FARKLI ELEKTRİK MOTORLARINDA TEK BİR SÜRÜCÜ İLE GENELLEŞTİRİLMİŞ ALGILAYICISIZ HIZ DENETİMİ ve UYGULAMASI

FARKLI ELEKTRİK MOTORLARINDA TEK BİR SÜRÜCÜ İLE

GENELLEŞTİRİLMİŞ ALGILAYICISIZ HIZ DENETİMİ ve UYGULAMASI

Yrd. Doç. Dr. Derya Ahmet Kocabaş İTÜ Elektrik Elektronik Fakültesi Elektrik Müh. Böl. Öğr. Üyesi [email protected]

1. Giriş

istenilen hıza ulaşmak mümkün değildir. Kullanılan en

Elektrik makinaları motor çalışma durumunda endüstriyel sürüş sistemlerinde mekanik güç ihtiyacını karşılayaygın hız denetimi yöntemi makinede manyetik akıyı sabit tutma temelindeki skaler kontrol tabir edilen yöntemdir.

yabilmektedir. Bu durum farklı yük durumlarında motor hız ve momentinin denetlenebilir olmasını zorunlu kılmaktadır. Farklı elektrik motorları için farklı hız ve moment denetim yöntemleri ve donanımları mevcuttur.

Asenkron motorlarda endüklenen gerilim, sargı büyüklüklerinin dışında frekansa ve manyetik akıya bağlıdır. Ancak endüklenen gerilimi doğrudan okuyabilmek mümkün değildir. Belirli yaklaşıklıkla küçük sargı akımları için besleme

Endüstride motor olarak en geniş güç yelpazesinde ve en çok kullanılan elektrik motorları asenkron motorlardır. Mıknatıslı motorlar yüksek verimleri ile asenkron motorların en büyük rakipleridir, ancak çok büyük güçlerde imalat henüz sınırlıdır. Gelişmekte olan sürekli mıknatısların güçleri yükseldikçe ve maliyetleri azaldıkça daha büyük güçlerde mıknatıslı makinaların kullanımının ve mıknatıslı motorların yaygınlaşmasının önü açılmaktadır. Bu tip makineler çoğunlukla küçük güçlü uygulamalarda tercih edilmektedir. Sürekli mıknatıslı senkron motorlar, fırçasız doğru akım

geriliminin endüklenen gerilime eşit olduğu düşünülürse, gerilimin frekansa oranı (V/f) sabit tutulacak şekilde ayar yapıldığında motorda manyetik akı büyüklüklerinin yaklaşık aynı kaldığı kabul edilebilir. Ancak akım değerinin yükleme ile değiştiği, hatta büyük kayma değerlerinde çok büyüdüğü düşünülürse, düşük hızlarda besleme geriliminin endüklenen gerilime yaklaşık eşit olduğu yaklaşımı doğru sonuçlar vermemeye başlar. Büyük kayma değerlerinde endüklenen gerilim sabit kalacak şekilde besleme gerilimi frekanstan daha yavaş azaltılarak düzeltme yapma yoluna gidilir.

motorları ve sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans

Frekansın bu orana bağlı olarak değiştirilmesi beraberinde

motorlar, uyarma sargılı ya da rotoru sargılı elektrik motorsenkron hızı da değiştirdiğinden hız ayarı etkin bir biçimde

larına göre daha yüksek verime sahip olsalar da karmaşık

yapılabilir. Devrilme momenti V/f oranının sabit tutulması

sürücü devreleri olmadan kullanılmaları imkansızdır. Bu

ile belirli yaklaşıklıkla sabit kalır. Ancak V/f oranı sabit

eym(kBmmPölaueoıonrMkkttıtmnodtoeSrraramiaMlltkakaıblsrmare)aaıl,rdenhoigfedtsıöysorheeürçtrdıeealzfzaikaseldrrlıevyıizaknenshsleıdıenamlaontskhioğokpealerrmanlrupoermksenraaridnkankoreştieınikımanlkd,iülctgeskeı(enırültBll.eaaeerLknytneıitskDecmrlıcimsiCkleıekzmo-mrF,taioıolDykrakmAtdfmatnlunrAlopeaeanatoorrğMyıusktmllmmıöiıaailaşsikn)mrraçneetlııliıivnnnseaarngefıFndttdsssaneeıkedirarsdarğennokniüiibyariklnllkk,rnmöiıkaeaetrrmydrlirnbookeugsıbeoinsnunllee-nneiliıdnsnleaiikhr”rıvlzobibenuuyaisayassggtgklmhynkiaueeeeeümıoömrliztnbrrrçaırnuiiiıekaaüşalllnteliiiprnıenalvmmmtküoftrmakmeürenlariiiireısnnn.knvakihktBleiaebüldyindaıbanruzfanavone.riümeıpğnerlğesnsasılaaıkaealbıtynüçAnaarbübıiıansinmçingk“annttosiğseeühmmkdmaılaklrnnaıçaeıfibzaaadrıırldeosknkiialeevatlmaıçıkkearalrbmıgiyar.alkiçmitameanatmoıiAkrdpnvnysokmaiaıeındeamlmaynlikğfreacalamarıaekfinacbireşyrnçknikaitiketvanidlayğtibnekiapredieıVraöninantVıf.ğalyillnrs/dmr/eakgafefsDarraenkaaeıüolnıoysnenaekrsrsa,irbtrınivaıd”traatndüönısarannyireinlzısaaımblıgbaaeglmsmrpelıeulasetatrıırytieaıblçrkayıfanekvbçerireöbnmtdeıeerıinnlektbrltaknbıiourtirıkudaölteiglkmdtiunniialmrueeregstdms.e.rnludveeıaAeiAnanrlyebalmgtianninedyğeliemrmmmmaaaepbsraVkzciertukeaaa-le;iaan/efnnğkyrmoıdrandorepadoanınallgadanıenyneh,çığııenhze“raırılssziniaandmbbddviriiaeeat.t kontrol yöntemi ile sürme yeteneğine sahsiapbtietkkabliırr çvoeklVu/f oranmı soambietnttui tkualraemsealzo;lakrüaçküalzüarl.ırB. Bunuaçablaışğmlıaoblöalrgaeksimisaen“yseatbikitakı azalırken ve

motor sürücü devresine bir giriş yapılacdakevvreilmuyegumlaommaenti kargeüsçelçaollıaşrmaka baözlagleırs.i”Boulaçraaklışamdlanbdöırlıglıers.i ise “sabit güç çalışma bölgesi”

örneği verilecektir.

olarak adlandırılır.

