degisik hızgereksinimleri genellikle frekans çeviriciler kullanılarak gerçeklestirilmektedir. Düzgün momentüretmek, harmonikleri azaltmak ve verimi arttırmak için degisik çevirici uygulamalarıkullanılabilir. Klasik çeviricilerde alternatif akım dogru akıma, sonra tekrar frekansı ve genligidegismis alternatif akıma dönüstürülmektedir. Dogrudan a.a.-a.a. dönüsüm yapabilen matrisçeviricilerde ise dogru akım ünitesi bulunmadıgından ve iki yönlü enerji geçisi için uygunanahtarlar kullanıldıgından hem küçük boyutlarda yapılabilme, hem de çift yönlü çalısma sözkonusudur.Matris çeviriciler, asenkron motorların degisken hız uygulamalarında gittikçe önemkazanmaktadır. Matris çeviriciler, enerji depolayan ara elemanlara ihtiyaç duymaması, yüktenbagımsız bir sekilde güç faktörünün ayarlanabilir olması, dört bölgeli çalısmaya olanak saglamasıve minimum giris filtre ihtiyacı gibi avantajları nedeniyle endüstride alternatif gerilim ve frekansdönüstürücüsü olarak önemli ölçüde kullanım alanına sahiptirler. Bunun yanı sıra diger a.a.?a.a.dönüstürücülere oranla kullanılan eleman sayısının fazla olması, matris çeviricinin çıkısında eldeedilebilen maksimum çıkıs gerilim degerinin, giris gerilim degerinin en fazla % 86.6 `sı kadarolması, anahtarlama algoritmalarını gerçeklestirme zorlugu gibi dezavantajlara sahiptir.Bu tez çalısmasında, öncelikle kapalı ve açık çevrim kontrolünün yapılabildigi bir 3x3fazlı matris çevirici için laboratuar düzenegi olusturulmustur. Bu çeviricinin güç devresinigerçeklestirmek için denetleyici kart olarak DS1103 dSPACE GmbH kartı kullanılmıstır. Güç vesürme devresinin fiziksel olarak tasarlanıp gerçeklestirilme asamalarında karsılasılan problemlerve bu problemlere getirilen uygun çözümler sunulmustur. Ayrıca UVDGM algoritmasınınuygulaması için bir anahtarlama periyodu içinde iletime geçen anahtarlama sayısı düsürülerekalgoritmayı gerçeklestirmede daha kolay ve hızlı çalısabilen bir iyilestirme yapılmıstır. Üç fazlıR-L yüklü bir matris çeviricinin UVDGM ve Venturini kontrol algoritmalarına göre çalısmasıincelenerek Matlab/Simulink benzetimi, tasarımı ve gerçeklestirilmesi yapılmıstır. Bu algoritmalardegisik açılardan karsılastırılarak yorumlar yapılmıstır. Ayrıca bu çalısmada UVDGMalgoritmasını kullanan matris çeviriciden beslenen üç fazlı bir asenkron motorun V/f açık çevrimve kayma regülasyonu kullanarak kapalı çevrim hız kontrolünün simülasyonu ve deneysel olarakgerçeklestirilmesi yapılmıstır. Kayma regülasyonu kullanarak yapılan kapalı çevrim hızkontrolünde PI ve BMD yöntemleri kullanılmıstır.Anahtar Kelimeler: Matris çevirici, Uzay Vektör Darbe Genislik ModülasyonAlgoritması (UVDGM), Venturini kontrol algoritması, V/f hız kontrolü, Kayma regülasyonu, PI(Oransal-Fntegral), BMD (Bulanık Mantık Denetleyici)

Abstract:
Variable speed requirements of induction motors, which are widely used in industrialapplications, are provided by frequency converters. Various converter applications can be used forhaving smooth torque, less harmonics, and high efficiency. In conventional converters, ac power atsupply frequency is rectified and then filtered in the dc link before being inverted to ac at anadjustable frequency and amplitude. The matrix converter which directly performs ac-actransformation using bidirectional switches does not require any dc link and it is able to performthe bidirectional power flow. Therefore, they can be fabricated in small sizes.Matrix converters are becoming very popular in variable speed applications of inductionmotors as an alternative voltage and frequency converter due to many reasons such as; does notneed any storage element, having adjustable power factor independent from the load characteristic,providing inherently four-region operation and no need for extra input filters. However, matrixconverters have some disadvantages over the other ac-ac converter topologies such as; requiringmore switching elements, limitation on voltage gain, and the difficulties in switching commutationdue to absence of any freewheeling paths.In this thesis, experimental setup for three-phase to three-phase matrix converter inductionmotor drive which can be also used in open loop and closed loop applications has been realized.DS1103 dSPACE GmbH controller card has been used to implement the modulation controlstrategies in real time. The effective solutions to the problems associated with the power circuithave been presented. Matlab/Simulink modeling and simulation of the Space Vector PWMtechnique and Venturini control algorithm for the matrix converter have been done for variousload conditions. Then, these algorithms have been tested on the prototype converter. Specialattention was given to the implementation of the switching strategy in Space Vector PWMtechnique. Furthermore, simulation and implementation of the matrix converter induction motordrive in open loop V/f and slip controls have been performed. The closed loop controller has beendesigned by using both PI and fuzzy logic controllers. Finally, simulation and experimental resultsfrom the prototype have been presented to confirm the correct operation of the drive system.Keywords: Matrix converter, Space vector PWM (SVPWM) algorithm, Venturini controlalgorithm, V/f speed control, Slip regulation, PI, Fuzzy logic controller