Gömülü mıknatıslı senkron motorların tork kontrolüne yönelik yeni bir hibrit yöntemin geliştirilmesi

Abstract

Bu çalışmada yüksek güç yoğunluğuna ve verime sahip gömülü mıknatıslı senkron motorların tork kontrolü konusu ele alınmıştır. Bakım gerektirmeyen ve mekanik açıdan sağlam yapıya sahip bu tip motorlar yüksek hız gereksinimi olan uygulamalarda tercih edilmektedirler. Bu motorlarda tork kontrolü konusu, elektrikli araçların yaygınlaşmasıyla önemli bir çalışma konusunu oluşturmaktadır. Bu kapsamda GMSM dinamiklerini ifade eden gerilim ve tork denklemleri, farklı eksen takımlarındaki varyasyonları ve kullanılan dönüşüm yönetimleri ele alınmıştır. Tork, motor sargılarında oluşturulan akım ile elde edildiğinden akım kontrolörü tasarımı ve akıma etki eden alt sistemlerin tasarımı ve etkileri incelenmiştir. Pozisyon hesaplama, akım okuma, hız hesaplama, kontrol performansını etkileyen işletim süresi ve gömülü sistem yazılım mimarisi tasarımları ele alınmıştır. Bu motorların optimum noktalarda sürülmesi için geliştirilen ABMM yaklaşımının ve yüksek hızlara çıkmak için gerekli olan alan zayıflatma kontrolünün deneysel olarak tasarımı ve doğrulanması yapılmıştır. Literatürde yer alan tork kontrol yöntemleri ele alınmış ve yapılan deneysel çalışmalarda elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Literatürdeki tork kontrol yöntemlerinin ayarlanması deneysel iteratif çalışmalar gerektirmektedir. Bu konuya çözüm olarak tüm hız aralığında yüksek tork doğruluğu sağlayan, kontrol parametreleri kolay ayarlanabilir, çevresel parametrelerden etkilenmeyen bir motor parametrelerine bağlı tork kontrol yöntemi önerilmiştir.

In this study, torque control in the interior magnet synchronous motors which have high power density and efficiency is discussed. This type of motors, which do not require maintenance and have a mechanically robust structure, are preferred in high speed applications. The subject of torque control in these motors is an important study with the widespread use of electric vehicles. In this context, voltage and torque equations expressing dynamics of IPMSM, variations in different axes and conversion methods used are discussed. Since torque is obtained by the current generated in the motor windings, the design of the current controller and the design of the subsystems affecting the current are discussed. Position calculation, current calculation, speed calculation, operating time affecting control performance and embedded system software architecture designs are discussed. Experimental design and verification of the MTPA approach developed to drive these motors at optimum points and the field weakening control required to reach high speeds have been made. Torque control methods in the literature are discussed and the results obtained in the experimental studies are presented. Tuning of the torque control methods widely used in the literature requires experimental iterative studies. As a solution to this issue, a control method is proposed which depends on motor parameters, provides high torque accuracy in the entire speed range, control parameters can be easily adjusted, is not affected by environmental parameters.