Elektrikli Cer Sürücü Sistemlerinin Modellenmesi, Kontrolü Ve Simülasyonu

Abstract

Elektrikli cer sürücü sistemleri araçlara iletilen ya da araçlarda oluşturulan elektrik enerjisini hareket enerjisine çevirerek araçların hareketini sağlayan sistemdir. Elektrikli sürücü sistemleri genel olarak giriş referansına göre hız ve tork gibi yük parametrelerini gerektiği şekilde kontrol eden sistemlerdir. Elektrikli cer sistemlerinde de bu işlem aracın güç gereksinimini, hareket kabiliyetini, kontrol edilebilirliğini ve benzeri kıstasları göz önünde bulundurarak buna uygun güç katı, motor ve kontrol ünitesi seçimi ile gerçekleştirilir. Güç katı, kaynaktan aldığı gücü, kontrol ünitesinin göndermiş olduğu sinyallere göre, elektrikli cer sürücü sisteminin motorunun girişine uygun olacak şekilde aktarmakla görevlidir. Cer motoru, cer sürücü sisteminin amacı olan elektrik enerjisinin hareket enerjisine dönüştürülmesini sağlayan kısımdır. Elektrikli cer sürücü sistemlerinin kontrolünden sorumlu olan kontrol ünitesi, sensörler ile elde ettiği hız ve akım gibi bilgilerin değerlerini referans değerleri ile karşılaştırarak gerekli sinyalleri güç katına aktarır. Elektrikli cer sürücü sistemlerin istenildiği gibi çalışması için gerekli kontrol algoritmasının gerçeklenmesi için öncelikle sistemin modellenmesi gerekir. Elektrikli cer sürücü sisteminin modellenmesinde temel unsur motor denklemleridir. Modern elektrikli cer sürücü sistemlerinde çoğunlukla asenkron motor tercih edilmektedir. Genel olarak asenkron motorun dinamik denklemlerini çıkarırken faydalanılan iki model vardır. Biri uzay vektörü modeli diğeri ise d-q eksen takımı dönüşümü modelidir. d-q eksen takımı dönüşümü uzay vektör modelinin ilerletilmiş bir halidir. d-q eksen takımı modelinde kompleks sayılar ya da değişkenler kullanmaya gerek kalmamaktadır. DC motor sürücü sistemleri çok iyi dinamik performans göstermektedirler. Bu performansı sağlamalarının temel nedeni stator manyetik alanını ve motorun elektromanyetik torkunu ayrı ayrı kontrol edilebilmesidir. Asenkron motor vektör kontrolünün temel mantığı da stator akımının tork ve akıyı oluşturan iki ayrı elemanla ifade edilerek ayrı ayrı kontrolün sağlanmasıdır. Vektör kontrolü algoritmasında, akı sabit tutulmak üzere tork kendisine ait olan akım elemanıyla kontrol edilmektedir. Tezin son bölümünde elektrikli cer sürücü sistemlerinin SIMULINK ortamında simülasyonu yapılarak tez boyunca verilen modelleme ve kontrol bilgilerinin tutarlılığı gösterilmiştir.

Electrical traction drive systems convert energy that is transmitted to vehicles or generated in vehicles, to motion that allows the movement of electrical vehicles. Electric traction drive systems control the systems according to the input reference such as speed and torque of load. In a electric traction drive system, power stage, motor and control unit is chosen by criteria such as power requirement, ability to move, being controllable. Power stage, according to the signals from the control unit, brings source power to the motor in a appropriate way. Traction engine is the part that is responsible of conversion of electrical energy to the energy of motion. Control unit that is responsible for controlling the electric traction drive systems, gives signals to power stage by comparing reference values and data that comes from current and speed sensors. A model of the electric traction system is required to control the system. In modelling electric traction system, fundamental element is motor equations. Induction motor is generally preferred in modern electric traction systems. In general, there are two models are utilized while the induction motor dynamic equations is obtained. One of them is space vector model and the other is d-q transformation model. d-q transformation model is a extended type of space vector model. In d-q transformation model, there is no need to use complex numbers or variables. DC motor drive systems show very good dynamic performance. The main reason for the dc motor’s good performance is flexibility of controlling stator current and electromagnetic torque separately. In induction machine vector control algorithm, it is aimed to separate stator current to two element that one of them is responsible for torque control and the other one is responsible for flux control. In vector control, while flux is kept constant, torque is controlled by its stator current element. In the last part of the thesis, there is a simulation of electric traction drive system on SIMULINK simulation environment to justify model and control algorithm.