Rotor direncinin uyarlanmasıyla asenkron motorun hız algılayıcısız alan yönlendirmeli denetimi

Abstract

Son yıllarda, alan yönlendirmeli asenkron motor tahrik sistemleri, yüksek performanslı hız ve servo uygulamalarında çok kabul gördü. Bu uygulamalarda, motor hız' bilgisi gerekli olduğu için, hız algılayıcıları kullanıldı. Ancak ne varki, maliyeti yüksek olan hız algılayıcıları, sistemin basitliğini ve sağlamlığını bozmakta? elverişsiz ortamlarda ve yüksek hızlı tahrikte kullanılmamaktaydı. Bu nedenle, çeşitli hız algılayıcısız vektör denetim teknikleri geliştirildi. Bu tekniklerin kötü yanı, rotor direnç değişimlerinin, motor hızının kestiriminde hataya sebebiyet vermesidir. Dolayısıyla, motor hızının ve rotor direncinin eşzamanlı olarak kestirilmesi gerekir. Bu ise, bir hayli zordur. Bu tezde, "Adaptif Kontrol Teori"ye dayalı, uyumlu akı gözlemleyici kullanılarak, motor hızının ve rotor direncinin eşzamanlı olarak tanımlandığı bir yöntem tanıtılacaktır. Ayrıca, rotor direnç uyarlanmasını motor hız kestiriminden arıklaştırmak için, yeni bir rotor direnç:. Uyumlu şeması sunulacak.- Asenkron motorun ve uyumlu gözlemleyicinin bilgisayar benzetimi >u.rıı.la.ca>tır.

