Fırçasız doğru akım motorlarında uygulanan sensörsüz hız kontrol yöntemlerinin karşılaştırılması
Comparison of sensorless speed control methods applied in brushless direct current motors
Yazar: ATA BERK ERKEN
Danışman: DOÇ. DR. TÜRKER TÜRKER
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Fırçasız doğru akım motorları, yüksek verimlilik ve güç yoğunluğu karakteristiklerinden dolayı endüstride oldukça fazla kullanılmaktadır. Fırçasız doğru akım motorları elektrikli/hibrit araçlarda, elektrikli mobiletlerde, RC araçlarda, matkaplarda, ot biçme makinalarında, ısıtma-soğutma ve havalandırma makinalarında, buzdolaplarında, CD/DVD sürücülerde ve robot kol uygulamaları gibi pek çok alanda kullanılmaktadır.

Fırçasız doğru akım motorlarının kontrolünde, elektronik komütasyonun sağlanabilmesi için açısal konum bilgisine ihtiyaç vardır. Bu açısal konum bilgisi bazı uygulamalarda alan etkili sensör ya da bir enkoder ile sağlanabilmektedir. Kontrolcü, sensörden aktarılan açısal konum bilgisini kullanarak elektrik motor kontrol sisteminde elektronik komütasyonu sağlayarak elektrik motorunun operasyonunu sağlamaktadır.

Fırçasız doğru akım motorları kullanıldığı bazı uygulamalarda, fırçasız doğru akım motorlarının kontrolü için gerekli olan açısal konum sensörü sisteme çeşitli (maliyet, ortam şartlarının uygun olmayışı gibi) sebeplerden dolayı ilave edilmeyebilmektedir. Bu durumlarda fırçasız doğru akım motorlarının, sensörsüz bir kontrol metodu ile sürülmesi gerekmektedir.

Bu çalışmada, fırçasız doğru akım motorlarının, sıfır geçişi kestirimi, zıt EMK integrali ve 3. harmonik zıt EMK kestirimi yöntemleri ile sensörsüz kontrolü üzerinde durulmuş, bu yöntemler teorik olarak açıklanmış ve benzetim çalışmaları ile bu sensörsüz yöntemleri barındıran kontrolcüler tasarlanmıştır. Tasarlanan kontrolcüler farklı hız referanslarında benzetim anlamında test edilmiş, ve karşılaştırmalı sonuçlar sunulmuştur.

Abstract:
Brushless permanent magnet motors are widely used in industry due to their high efficiency and power density characteristics. Brushless permanent magnet motors are used in electric / hybrid vehicles, electric scooters, RC cars, drills, mowers, heating-cooling and ventilation machines, refrigerators, CD / DVD drivers and robot arm applications.

To be able to control brushless permanent magnet motors, position information is required to provide the electronic commutation to electric motor control system. On some of the applications, this position information can be provided with a hall-effect sensor or an encoder. The controller can ensure the operation of the electric motor by providing the electronic commutation of electric motor control system, by using the position information transmitted from the position sensor.

On some of the applications where brushless permanent magnet motors are used, it might be not possible to mount the position sensor to the system due to various(e.g.: to reduce the cost or due to unsuitable ambient conditions) reasons. In these applications, brushless permanent magnet motors must be driven with a proper sensorless control method.

In this study, zero crossing, BEMF integration and 3rd harmonic BEMF estimation sensorless control methods for brushless permanent magnet motors are studied. First these methods are theoretically explained and these control methods are modelled with a controller. Then, these designed contollers have been tested with different speed references. And as last the test results have been compared with each other.