Daimi Mıknatıslı Motorun Sonlu Elemanlar Yazılımı ile Modellenmesi ve Kontrolü

Abstract

Bu çalışmada mıknatısları yüzeye monteli daimi mıknatıslı (SMPM) senkron motor, sonlu elemanlar tabanlı bir yazılımda modellenmiş ve elde edilen bu modele alan yönlendirmeli kontrol algoritması uygulanarak moment kontrolü sağlanmıştır.

Modellemede 1,5 kW‘lık endüstriyel bir motorun geometrik ve malzeme özellikleri kullanılmıştır. Elde edilen motor modelinin doğrulaması için model simülasyon sonuçlarıyla motora ait elektriksel plaka ve katalog değerleri karşılaştırılmıştır. Endüstriyel motorun sürücüyle birlikte çalışma modeline ulaşabilmek için dört aşama kullanılmıştır.

İlk aşamada, sürücü modelinin kullanılmadığı sonlu elemanlar tabanlı motor modeli simüle edilmiştir. Simülasyon ortamında maksimum dönme momenti elde edebilmek için gerekli olan başlangıç konum açısı bu aşamada belirlenmiştir. İkinci aşamada, motor modeli MATLAB eklenti yazılımı yardımıyla MATLAB/Simulink ortamına aktarılmış ve simule edilmiştir. Üçüncü aşamada ise uzay vektör kontrollü darbe genişlik modülasyonu (PWM) kullanan bir inverter modeli eklenerek motor, modifiye edilmiş gerilim ile simüle edilmiştir.

Dördüncü aşama olarak da PI kontrolör kullanan alan yönlendirmeli kontrol simülasyonu yapılmıştır. Motor tasarım çalışmalarında popüler olan sonlu elemanlar tabanlı modelin, MATLAB/Simulink ortamında kontrol uygulamasının yapılması önemlidir. Bu uygulamada SMPM motorun moment bileşeni olan Iq akımı ile ortalama moment değeri ayarlanabilmektedir. Bu son kontrol uygulaması motor modelinin kontrol edilebilirliğini göstermek adına önemlidir.

İlk üç simülasyonda besleme gerilim genlik değeri ayarlanarak motor plaka değerlerine yakın değerler elde edilmiştir. Ancak motor plakasında verilen 7.16 Nm’lik tam yük momenti 8.3 A rms yerine son simülasyonda 4.5 A rms ile elde edilmektedir. Akımın düşük olmasının nedenleri olarak mıknatısların remenans değerlerinin ve sargı bağlantı yapısının tam tespit edilememiş olmasıdır. Ayrıca bu çalışmada kayıplar dikkate alınmamıştır.

Sürücü yazılımı ile elde edilen yarı yükteki moment-akım değerleri simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca farklı devir ve yükleme koşullarında elde edilen akım, gerilim, konum ve moment eğrileri analiz edilmiştir.