2. Üç Fazlı Alternatif Akım Makinelerinin V/F (Skaler) Kontrolü

Asenkron motorların moment ifadesi incelendiğinde momentin gerilim, frekans, kutup sayısı ve rotor direncine bağlı olduğu görülür. Tek başına gerilimi veya frekansı değiştirmenin manyetik büyüklükler ve devrilme momenti açısından sakıncaları mevcuttur. Kutup sayısının değiştirilmesi için özel imalat yapılması gereklidir. İlave rotor direnci eklenmesi ancak bilezikli asenkron motorlarda mümkündür.Çift kafesli veya akım yığılmalı motorlarda etkin rotor direncinin farklı hızlarda değişimi kalkış anı için kullanılırken hız denetiminde rotor direncini değiştirereŞkekil 1. Şekil 1A: AsseennkkroonnMMoototrournuVn/FV(/SFka(lSekr)aKleorn)trKoloEnğtrriolelrEi ğrileri

3. Üç Fazlı Alternatif Akım Makinelerinde Vek2t0ö1r6 EDyleünl •etSiamyıi-458

Skaler kontrol yönteminde asenkron makinede akı ve akımın sadece büyüklükleri ile

ilgilenilir. Oysa motor milinde endüklenen moment, akı ve akım fazörlerinin büyüklükleri

dışında aralarındaki faz açısına da bağlıdır. Bu sebeple bu büyüklüklerin vektörel olarak

tahmini yapılır.

Alan yönlendirmeli kontrol 3 fazlı stator sargı yapısına sahip olan başta

motor olmak üzere sürekli mıknatıslı senkron motor, fırçasız mıknatıs destekli senkron relüktans motora uygulanabilir.

doğru

akımdosmotoru

3. Üç Fazlı Alternatif Akım Makinelerinde Vektör

alınır. Yapay zeka algoritmaları kullanıldığında ise genetik

Denetimi

algoritma, bulanık mantık gibi doğa tabanlı yöntemlerle veri

Skaler kontrol yönteminde asenkron makinede akı ve akıseti oluşturularak konum tahmini yapılır.

mın sadece büyüklükleri ile ilgilenilir. Oysa motor milinde

Alan yönlendirmeli kontrol 3 fazlı stator sargı yapısına sahip

endüklenen moment, akı ve akım fazörlerinin büyüklükleri dışında aralarındaki faz açısına da bağlıdır. Bu sebeple bu büyüklüklerin vektörel olarak değerlendirildikleri Doğrudan Moment Kontrolü (Direct Torque Control) ve Alan Yönolan başta asenkron motor olmak üzere sürekli mıknatıslı senkron motor, fırçasız doğru akım motoru ve sürekli mıknatıs destekli senkron relüktans motora uygulanabilir.

lendirmeli Kontrol (Field Oriented Control) olarak anılan

kontrol yöntemleri uygulanır.

5. Algılayıcısız Alan Yönlendirmeli Kontrol için

Sürücü Devreler ve Bileşenleri

rbmDrfaoeüzootkyolğmıüsrretkaeuallknetdüoıktağlratndürrvieısekMnaayrmebaaotisramitmoıkknteiadoinnlrayeatkacsbpiKiaügkbıyloöıiüşnrrre.ketdkrlAcoüioellğkdlalüirlneeuaçeryYaiıkönköbsniıneünmtlneyeüümmntzkadieklanüirıkrmdBiğminnüeiıdeelkseselseoitişsçannKeeitetloçnorirbiornB5ll;leeet.saeirnnrtkrodazieılitess’lkodetıüŞsrnirelereeveıünn3keA-kcilülg2ısl.iasytiB(ddehıSeoicmtArMnğiıyrsesliauPıtgüczlDlSreııtlüuy)AaoiccclAydüuaiıdanglcsoeaüiıkulnsnsaçuytbıoeglzkillmuluaeaAYlnşiacyuımelöDlnarğan.aaAnbiDllğiageglYıAriinü,bdrgö.dçiaeündEivkbçroliavimerkrğyiirnanrcaieuyacdninlğ,iaigilaırehm,eğmrtreıaKiokvlareiitlllmoraoalaiisnmcnrib,iKkt,ayaryblmoörıoüiannrglosklükttıeoroçdnvrinoçe,dektlniyairnrüdTeoymntlkeseiamneüvmğSleeziiıütelrleüyGcicöüisdteeDnriemov

takımlarına göre akımı moment üreten bgilüeşçenkaveynakaığ(ıhıkzl)asik bikronktoronltürnotlesmüzeldeoleğmraunltlaurcıduıro. Dlaebnieletlceyeiğcilegriibsei adlıonğanrugegrierilim barası

bileşeni olarak ikiye ayırarak denetim altiyhatpiıysaı coıluoşltaunruuluyrgulambaelaslredmaebbiirlgaisnianhi itşalerlyaemrekaleıvigrüicçidkeabyunluanğaın(gSüMç ePleSk)trdoaniğkiullanılabilir.

