Field Oriented Control of 3-Phase AC-Motors

[z]

3 fazli asenkron motorlarin hiz denetiminde populer bir teknik olan vektor kontrol konusunu  cok merak ediyorum, bir iki  kitap satin aldim, internette pek cok site buldum inceledim ve anlamakta zorluk cekip havluyu coktan attim.

Bu konuda soru cevap seklinde tartismaya katilip elleri opulecek birisi  varmi?

[salim ALTIN]

Merhaba.
Dostum vektör kontrol şu:
Bir asenkron elektrik motorunun rotorunda sincap kafes, yani kısa devre çubukları vardır. Yani manyetik alan yoktur ilk anda. Sen statorda dönen bir manyetik alan oluşturursun.( frekans) Bu manyetik alanın miktarını ayarlarsın (voltaj) Ancak bunu yaparsan Rotorda manyetik alan oluşur. Motorun dönebilmesi için bu olmak zorundadır. Fakat bu oluşmaya başlayınca rotor yüke bağlı olarak dönmeye başlar. Statorda oluşturduğun Döner manyetik alan hızına (frekans miktarı) ve voltaj miktarına göre rotorda bir manyetik alan oluşacağına göre( V/F) rotorda oluşan manyetik alan rotor dururken daha fazla, rotor dönmeye başlayıp statordaki döner manyetik alan ile arasındaki hız farkını kapattıkça ( stator döner man. alan. dönme hız - rotor hızı) rotorda, stator tarafını kontrol ederek oluşturduğun manyetik alan miktarı azalır. Manyetik alan azalınca rotora uygulanan döndürme kuvvetide azalır. (Kayma) Kuvvet azalınca rotor hızı düşer. Rotor hızının düşmesi manyetik alanın rotora etkisini arttırır ve bu döngü yüke bağlı olarak bir dengede kalır.( Kayma yüklendikçe artar)

[salim ALTIN]

Hız kontrol işinde istenen yük değişimlerinde sistem cevabının her zaman aynı kalmasıdır. Yani değişken yüklerde mesela hızlanma zamanı 2 saniye ise 5.5 KW lık bir motor yüksüz iken buna nasıl cevap veriyorsa yüklü ikende aynı sürede aynı cevabı vermesi beklenir. Ama V/F ayarı ile çalışan bir sürücüde Voltaj ve frekansın  değişim oranları sabittir. (kayma kontrolü bu oranı yüke bağlı olarak otomatik değiştirir ama maximumda %10 geçmez bu oran)  Bu oranlar motor yükü değişince değişmez. Ancak kullanıcı insiyatifi ile değişir. İşte bu işin otamatik yapılması VEKTÖR KONTROL dür........
Evet arkadaşlar açalım konuyu.... :lol:

[Veli B.]

Doğru anladı isem;
Statörde olşturacağımız f doğrudan hızı ve stabiliteyi, v ise torku ayarlıyor.
Rotor statörün oluşturduğu manyetik dalgaya uyum sağlamak isteyip aynı hıza geldiğinde, uyum sağlamak isteyeceği dalga kalmamış oluyor çünki o dalga zaten kendi hızı ama bu etkinin kaybolması ile birlikte yükün etkisi ortaya kendisini çıkarıyor ve tekrara aşağıya çekiyor.Aşağıya çekilirken yine bu dalga farkı ortyaya çıktığı için dalga yukarı asılıyor ve bir nevi PID şeklinde stabil kalmaya çalışıyor.Bu dalganın süratini F ile gücünü ise V ile ayarlıyoruz!!!
Doğru mu?

[sezgin05]

Frekans değişimlerine statorun endüktif reaktansı nasıl tepki veriyor.Örneğin düşük frekans değerinde stator fazla akım çekmeyecekmi? Yada bu durumda otomatik olarak voltajda mı düşecek? Düşerse tork düşmüş olmazmı?Hassas bir otokontrol var galiba...

[salim ALTIN]

Merhaba.
evet katana tesbitin doğru. ama rotor hızının stator döner manyetik alan hızına yetişmesi hatta daha hızlı dönmesi de mümkün bazen. işte o zaman yani rotor daha hızlı olduğunda rejeneratif çalışma mümkün olur ve sürücünün kondansatörleri yani DC bara voltajı tehlikeli seviyelere kadar yükselir. Bu nedenle frenleme direnci diye bu enerjiyi yok etmek için bir düzeneğe ihtiyaç duyulur.Bütün cihazlarda bunun klamensi vardır.

