Sabit mıknatıslı senkron motor (PMSM) için alan zayıflatma kontrolü geliştirin
Alan zayıflatma veya akı zayıflatma, bir elektrik motorunun hızını, azaltılmış tork pahasına, değerinin üzerine çıkarmak için kullanılan bir tekniktir. Alan zayıflatma, düşük tork kabul edilebilir olduğunda daha yüksek motor hızına ulaşmak için otomasyon uygulamalarında motor kontrolü ve elektrikli araçlar ve lokomotifler için motor kontrolü için kullanılır.
Sabit mıknatıslı senkron motor (PMSM), yüksek güç yoğunluğu, yüksek hızı ve hızlı dinamik yanıtı nedeniyle bu uygulamalarda popülerdir. Ancak, stator terminal gerilimi sürücü çıkış limitine ulaştığında PMSM hızı sınırlanır. Bu nedenle, bir PMSM, şaft hızını tasarım derecesinin üzerine çıkarmak için alan zayıflaması gerektirir. Daha yüksek motor hızı elde etmenin bir yaklaşımı, rotor mıknatısları tarafından üretilen manyetik hava aralığı akısına karşı stator d- ve q-eksen akımlarını manipüle etmek için invertör güç elektroniğini düzenlemektir.
Alan zayıflatma kontrolü, kalıcı mıknatıslar, λpm ile ilişkili ortaya çıkan hava aralığı akı bağlantısının etkisini azaltarak, ortaya çıkan d ekseni akısının, λd azaltılmasını içerir. Bu, aşağıda Şekil 1’de gösterildiği gibi mıknatıslayıcı d-ekseni stator akımının bileşenini PMSM’de negatif sürerek yapılır.
Şekil 1 Ortaya çıkan d ekseni akısının vektör gösterimi, λd
Şekil 2’deki tork hızı karakteristik eğrisi, motorun geri EMF’sinin (stator voltajı) motor hızıyla orantılı olarak arttığını göstermektedir. Bu davranış, alan yönelimli kontrolün (FOC) motoru düzenlemenin kabul edilen bir yolu olduğu PMSM’nin sabit tork bölgesinde meydana gelir. Ancak hız artmaya devam ettiğinde uygulanan gerilim maksimuma ulaşır ve ters EMF gerilimi uygulanan gerilimi aşarak motor hızının yükselmesini engeller. Motor hızını taban hızının üzerine çıkarmak için, tork ve motor hızının ürünü olan sabit bir çıkış gücü korunurken alan zayıflatma modu kullanılır. Alan zayıflaması sırasında motor, azaltılmış maksimum tork pahasına mevcut maksimum voltajda daha hızlı dönebilir.
Şekil 2 PMSM’lerin tork ve hız karakteristiği
Şekil 3, stator akımları (id, iq) düzleminin sol tarafında gerilim limiti elipsi ile akım limiti çemberinin kesişimi olarak alan zayıflatma kontrol işlemini göstermektedir.
Şekil 3 Bir PMSM’nin gerilim ve akım limiti
Alan zayıflamasını anlamak için, mevcut vektör yörüngeleri, alan zayıflama bölgesi OABC’yi sınırlayan yörüngeler kullanılarak değerlendirilebilir. OA boyunca Yörünge I, amper başına maksimum tork (MTPA) eğrisidir; burada MTPA, mevcut vektör yörüngesini OA eğrisine uyacak şekilde manipüle ederek elde edilebilir. Yörünge II, A’dan B’ye akım limit dairesini takip eder. Akım limiti, DC bara ve güç elektroniğinin kısıtlamaları ile tanımlanır. Yörünge III, volt başına maksimum tork (MTPV) eğrisi olan BC boyunca derin alan zayıflamasını temsil eder. MTPV çalışması sırasında motor, DC barası tarafından sınırlanan gerilim kısıtlama elipsi içinde izin verilen maksimum hız ve torku üretir. Geçici tork tepkisinden bağımsız olarak, optimize edilmiş alan zayıflatma yörüngeleri veya çalışma noktaları her zaman gri alan içinde yer alır.
Şekil 4, Simulink®’te bir PMSM’nin alan zayıflatma kontrolü için sistem düzeyinde blok diyagramını göstermektedir. Dış hız kontrol döngüsü, MTPA alan zayıflatma kontrol bloğu için bir giriş olarak bir tork komutu üretir. İç akım döngüsü, Clarke ve Park dönüşümlerinden ve bir uzay vektör üretecinden oluşur.
Şekil 4 PMSM alan zayıflatma kontrolüne genel bakış
Motor Control Blockset™, Simulink kullanarak alan zayıflatma kontrolünü uygulamanıza yardımcı olmak için alan zayıflatma kontrolünü ve kod oluşturma dağıtımını gösteren referans örnekler sağlar.