ve kontrol yöntemi uygulanır. Matematikaslealndöynöünşülemndiçiirnmeli kaonnathrtoalrülanrıntıenmkaeplı keolenmtroalnilşaarrıedtlıerr.inDi üerneetetlneybiirciimlelrerdisire. alınan geri

smTCştelaeakatmkriolikrdnelevememlekaPranoenanyrteutkıtrkyiodgkoluölaanellaradünanişkdlıüsıabemğsilıerenlbenrdrikaridriknoemuneıalklvdsaneeinkansıteltkııunsrrl.tkoauBrnrloıumnnmbüayammönayrilanekaaagittnkhçneeiiaystmnenelaiıletnşerbilmııEkrielnidırrıvradikeib.lşimnaaerlrnaneinolctıy,zetıiisoeerllblerredıruerinrkd.laoerğvırnbobtEiuerlaeviumtğlicegirşlreirıieudlcslegrrdiein.ölbeleviiBarrb6dm.ğueudaldKlyodıeuerğüilıgnnyerçogöumaütü3vnklagçadnfregegeaılrnülazüielrdçdlikçlmıaiütçynrçaedooylıvlenıküteeşnliıkkmağaşsitr3naerıgaaonkfnheaandaktrfzaiahriılğlrmeıntiaiksmçıravüııankvnireneıüsdşüalacaıfrhügnnreueet,atdaykrebhegrianultvluinaarnmlsterraleıalıimnesnmrürüaııaninrernlgeaültdrdöteckeedrreünnaeasp6dıeakvyorreınltgerrüoiçnl dei

direnci ve değişiminin kestirilmesi gerekBliuikeenlemmıaknnlaatırslıçalışmMa OakSıFmEıTvteercfirhekeadnilsiırnkaengböüryeükbeglüiçrlleünuiry.guKlaümçaülkardgaüçlü yüksek

makinelerde rotorun konum bilgisinin euldyeguedlailmmaelsai rvdeayaMOSFIGETBTteterrcciihh eeddiilliirr.kBeunsebçüimyüskürügcüüçlvüeriumylgiluiğliagmözalöanrüdnadeIGBT tercih

kestirilmesi öne çıkar.

seçim sürücü verimlibliuğlui ngdöuzrulöanraüknydaepılbıru. lDunendeutrleuyliacridaekn ygaepleınlırb.ilgDiyeengeötlreeyiciden gele

aakdıamptıinf)ıMyizoöldneetyelemtnalbl4dAekeare.lronanAdonnleıleulatyadmrirönmuoanrktYuilokenmireönkdsknidtekyoilireenefrmasmnuarteimdkyerlirilyuıcıirlöigkmnılrnerou.utrenneUplutmibrlyyaoDliaaelmlirrryenlliaaaönmlnnnkaeaaetrutbbesliyimilimlalagiipnrrieııYi(rolllaameeöldbmkenaaillkalitpeivgkodeytrtkaiiöoleam.rtfdunBr)rn.ışileKrvüaukey.meltoörmmhtüİinnauşandatuakynkekramaytmegoiaröyntlillndbakeedbntiaılrealeeradagnn.mkrsbeiaimsiiHnd-lhsiiatirteaağartonyoerhlöaırmrannihgnat,tkeeyoh3omgahmraallairiufaaanlpnllairmşebanmazga(mrringlilkiaiırınıoasianevdnnkıkkkzveeao-itoıiçaaahsrnnidmiaytntcauırrirraodaım.ıtnlnneoHaddo,vephehadaolrrtaaeilahotlnradruajadgtliinteaksiğuurgişzi,rdlilaumükeüambmnsnoçiatarenblunavckıtidedndrrıeesaiouıağsatrlalnii.ttdyaekbaeeyçşrovıdialkıllremişdgenlkaaide-odsnkkicniuiğmeöuraüiğpumnairrmmabeüüdhitçualaitbgylnasiiikruasrırleii.ndaminürçe3yırdiintaennfiştğdaaiayleayezniarrrnnl-ıi.rıaımhevt-aikrrliöacpridrtüaonpbo

motordaki endüdktoağnrsuddaenğiöşliçmülleerbinildeecneğiygoilbai fçaırkkıllıayraökntekmonleurmle dtaehrmotionri kyoa-pılır vekapyaülkıskeoknumda tutulmalıdır.

frekanslı gerilimnuvmeyuakeasktıimrileibşailriert.iRtoetmorelkomnuomtorunauknımdıonğınrudüazneröinlçeülbminedsiirilerek akımdaki

harmonik bilgisinçidnenilakveonöulçmümbidlgüizsei naelkınleırr.i vYeabpaağylaznetkılar aglegroerkitimr.aKlaornı ukmullanıldığında ise

genetik algoritmab,ilbguislainıikomananktiıkmgoitboirdvoeğrailetarbinandleınyöyonltaemçılkeırplehveesrai psleatyi aorlaukşturularak konum

tahmini yapılır. kestiren yöntemler de mevcuttur. Bu yöntemler model

Alan yöntlaebnadnirlmı yeölintkeomntlreorl, i3şafraeztlıbastsamtoar ysöanrgteı myaleprıisıvnea ysaaphaiyp zoelkaan başta asenkron

motor olmak üzearlegosrüirtmekalilamrııoklnaartaısklıgrsuenpklaronndımrıloatboirl,irf.ırçasız doğru akım motoru ve sürekli

mıknatıs destekli senkron relüktans motora uygulanabilir.

Şekil 3: 3 Fazlı Evirici Güç Katı Temel Devresi

Eviricide ateşleme açıları denetlenerek istenilen genlik,

frekans ve faz açısında gerilim üretmek mümkündür. Gerilim ve frekansın birbirlerinden bağımsız halde ayarlanabilir

olması eviricilerin V/f tabanlı motor kontrolünde kullanımını

sağlar. Motorun verimliliğini arttırmak adına harmoniklerin

yok edilmesi gerektiğinden evirici çıkışında çeşitli modülas-

5. Bileşenleri

ŞeAkilŞGlge2öıkl.saitlye2rıc:iAmıAsllıgigzııllaaAyyıılccaıınssıızz

AYAllöaannnlYeYnöödnnlierlnmendeidlriimrmeKleiolKinoKtnrootrnlotlriToçleinmTeemlSüerl üGcöüsteDriemveyurioelyvlngeelurrailrşaılmnvi ebauilyargryıuölanaçtnıesmmınaddsiıarn.geurezkaiyr.veAklatönr

yönlendirmeli kontrol modülasyon yöntemi

Bir sürücMü soidsetelmtaibDanAlıgdüuçrkuamynkaeğsıt,ireivciirliecri,umyaortloarn,aybüilkirv(eaddaepnetitfl)eyvieciden olDuşeunre. tDleAyici olarak farklı sistemler kullanılabilir. Algılayıcısız