[salim ALTIN]

Frekans değişimlerine statorun cevabı tamamen elektrik formullerinde olduğu gibi. yani formülü yaz sonra değişen değerleri yerine koy sonuç herşeyi söyler zaten. Dolayısı ile V/F denilmesinin sebebi bu. Formüllerdeki sonuçların mantıklı olacağı sonuçları sağlayıncaya kadar değişkenler ayarlanmalıdır.(HANİ BAŞKA KATILIM ARKADAŞLAR BİZ BU ÜÇ ARKADAŞLA ÖZELDE MESAJLAŞIRIZ YA....)

[aster]

dostlar bir şeyler hazırlıyorum ama resimli olmasını istedim ki
arkadaşlar bir şeyleri anlasınlar
mesela 3-5 mosfet patlatmadan bu işi yapmak imkansızlığı gibi
ilk önce hükmedeceğiniz aletin yapısını iyi bilmekte fayda var
aksilik işlerde bir birini dürtüyor ve bu çalışmama engel oldu
en kısa zamanda bir şeyler sunmak umuduyla  
bu işi ne kadar bilinçli yaparsak o kadar kalıcı olacak kanısındayım
hatta siemens'in A dan Z ye drv kitapçığını hatim etmeye çalışıyorum
elimdeki dökümanları burada sizlere verip tartışmak istiyorum
bende sayenizde bir şeyler öğreneceğim için mutluyum

[z]

Konu ile ilgilenilmesi beni çok mutlu etti.

Bir asenkron motorda doner alanin hizi sebeke frekansina ve makinanin
kutup sayisina bagli.

Rotor doner alan etkisinde kalinca  trafo sekonderi misali kisa devre cubuklarinda enduklenen voltajdan dolayi akim akitacak bu akimin olusturdugu alan ile doner alanin etkilesimi sonucunda da itme kuvveti olusacak ve rotor hareket etmeye baslayacak.

Rotor hizi ile doner alan hizi biribirine esit olmadigi surece rotorda voltaj enduklenecek  ve rotor hareketi saglanacak. Rotor hizi ile doner alan hizi arasindaki fark kaymayi belirleyecek.

Doner alan hizi, kutup sayisi sabit olduguna gore sadece sebeke frekansina baglıdır.

Rotorda uretilen tork da rotor akimina ve kaymaya bagli.  Yani sebeke voltajina ve kaymaya bagli. Kaymayi da etkileyen ana faktorlerden birisi motora bagli yuk.

Klasik V/F converterlerinde V/F orani sabit tutuldugu surece motorun devir sayisi motora zarar vermeden ayarlanabiliyordu. Ancak uygulamada hantal kaliyordu. (DC motor gibi atak bir davranis gosteremiyor)

Asenkrom motorun DC motor gibi atak davranmasi icin Vektor kontrol gelistirilmis.

Vektor kontrolda, gerilim ve frekans bagimsiz  kontrol edilmektedir.

Ornegin 50Hz de 380V da calisan motor 25Hz de 190V da calistirildiginda
1/2 devir oraninda ayni akimi cekerek donmeye devam edecektir.

Motor akimi nominal degerlerin ustune cikartilamaz ve bu max gucu belirler. (cosfi sabit kabul edilirse, tabiki sabit değil)

Motor gucu  Vnom * Inom * cos fi bagintisi ile hesaplanacaktir.

Motorun sebeken cektigi  guc V ile ayarlanirsa mekanik guc de
ayarlanabilecektir. Motorun devir sayisi ve mekanik guc de torku belirleyecektir.

Simdi iyi o halde motor miline bir sensor baglayalim. Motoru MOS yada benzeri anahtarlama elemanlari ile yapilmis surucuye baglayalim.

Surucuyu pwm uretebilecegimiz bir islemciye baglayalim istenen hiz icin frekansi belirleyelim devir sayisini sensorden okuyalim, motor akimini sont direnclerlen okuyalim bir de yazilim yaziverelim olsun bitsin diyeceksiniz.

Zaten yapilmasi gerekende bunlar.

Peki nasil bir yazilim olacak. If then yazilimi mi?

Yani, motor devrini olc, istenenden kucukmu
kucuk ise frekans bu devir için uygunmu, kucukse artir
frekans uygun peki akim mı az, az o halde akimi artirmak icin motor voltajini artir gibi bir mantik kontrol islerinde ise yaramaz.

Peki ne yapacagiz?

Tabiki matematikten yararlanacagiz.

Bir sistemi klasik kontrol teknikleri ile kontrol edebilmek icin 2 temel sartin olmasi gerekir.

Bunlar

1. Zamanla degismemezlik
2. Lineer davranis

Malesef asenkron motorlar zamanla degisim gosteren karakterdedir.
Rotorun donmesi sonucu rotor ile sekonder arasinda etkilesim olmakta ve ortak enduktanslar rotor posizyonuna bagli olarak degismektedir.(?)

Bu nedenlede klasik kontrol isimize yaramamaktadir.

