Üç seviyeli diyot kenetlemeli eviriciden beslenen hız geribeslemesiz doğrudan moment kontrollü asenkron motor sürücü
Sensorless direct torque controlled induction motor drive fed by three-level diode clamped inverter
Yazar: MEHMET ALİ USTA
Danışman: PROF. DR. HALİL İBRAHİM OKUMUŞ
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Asenkron makineler = Induction machinery ; Darbe genişliği modülasyonu = Pulse width modulation ; Durum kestirimi = State estimation ; Güç çeviriciler = Power converters ; Hız kestirimi = Velocity estimation

Özet:
Bu tez çalışmasında, asenkron motorlar için üç seviyeli diyot kenetlemeli eviricinin kullanıldığı bir sürücü düzeneği tasarlanmış ve genişletilmiş Kalman filtresi (GKF) ile hız geribeslemesiz doğrudan moment kontrolü (DMK) gerçekleştirilmiştir. Önerilen bu sürücü yapısında, evirici topolojisinden kaynaklı bazı kısıtlamalar, geleneksel anahtarlama tablosu ve histerezis kontrolcülerin kullanımını oldukça zorlaştırmaktadır. Bu soruna çözüm olarak bu çalışmada, basitleştirilmiş üç seviyeli uzay vektör modülasyon (UVM) yöntemine dayalı yeni bir anahtarlama yaklaşımı geliştirilmiştir. Klasik UVM yöntemine kıyasla bu yöntemde mantıksal işlemler kullanılarak hesap yükü azaltılmış, ayrıca nötr noktası gerilim dengesi ve yumuşak anahtarlama geçişleri sağlanarak, eviricinin güvenli ve kararlı çalışması için tüm gereksinimler yerine getirilmiştir. Önerilen sürücü yapısı için stator akı vektörü ve hız kestirimi, üzerinde durulan bir diğer konu olmuştur. Kestirimlerin başarımı, özellikle düşük hızlarda, motor parametrelerindeki değişimlere ve ölçümlerden kaynaklı hatalara oldukça bağlıdır. Bu çalışmada, makine modeli ve ölçümlerden gelen bu gürültü ve belirsizlikleri hesaba katabilme yeteneğine sahip GKF yapısı kullanılarak akı, moment ve hız kestirimleri gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, bu kestirimlere ek olarak bozucu yük momenti de kestirilerek, hız kestirim cevabının geçici ve sürekli durum performansı da iyileştirilmiştir. Önerilen algoritmalar, TMS320F28335 sayısal işaret işleyicisi kullanılarak geliştirilen yazılımlar ile tasarlanan sürücü düzenek üzerinde test edilmiş ve elde edilen sonuçlarla doğrulanmıştır.

Abstract:
In this thesis, a drive system used three level diode-clamped inverter is designed for induction motors, and sensorless Direct Torque Control (DTC) is realized with Extended Kalman Filter (EKF). In the proposed drive system, some limitations caused by the inverter topology make the use of conventional switching table and hysteresis controllers quite difficult. As a solution to this problem, a new switching approach based on simplified three-level Space Vector Modulation (SVM) method has been developed in this study. Compared to the classical SVM method, the computation load is reduced by using logical operations, and by accomplishing neutral-point voltage balance and soft commutations, all requirements for safe and stable operation of the inverter are fulfilled. The stator flux vector and speed estimations for the proposed drive structure have been another subject discussed. The performance of estimations, especially at low speeds, are highly depend on the variations in motor parameters and errors due to measurements. In this study, flux, moment and speed estimations are carried out by using an EKF structure which has the ability to take the noise and uncertainties from machine model and measurements into account. In addition to these estimations, to improve the response of speed estimation in both transient and steady states, the disruptive load torque is also estimated. The proposed algorithms are tested on the designed drive setup with the developed software using TMS320F28335 DSP (digital signal processor) and verified by the obtained results.