güç kaynağı klasuiykarbliarnkaobniltirroolslümzaydaonğr(unltounc-uadoalapbtiifl)ecyeöğnitegmibliedrooğlaruragkeirkiliiyme barasıadlaenneyötinmleindirmeli kontrol yöntemleri karmaşık matematiksel

ihtiyacı olan uygauylraımlıra.laUrdyaarblainr aabnialhirtaorllmamayaalıngyüöçntkeamynlearğdıe(SsMtatPoSr)gdearilkiumlliavneılabilir. iEşlveimricleilrerbarındırdığından sayısal işaret işleyici (DSP-Digital

alan yönlendirmaekliımkıonnıtirzolelüyenntkeomneulmekleemstairnmlaerıydöırn.teDmelneertilkeuylilcainleılrmiasketaadlıırn.an gerisibgensalel mperocessor), DSP tabanlı mikrodenetleyici (DSC),

bilgisini işleyereİkşaervetirbicaisdme abyuölunnteamn lgeüriçndeelemktrootonriğdiakaineanhdtaürklatraınnsındekğaipşıimk-ontrol işFaPreGtleAri(nFiield Programming Gate Array) gibi hızlı ve karmaüreten birimlerdilre.rinden yola çıkılarak konum tahmini yapılır ve yüksek freşık işlem yapabilme yeteneğindeki sistemlerin kullanılması

Eviricilerkdaonğsrlıuggeerirliilmimvdeeyna a3kıfmazliışaçrıektıiştegmeriellimmioütorretaeknımteımnıenldüeze6rianyerı güç elzeakrturorindiğiri. Motor kontrol uygulamalarının performansı ve

anahtarından, bubnilnardıinritleerrsekbaağklıımgödvakdie hdaiyrmotolanriıkndbainlgviseinadneanhtakronsüurmücübidlgeivsrielerindeenkoonluoşmurik. liği açısından, endüstride DSP’nin motor kontrolü

Bu elemanlar çalışma akımı ve frekansına göre belirlenir. Küçük güçlü yüksek frekanslı

uygulamalarda M20O16SFEyElüTl •teSracyiıh-45e8dilirken büyük güçlü uygulamalarda IGBT tercih edilir. Bu

seçim sürücü verimliliği göz önünde bulundurularak yapılır. Denetleyiciden gelen bilgiye

göre hangi anahtarın, hangi zamanda ateşleneceği bilgisi üretilir. 3 fazlı evirici topolojisi, üst

ve alt koldaki anahtarların ayrı olarak kontrol edildiği üç adet yarım-köprü biriminden

oluşmaktadır. Herhangi bir kısa devre durumunun yaşanmaması için anahtarlardan birisi açık

ateşleme açıları denetlenerek istenilen genlik, frekans ve faz açısında gerilim ndür. Gerilim ve frekansın birbirlerinden bağımsız halde ayarlanabilir olması abanlı motor kontrolünde kullanımını sağlar. Motorun verimliliğini arttırmak erin yok eydailmesi gerektiğinden evirici çıkışında çeşitli modülasyonların rekir. Alan yönleEnLdiErmKeTlRi İkKonMtroÜlHuEyNguDlaİmSaLlİaĞrı İ açısından uzay vektör temi elverişli bir yöntemdir. ici olarak farklı sistemler kullanılabilir. Algılayıcısız alan yönlendirmeli eri karmaşık matematiksel işlemler barındırdığından sayısal işaret işleyici agtneaAl rrparyo)cegsibsoi rh)i,ıçzilnıDvSgePekreatrkambliaanşbılkeı liişrmlleiikmörozydeaelpnliaekbtllieelmyriiecniiyei(tçeDenSreeCğni)n, dmeFkiPkiGrsoiAsdteemn(Fleeiterlliednyiciler uridir. Motor kon(tDrolSuCy)guölnamplaalnaraınçıınkapre.rfDoremnaentsleı yviecielkeorinnomihitkilyiağçi adçuısyıdnudağnu, prognin motor kontrorlaümiçlianmgaerdekillii vbeelairrliayöüzezllvikalseırtiansiıiçileereynazmıliıkmroldaernınetlheayzicıirllearnması çıkar. Denetleyivceilekruinlliahntiıymaça dhuayzdıruğhualperoggertaimrilammeasididlievgeearerakylüidzirv.asıtası hazırlanması ve kullanıma hazır hale getirilmesi de gereklidir.