The main aim of this thesis is to study speed sensorless Field-Oriented Control of Induction Motor with rotor resistance adaptation. Furtherraore, the. dynamic behaviours of tne1inauctiun motor ana'-duaptıve f"lux otoserver will be simulated using a Simrılink program. in the past de motors were used extensively in areas where variable-speed operation was reguired, since their flux and torgue could be controlled easily by the field and armatüre current. in particular, the separetely excited de motor has been used mainly för applications where there was a reguirement of fast response and four- quadrant operation with high performance near zero speed. However, de motors have.certain disadvantages, which are. due to the existence of the commutator and the brushes. That is, they reguire periodic maintenance; they cannot be used in explosive ör corrosive environments and they have limited commutator capability under high-speed, high-voltage operational conditions. These problems can be overcome by the application of indüetion.motors, which can have simple and rugged structure, high main- tainability and economy; they are also robust and immune to heavy overloading. Their small dimension compared with de motors allows aç motors to be designed with subs- tantially higher output ratings för low weight and low rotating mass. However, its applications were limited by the complexity and the difficulty of its control. With the advance of semiconductor technology (po- wer and digital electronics), vector control techıiigues incorporating fast microprocessors have made possible the application of induction motor drives för high per¬ formance applications where tradionally only de drives were applied. The vector control methods are ali based on "The Principle of Field Orientation", first introduced by F.Blaschke. The objective of field orientation is the decoupled control of the flux-and toraue-producing com- ponents of the stator currents, which is similar to cont- rolling the field and armatüre currents in the separa- tely excited de machine. - TT-Î « ÖZET Son yıllarda, alan yönlendirmeli asenkron motor tahrik sistemleri, yüksek performanslı hız ve servo uygulamalarında çok kabul gördü. Bu uygulamalarda, motor hız' bilgisi gerekli olduğu için, hız algılayıcıları kullanıldı. Ancak ne varki, maliyeti yüksek olan hız algılayıcıları, sistemin basitliğini ve sağlamlığını bozmakta? elverişsiz ortamlarda ve yüksek hızlı tahrikte kullanılmamaktaydı. Bu nedenle, çeşitli hız algılayıcısız vektör denetim teknikleri geliştirildi. Bu tekniklerin kötü yanı, rotor direnç değişimlerinin, motor hızının kestiriminde hataya sebebiyet vermesidir. Dolayısıyla, motor hızının ve rotor direncinin eşzamanlı olarak kestirilmesi gerekir. Bu ise, bir hayli zordur. Bu tezde, "Adaptif Kontrol Teori"ye dayalı, uyumlu akı gözlemleyici kullanılarak, motor hızının ve rotor direncinin eşzamanlı olarak tanımlandığı bir yöntem tanıtılacaktır. Ayrıca, rotor direnç uyarlanmasını motor hız kestiriminden arıklaştırmak için, yeni bir rotor direnç:. Uyumlu şeması sunulacak.- Asenkron motorun ve uyumlu gözlemleyicinin bilgisayar benzetimi >u.rıı.la.ca>tır. SUMMARY SPEED SENSORLESS FIELD-ORIENTED CONTROL OF INDUCTION MOTOR WITH ROTOR RESISTANCE ADAPTATION The main aim of this thesis is to study speed sensorless Field-Oriented Control of Induction Motor with rotor resistance adaptation. Furtherraore, the. dynamic behaviours of tne1inauctiun motor ana'-duaptıve f"lux otoserver will be simulated using a Simrılink program. in the past de motors were used extensively in areas where variable-speed operation was reguired, since their flux and torgue could be controlled easily by the field and armatüre current. in particular, the separetely excited de motor has been used mainly för applications where there was a reguirement of fast response and four- quadrant operation with high performance near zero speed. However, de motors have.certain disadvantages, which are. due to the existence of the commutator and the brushes. That is, they reguire periodic maintenance; they cannot be used in explosive ör corrosive environments and they have limited commutator capability under high-speed, high-voltage operational conditions. These problems can be overcome by the application of indüetion.motors, which can have simple and rugged structure, high main- tainability and economy; they are also robust and immune to heavy overloading. Their small dimension compared with de motors allows aç motors to be designed with subs- tantially higher output ratings för low weight and low rotating mass. However, its applications were limited by the complexity and the difficulty of its control. With the advance of semiconductor technology (po- wer and digital electronics), vector control techıiigues incorporating fast microprocessors have made possible the application of induction motor drives för high per¬ formance applications where tradionally only de drives were applied. The vector control methods are ali based on "The Principle of Field Orientation", first introduced by F.Blaschke. The objective of field orientation is the decoupled control of the flux-and toraue-producing com- ponents of the stator currents, which is similar to cont- rolling the field and armatüre currents in the separa- tely excited de machine. - TT-Î « ÖZET Son yıllarda, alan yönlendirmeli asenkron motor tahrik sistemleri, yüksek performanslı hız ve servo uygulamalarında çok kabul gördü. Bu uygulamalarda, motor hız' bilgisi gerekli olduğu için, hız algılayıcıları kullanıldı. Ancak ne varki, maliyeti yüksek olan hız algılayıcıları, sistemin basitliğini ve sağlamlığını bozmakta? elverişsiz ortamlarda ve yüksek hızlı tahrikte kullanılmamaktaydı. Bu nedenle, çeşitli hız algılayıcısız vektör denetim teknikleri geliştirildi. Bu tekniklerin kötü yanı, rotor direnç değişimlerinin, motor hızının kestiriminde hataya sebebiyet vermesidir. Dolayısıyla, motor hızının ve rotor direncinin eşzamanlı olarak kestirilmesi gerekir. Bu ise, bir hayli zordur. Bu tezde, "Adaptif Kontrol Teori"ye dayalı, uyumlu akı gözlemleyici kullanılarak, motor hızının ve rotor direncinin eşzamanlı olarak tanımlandığı bir yöntem tanıtılacaktır. Ayrıca, rotor direnç uyarlanmasını motor hız kestiriminden arıklaştırmak için, yeni bir rotor direnç:. Uyumlu şeması sunulacak.- Asenkron motorun ve uyumlu gözlemleyicinin bilgisayar benzetimi >u.rıı.la.ca>tır. This thesis consists of four chapters. In previ ous parts of the study, the fundamentals of principle of field orientation and the modelling of induction machine are expressed. The general remarks of each chapter are presented as follows: The first chapter explains the general approach of the thesis and the historical development of the met hod of vector. Morever, this chapter reviews the avaible literature about speed sensorless control. The second chapter introduces induction motor models for drive applications. It starts with the phase- variable model of induction motor. After that, it defi nes the space phasor model and d-q model of induction motor. On the other hand, it deals with the fundamentals of induction machine vector control. Added to this, the rotor-flux oriented control of induction machines is introduced in both direct and indirect methods. The third chapter reviews the different speed sensorless techniques. In this section, it will be empha sized that the elimination of speed sensors is one of the important requirements in vector control system. Furthermore, this section presents a method of identify ing simultaneously the motor speed and the rotor resis tance using adaptif flux observer. In fourth chapter,^ the dynamic behaviours of induction -motor anJ adaptive observer is examined, by the computer simulation. In the last chapter, the results obtained through out the thesis are given and final comments are made.