Şekil 4: DSP Tabanlı Bir Mikrodenetleyici

Şekil 4. DSP Tabanlı Bir Mikrodenetleyici Sürüş sisteminin bileşenleri dışında, bu sistemde paydaş teminin bileşenloerliardaıkşınbdual,ubnuansisstiesmtedme lpearyindadş ooğlarruakşebkuilludneanişlseisyteebmillemriensi için eblkeilyionelmbainelmlmideoisrit.oirBçuiunnsgmbsüeüiarrlrgteüüeiklllmeeeinrrna.titSmmkeüksoeoirtlolütormmlervoocevdteoeekyrlliüyoa,külrdakesniçvissimrntieesomtpketauiomnrrraiuunmilnanebnitnmirlesgbaliiesltitereleirgmmiginleliaeenrtrreidikkdneeseinentilaçdsmdeoareğriollramdiuçyeleeıulcskiriı,ildmeversei lebileceği gibi patriacmarietrüerleürnilegrereiklken dboağğlraunltuılkarmındeartebmeoletorrinunde btiipliinnmin elidir. n sonra parametrBe ubebliirlgleimleer tişelkeiml minioktoenrldairleirçiindekyuarpualbainlmseisktteemdirlleerr.deMtoatsoarrlayıcı parametrelerinitnarasfiısntedmane gigriirlielmbielseicnei ğitagkibibietnicarmioütroür nlueyrgiulkn babğelsalnemtıelarında çalışmaya başlaymaboitloirr.uBnutriapdianninitibbealriernleknomnuemsinkedsetinrmsoenyröanpteamralemriedtreevrbeeyleirleme işlemini kendileri de yapabilmektedirler. Motor tipi ve devre banlı kontrol yönptaemralmerieturyegluelraimniankosilsatyelımğıevegierkilomnoemsiinkliiğtiakaçibıseınndamnodtioğreruygun gnotyreiömtmnlteaerlmaürlzıenerdirniandneenokbitluueiarbşsyuualrlerurı.şmetoKnırleuıuklplablo,baünihnlyueıilrüsma.ankpMllkgüaoeönkdszallteeneilrrybimitnicalidgbeliaeenynriöelçnınaöhtklreaınoştmenamkstlrıeaonoyrlılnaiarydkaöbekünavçtşMrüelemlatRymyleAeaerbgSyi,iietrl(eiMeomrrd.oe.aBldkdelueıl radan ive Systems), LuMenobdeergl etar,bKanaylıgkanonKtirpolli yGöönztleeymiclie(rSi luidyignuglaMmodaekOolbasyelrıvğeırv)e ekoş Kalman Süzgnecoimvikerliilğeibailçirı.sınBduanmdodiğeellrerkinonguemlişktierislmtirişmseüyröümntleermi ldeerinden ppsiaınrriaansleınlvdiekaikighuötlzilyalenaamyçılyilacaarcirıtaışkenktumılrblgaıaelötnlaiizabrklnlesielyueniirymlc.giyeuMösltinaipomtgiedneameirlnaelrkletidbrarae.blümiMarznleeievlknrıcrmioukndetoetseuninrnk.tedurtelorenluyilycsuöoilnneorrtlaeuimpşDa,lrSeehPtreli’es,nrtaiiennpmlaenldane evrilmesini sağlabyiılpginsaiynıshalatyaösnınteımnlekrüleçühletsmapelayneaoradkakdlöınfüaşrtkürlüı ltmahesmi ivneyaalgoritarlar. Bu işlemlemri aDlaSrPınddedainğimoliuzşöuzre.l Koluarlalkanüırleatnilmgiöşzilşeleymicciilleeresaöyrensienkdeolarak me gelen analoMg RiAşaSre(tlMerodaenlalRoge-fsearyeınsacle A(ddijaitpatl)ivedSönyüsştteümrüsc)ü, L(AueDnCb-erger, Converter) ile ayKrıakygzamnaKnliıplöirGneökzlelnemyiicşi i(şSarliedtlienreg MdöonüdşetüOrüblüsrervveers)ayvıesaGl enişilerek işaret olarlaektiilşmlenişebKilairlmhaalen gSeütizriglier.ciİsvteenriilleenbiilşilre.mBleurinmyoadpeıllmlearsiınnıgneliştiduyulursa işarertiilnmsiaşyıssüalr-üanmalloegri ddöenükşutülrlüacnüıdlaebnilgirekçierinlerpeakraalnealloigkihgaölezleyici ümkündür. kullanan uygulamalar da mevcuttur.

Motor tipinin ve kullanılacak gözleyici tipinin belirlenmesinden sonra DSP’nin programlanması sırasında ihtiyaçların belirlenmesi gerekir. Mikrodenetleyiciler işaretlerin sayı dizilerine çevrilmesini sağlayıp sayısal yöntemlerle hesaplanarak dönüştürülmesi veya işlenmesini sağlarlar. Bu işlemleri DSP dediğimiz özel olarak üretilmiş işlemciler sayesinde yaparlar. Sisteme gelen analog işaretler analog-sayısal dönüştürücü (ADC-Analog/Digital Converter) ile ayrık zamanlı örneklenmiş işaretlere dönüştürülür ve sayısal değerler elde edilerek işaret olarak işlenebilir hale getirilir. İstenilen işlemlerin yapılmasının ardından ihtiyaç duyulursa işaretin sayısal-analog dönüştürücüden geçirilerek analog hale getirilmesi de mümkündür.

Kullanılacak DSP tabanlı mikrodenetleyici için piyasada farklı markaların ürünleri mevcuttur. Üretici firmalar kullanıcılara kolaylık sağlamak amacı ile her bir motor tipi için modelleri ve “makro” tabir edilen hazır kısa yazılımları kurarak kütüphaneye yerleştirmişlerdir. Bu hazır yazılımlar “dönüşümler ve hız algoritmaları” (Clarke ve Park Dönüşümleri, Kayan Kipli Gözleyici, Faz Gerilimi Hesaplayıcı, Akı ve Hız hesaplayıcıları ve kestiricileri), “kontrol”(İşaret üretimi, PID kontrolör, uzay vektörü modülasyonu (SVM-Space Vector Modulation) ve “çevre birimleri” (DGM teknikleri, ADC, motor sensörü ara birimleri) başlıkları altında gruplandırılabilir.

Örneğin üç fazlı köprü evirici ile sürülecek bir motorda eviricideki güç anahtarları için gerekli olan altı adet darbe

Kullanılacak DSP tabanlı mikrodenetleyici için piyasada farklı markaların ürünleri mevcugtetunri.şÜlikremticoi dfiürmlaaslyaor nkuull(aDnıGcılMara) kişoalaryeltıik, ssaağylıasmalakişaamreatcıişilleeyhiecri bir motor tipi için modeillleeriuzvaey ve“mktaökrrüo”motadbüirlaseydoilneun (ShaVzMır ) kteıskaniğyiazkıluımlllaanrıılarkaukrarak kütüphaneye yerleşütirremtiişlleebrdiilri.r.BMu ohtaozrıur nyafzaızlıamklıamr “ladröıneüvşiürmicleinr ivneçhıkızışatlagroarfitımndalaanrı” (Clarke ve Park Dönüsşüemriledrii,rKenayçalnerKiypalri dGıömzlıeyyliaci,öFlçaüz lGüeprilDimSiPH’ensianplaaynıcaıl,oAgk-ıdvijeitHaılz hesaplayıcıları ve kestirçiceilveirrii)c, i“skionnetro(lA”(DİşCar)etsüirneytiaml io, PlaIrDakkognötrnoldöer,ruilzeabyivlierk.töErvüirmicoidnüilnasyonu (SVM-Space VbaeşcltıokğDrlaıÖMyArılr-aoanbdletgauğınlöriandantaiüdoggçneer)fruraivpizlleliliapım“nkçdSiöeıprvVdırrlMüeeabeböiviltrliieçrirm.kiücnllieeiirğlrie”ei sk(iüDlreyGüilneMelcedetkeeDkbnSeiirdPkmil’leyeoreint,oAAradDDnaCaCehv, itmarairocratilodacremıklsıiea-ngsüöçrüanaarhatabrilraimrı lieçriin) gerekflionolkasniyaoltnı laadreıt bdearlbirelegneneibşliilkirm. oBdöüylalesylioknlue (mDGoMto)r isşaarregtiı,lasaryınısaal işaret işleyici ile uzay uvyegktuölraünamcoadküolalsaynonüuç f(aSzVgMe)ritleimkninğiinkoulluaşntıluarauklmüarestıilmebüilmir.kMünotorun faz akımları eviricoinlainbçilıikrı.şGtaörazflıendyiacnisaelrgiodriritemnçalesrıyhaarzdımrlıaynlaaröalçkü,lsüipstDeSmPd’nein aönlçalüo-g-dijital çeviricisine (ADCl)ecseinkyoallaonlaarkakımgövnedgeerirleilbiimlir.büEvyüirkicliünkinleDriAn-ibkaurallagnerailriamki kdoenöulmçülerek yine DSP’ye ADCvearhacıızlığtaıyhlamignöindyaerpilıilpabiSlVirM. Eltdekeneiğdi ileilne reoldtoer eadçiılesnı bainlgaihltearrliama fonksiyonları bmgeeülriimrlilkmelrinüorent.bboüKiorlyiloürah.knbıBliztülröiıkrnoy.llealöerGlirdinödköizlenelkenüuymlşiglcoateitünoçararerülasgnlkaoürrhgkpiıtaolmatrnareauısfnmiıeaşrahvuaraeynezgstıhurlılelhzaarnıntizaaarPhciaamlIkek,iknoksoilaiansyrnttaşerpıümolıçaldlaşöfebatrniızllreiırgörl.eladçrEbüiellilidne-mecienekdiniloeolnalunrşotautkoruırmlmaçavısseıı bilgilegrei çroirtoilriphıztıenrasdmönaütşetümrüalütipkrseeflerdanösnhüışzüilme klearrşleılaeştvıriırliacbiilikro. nKtornotrlolörden geçen hata işaretldeerivrPeIskioknotrnotlörorllereddeinlegbeiçliirril.ip ters matematiksel dönüşümlerle evirici kontrol devresi kontrol edilebilir.

Şekil 5: Algılayıcısız Alan Yönlendirmeli Kontrol’de MiŞkerkoidle5n. etleAyligcıilaİyçiıcnısMızaAklraonlaYrıöGnlöesntderiremneKlioKntornotlrBollo’dkeŞMemikarsoıdenetleyici İçin

BuButiptipppaarraammeettrreettaabbManaalnıkltrıaotslaaasrrıamırGlıamördsltaaerrodernataKyoarotnçaıtykraaoclçaBıkklaosckoanŞkuecmsuonanssıuis-temden elde edilen bilgilecruinndsoiğsrtuelmuğduenna dealydaeneddığiıleanslabuilnguitluelrminamdaolğıdrıur.luÖğlçuünmaddeavyraelnedriınğinı tasarımı bu açıdan önemalisdlira. uDnevurteulpmarammeatrleıldeırri . aÖçıslıçnüdman dbaekvırlıerslea,riünrientictiafsiarmrıamları btausarımcılara kolaylık sağlamaçaıkdaanmöacnıemilelidbairz.ı Dmeovtroer pparaammeetrterlerlienriinaçoıtosmınadtiakn oblarkaıklırbseal,irlenmesi imkanını sunarküernetbiacziı fdiremğişakleanrletrainsakruımllacnııclaırtaarakfoınladyalnıkgisrialmğleasmi gaekreakmebailcirı. iKleullanılan modele ve motorbimtai36pz.kifınaaezmnlgııonöbEtırioervsriepurvapinicrraaiairmcTraikeamietlsreaneerdtdıbormeeğağırzlieuşıirkmdionelneiğtnrriioşnolkintyeoödnmneltedearmitkiinikkavkoteeulaaallrllgaıanonkmrıitcbamıseıatlgliaarerrlraeekfnkuınemllbdaienlaisanrri.ak asenkron motor, süreklgiirmilımkneastıisglıesreenkkerobnilimr.oKtour,llafınrçıalasnızmdooğdreuleakvıemmmoototorrutipvienme gıkönraetıs destekli senkron parametre değişimlerinin de dikkate alınması gerekebilir.

6. Evirici Tasarımı 3 fazlı bir evirici ile doğru kontrol yöntemi ve algoritmalar kullanarak asenkron motor, sürekli mıknatıslı senkron motor, fırçasız doğru akım motoru ve mıknatıs destekli senkron relüktans motor tahrik edilebilir. Tasarlanacak eviricinin kabaca aşağıdaki özellikleri içermesi sağlanabilir.

• Eviricinin mikrodenetleyici ile uygun elektriksel bağlantı uçlarına sahip olması gerekir. • Motor akımı ve gerilimine göre uygun yarı iletken anahtarlar seçilmelidir. • 6 anahtarın tek bir tümleşik yapı (kılıf) içinde bulunduğu 3 fazlı köprü evirici devresine sahip Akıllı Güç Modülü (IPM) kullanılabilir. • Uygun ölçme elemanları ve dönüştürücüler sayesinde kısa devre, yüksek akım ve yüksek sıcaklık korumaları eklenebilir. Klasik cam sigortaların yanı sıra IPM üzerinde yerleşik olan yüksek akım ve sıcaklık korumaları devreye sokulabilir.

• Devrenin AA giriş tarafında çalışma gerilimine veya

tabanlı mikrodenetleyiciye bağlanarak bu seçimin yapılmasının

şekline göre köprü doğrultucu veya SMPS kullanılabilir.

ardından çoğu denetleyici motorun parametrelerini otomatik

• Elektromanyetik girişimi engellemeye yarayan filtre

olarak belirleyebilmektedir. Kalan elle girilmesi gereken bilkullanılmalıdır.

gilerin de girilmesi sonrasında denetleyici ile seçilen motoru

• Eviricideki güç anahtarlarının motor fazlarının üzerine

sürecek eviricinin kontrol edilmesi mümkündür.

uygulayacağı gerilimin bulunduğu hat olan bir DA barası

oluşturulmalıdır. Evirici çalışması sırasında çekilecek akım

8. Uygulama Örneği

sonucu bara üzerinde oluşacak gerilim düşümünü ve dalgalanmasını baskılamak adına bir kapasite grubu konulmalıdır. • DA baranın bağlantısı yanlış yapıldığı takdirde kapasiteler ters yönde besleneceğinden, bu durumu önlemek için

Bahsedilen yöntem ve altyapı kullanılarak İTÜ Elektrik-Elektronik Fakültesi, Elektrik Mühendisliği Bölümü öğrencileri tarafından TÜBİTAK (2209-B-Sanayi Odaklı

giriş kısmına sigorta ve ters kutuplu bağlanmış diyotlar

Lisans Bitirme Tezi Destekleme Programı) ve EMO İstankonulmalıdır.

bul Şubesi destekli bir çalışma ile 220 V, 50 Hz şebekeden

• Tasarlanacak devre üzerinde IPM ve sayısal tümdevrelebeslenebilen, 1 kW’a kadar güçlerdeki ve birbirlerinden

7. Fmf••mçgtaydrkg•ieaiıeeaukoznknaiDArrtKğıkcliiıkmikiklrrşıyrlAhasaluliiioüiroltmalınçradiıçbezngyctriıMırereanleırakbaıean,ürarr,ıöckekoaceşiazfşıllaueatlitşDüesiAolçazobmılkeırclrlriDSeayrivaaüıhsnklbinbPeknotalCacdieaeeğı’yiık13rmernlğlugfkaı5ıaikaflmnivirtaçlaanrcViuzaleingzaenKşcr,kDüaugnalktıu5voınıeçolçmlAre1gçVlruiılknuaçnaiea5eççlaibgtmrrıkirlltnVrkymiıiiaoaıbldaongnıpib,irrşilliemslaaı5laealerfüaıçaiağr.,ğVçimoiuirıgrrlsç,iıkb,akeyenıiısüc3ue,nlrnngııayzDsi.fnut3lgıuflekeıireimleAmrrylulaVmMbrB5mmk1Mr1Bmm5krtıgilgeeacrknniea0o0b00oieiilelgıeuleıeuütşülştdnaiaünkrüksirkiıkirvlmkanih,hirtHbdktnertbHirektnmHorlremHreedemeattairiıoıibtapozrbadanzmlbrlanzedtkzeltuıplagele3neıd.seneı8BvdaseB8üoeşbslmlcasuğoğişlTsu.geiarnTneas.relefiçelraysedlmereaydralebaihanlmralkülebhrgiielgaçrnazgiieesnzğşrsinlzloaesksunğeimioenaesekanuiıidsitşkekttlçindtrdekkteomglsıDemlmaebdeieoiDiaeekidi7U185se,revuyBriikild78U15lsseroyBraealçaDve50k0elirdaeoiçeiaylsöge5k00ielçlanlyiln00W0ibysesö,iidlçatlgıinıllğinG00W0bsyheıaateddilgüliblfisiuelWWselyemimküalebvb,tykarmMıuıeeiWWWlyünmkilörb,rrlllmıeezi2Weenn---ailöreekii,,,.,.llne2üsnşa2üieekm,,,cmrn22ülsttş2b0ml,cmoeeeir22ltt42mbr0eaioee2ekinnmö42.rV0reai2knnmVö2eğü.Ör0VPBarsVb2Veğ0rşvÖPBe,(sraüruesrbVti0rfoveele,(2sülrünrauenür(iefnbdyöfdd1dmgoeselVü02rlfzcnraankaüen(üıekr.nr0agsceaeüVüe00ailcfzcğaratk,eırnnlzürtüFkrşavsrac0v0zkaıiekümlyiokğata(a,ralsr••d••szetrnatür1rera0nfcalenümHrymsdieoeeırira(eaığsıaennaüp1ırz,)ak18fcae5kınn7rmsdz)nisisigıksaılztemtaüvplsk0ı0n,li)t5avıktaeıaıvızWi)eilüaskki)kerı,W 0rm-0svolse0nebrsoneit,avm1eırrrsaakulW5lüalko)rlaa,etr-e’iiW 4eeesıW fonElW a,l1eoar0rlroaanftur,külıı5ri0niasaetrı’rr4ar)Msıt2fEllmonyş00Hsalçfeat,ssmo,kainlkımı,i0,ka2aöıedrara)elaMt0k2nrylOı2nrmz0Hare2lç,s0tirnlknsla4nıokü2maıoka2ddaaıeam0ı4snnOıgi0ımtlzmkarögV0zrznrrraslİa04lkneoeııe0eadasdiımlreoVırnnign0rıdıçVnnmrçözt(kr0rVsroçaİTkreniı,aea0io,va-füesüidtriglgrnç1lnaıdnn(Ütrn,İieetkğ02snsrlm(TemüıiemiTamfasüboz-efüsbrrfügrlg0arB1eçfkünıÜtauİibluÜğmyçekrilaeerlüıi0alırmzğTmrslbİşieienlesazerlrçtrBeüleaçT0lürsiütublukkeÜaraeçr-aneElaŞkikşlaıe1ilardAİiŞsilnlleklnnerrmmrsdltnlıeauyTıleisseerkiiaem.r-aiteeEısKŞkkakışben1snadkkardabzAkislm)Bünkstüplnlıruenimkenüiedoeiis,ntiemımolidşKrrsrrukışbısr)zn-ıkm5nlbekesi(mlinkitv)otoüo,1reelokmagki20kiüi6tt,,nmmseon4mdnrtrğsroilrt-rır2öl4rfügşaeofoiH(inkiEvee0oiıvorlıi0lmoıkar.2ttkoşıb0arrrsşkr,nmreue0nlıldli9lüztu-F2tçtlttçlebisü0amlorgafo0Eeiaueoriı-,elaŞik0naamıy.r0gitractbıbBırksşrrrrsyı.lılomlkt9ı.euserEtüiçttkıeieslsarımcog-mrrieiıünriıkE-rzk,TolaeknSclyır,lzimvtbuBıkiieselnnsınıis.bovatieıliadlıiklaılslrrıncirdk-üesitii-rrnzköiaEzoimoeksmırnrSv7iı,lü1-rnosa,lyicğsenanebvoa’a1çacdaçdrlğyFaırirdsorkitidnilüinzaseouiesribkıürradalstternamlseaeanuiübğtnmükaoeoıiracaçadysFnnşlnrOssşirüerlnrlikeşaeamuoeliyetafdaeukaılkeelıeldıennanyattrkötnymkrekmırkanyloenakaarışrkOnaiıısoüylcbkslkrşklcummoyitfrikmliai,biidnlıılvıdıeilela,çtotlömıypmmerıaioemü,eknfarüınifEmnrısırkksnrsdkrlgcslz2ııersileliL,iemaumlnkükvıüileoeleüne2,eıkkfreılinreşnnatkrrkr0tgımansfEosaiaoşetiüedtrgaatalrr2ıetsnleuntrrlLikıeeoVlonkketiceıeümint2susağkrlrlrısknıirrsünlllkiıirk0,.sm-ss.,iııiaıi,etalrnrikeoVnimsllknsiıi,

Tbaşsarılalınbairrakşeükrieltdielesnüdrüevlmreünşintüür.stFteanrkvlıemyoantodralnargiöçriünnftaürskül,ı ddeünzeeynedkülzeernielğeiöölrçnüemğilevreyaarpaıylmüzıştır.

Temel anlamda üç fazlı sargı içeöTranseağrilaŞneakrialk6 üvreetŞieleknil d7e’dveresunninulümsuttşetnurv. e yandan görüntüsü, deney düzeneği örneği ve arayüz

ren asenkron, sürekli mıknatıslı örneği Şekil 6 ve Şekil 7’desunulmuştur.

senkron, fırçasız doğru akım ve

sürekli mıknatıs destekli senkron

relüktans motorların alan yönlendirmeli kontrolü için benzer devre

kullanılabilir. Anılan her bir motor

tipi için hazır kontrol paketlerini

içeren ürünleri pazarlayan üretici

firmalar mevcuttur. Yapılması

gereken bu farklı motorlar için

yazılım değişikliği yapılmasıdır.

Farklı motorlar için farklı ara yüzler tasarlanabilir. Algılayıcısız alan yönlendirmeli kontrol ile temel anlamda yapılan işlemler motorların

((aa))

(b()b)

Şekil 6: TasŞaerklailn6m. ış STüa(rsaüa)crülannümnıÜş sStüternüc(üa)nvüenYÜasnttdeann((ab))vGe öYraünndüamnü(b)(bG)örünümü

Şekil 6. Tasarlanmış Sürücünün Üstten (a) ve Yandan (b) Görünümü

herhangi bir algılayıcı kullanmadan

konum ve hız bilgilerinin, ölçülebilen işletme büyüklükleri cinsinden

hesaplanarak kestirilmesi gerekir.

Bu işlem yukarıda isimleri verilen

4 ayrı motor için temel anlamda

özdeş olarak gerçekleştirilebilir.

Mikrodenetleyiciyi üreten firmalar

artık bir denetleyici içine bir-

Şekil 7. (a)Tasarlanan Devre ile Laboratuvar Çalışması (b)Tasarlanan Arayüz

den fazla motorun matematiksel

Örneği

modelini koyabilmektedirler. Bu durum tasarımcı açısından yazılım ortamında motor tipini seçerek matematiksel modelin doğrudan yüklenmesi kolaylığını sağlamaktadır. Herhangi bir bilgisayardan DSP

Şekil 7. (a)T(aas)arlanan Devre ile Laboratuvar Çalışmas(ıb()b)Tasarlanan Arayüz Şekil 7: P(ar)oTjeaYsaürrlaüntüacnüDsüev:rYeridle. DLoaçb.oDrar.tuDvearryÇaÖaAlrhışnmmeeğatisKı (obc)aTbaşsarlanan Arayüz Örneği

Proje Araştırmacıları:Araş. Gör. Mehmet Onur Gülbahçe, Araş. Gör. Ahmet

PKroujebiYlaüyrPüArtüotacjüleasyüY,:üAYrrrdüa.ştDü.Gocçöü. rDs.ürG. :DöYekrhyraadnA. hDAmoletçıtn.KtDoacşra.bDaşerya Ahmet Kocabaş Proje AraşPPtırrromojjaeecÇıAlaarrlıaı:şşAatrnıarşl.maGraöı:rc.BıMlauehrramı:keAtGOraönşru.drGüGküö,lrbB.ahMuçreçe, hAÖrmazşed. GtemOör.inrAu,hrHmGaetküKalunbbaİilhnayçcAeet,sauAlayr,aAşr.aşG.Göörr.. GAöhkhmaneAt ltıntaş PÖKrdouüjelb:iÇElaaMlyÖıOşAadİnüstltalaalnr:aıby:Eu,BlMuAŞruOarbkaeİşGss.itG,öa1rnöd1üb.rB.ku,iGltBiŞröumurkçbehÖePasrzniod,jeAe1ms1liitÖ.rı,nBdHtüiaatllkşierarmni,İeYnacPreırsşoumjeas1i.’Ösi dülleri, Yarışma 1.’si

Proje Çalışanları: Burak Gördük, Burç Özdemir, Hakan İncesu

Ödül : EMO İstanbul Şubesi, 11. Bitirme Projesi Ödülleri, Yarışma 1.’si