Motor akimlari olculdukten sonra matematiksel bir donusum yapilmakta
(bu dunya dan baska bir dunyaya gecilmekte) donusum sonrasinda artik zamanla degisim olmamakta, motor akimlari ve alan posizyonu uzerinde artik klasik kontrol teknikleri yapilabilmekte islem bittiginde tekrar ters bir donusum ile gercek dunya akimlari (duzeltici kumanda sinyalleri) hesaplanmakta ve pwm olusturulup motor surucuye uygulanmaktadir.

Burada sozu edilen matematiksel donusumler Clarc-Park donusumu olarak
bilinmektedir.

Benim sozunu ettigim ve anlamakta corluk cektigim nokta donusumlerde basliyor ve devam ediyor.

Vektor Kontrol teknigi ile asenkron motorlari kontrol eden bir islemci
iceride surekli denklemler cozmektedir. Bu nedenle bu denklemleri bilmeden anlamadan PIC le hic bir sey yapamayiz.

Ha birisi oturup vector kontrol icin pice program yazmis sonrada al bunu kullanin demisse ve size bu yeterli oluyorsa o zaman bu konuya fazla kafa yormanin anlami yok.

Vektor kontrolu kisaca yarim belkide  yanlis bilgilerimle izah etmeye calistim. Bir an once acligimi gidermek yemek bekliyorum.

[sezgin05]

motor akimini sont direnclerlen okuyalim

Bunalmış usta bu kadar işin içinde küçük bir dil sürçmesi oldu galiba...
Akım ölçerken seri direnç kullanılmalı çünkü.

Konuyla biraz ilgili olduğunu düşünerek Arçelik Direckt Drive teknolojisini hatırladım. Bildiğiniz gibi kayış kullanılmadan yapılmış fırçasız bir devir ayarlı asenkron motor sistemi var.Ondada yine devir ve tork ayarlı ve çok sessiz.

[z]

Oncelikle daha onceki yazimda ki buyuk bir eksikligi giderecegim.

Motorun tork ifadesine akimlarin carpimi gelmekte, yani motor lineer bir sistem olmamakta dolayisi ile asenkron motor hem lineer değil, hemde zamanla parametereleri degisen bir sistem oldugu icin klasik kontrol yontemleriyle asenkron motoru kontrol etmek mumkun olmuyor.

Aslinda akimini  sont direnclerden okuyalim cumlesini cok sik kullanmam ama oyle deniyor diye aklimda aklmis. Dil surcmesi değil.

Sontlemek paralel baglamak ama neden boyle deniyor bilmiyorum.
Belki de ben bu tabiri yanlis kullaniyorum.

Yoksa akim, tabiki motor yoluna seri bagli direnclerden okunacak.

Direct Drive teknolojisinde yuk ile motor arasinda mekanik kayiplara ve titresime dolayisi ile ses uretimine neden olan  disli, vida, kayis vs hic bir ara parca olmuyor.

Motorun (yukun) Hizlanma ve yavaslamasi esnasinda uygun devir ve tork evet bu teknikle kontrol altinda tutuluyor.

Bu teknik olmasaydi motor sebeke ile bulustugunda hurra tam gaz donmek isteyecek, yuk buna engel olacak asiri akimlar cekilecek, burulmalar vs olacakti.

Isin ilginci vektor kontrol ilk kez 1968 Yilinda Haase, 1970 de Blaeschke tarafindan formulize edilmis yani bayagi bir eski teknik ancak  guc yariiletkenleri ve islemci teknolojisindeki gelismeler  ardindan uygulanmaya gecilmis.

Aseknron motorlar ve vektor kontol icin kitap adi vermek istiyorum.

Elektrik Makinalarinin Temelleri
Asenkron Makinalar Prof. Dr. Kemal Sarioglu

The Field Orientation Princible in Control of Induction Motors.
Andrzej M. Trzynadlowski.

[salim ALTIN]

merhaba.  
Bunalmış şönt ismini kullanman meslekte eski olduğunu gösteriyor sanırım. Çünki döner bobinli ölçü aletleri ile akım okumak istediğinde devreye ayarlı bir direnç ŞÖNT takılır.

Arçeliğin direct drive ı asenkron motor değil  BLDC  fırçasız dc motor. orada hız kontrolü ve sürme çok farklı. buradaki konunun dışında.

[salim ALTIN]

Peki arkadaşlar o bahsi geçen kitaplarda vektör kontrol için nasıl bir yöntem kullanın diyor ? ben yıllardır hiçbir dergide vektör kontrol makalelerinde işe yarar bir kelime bulamadım. herkes ser verip sır vermiyor. Aslında yanlız konunun teorisini anlatıyorlar ama pratik yok. Çünki pratiği anlatırlarsa kolayca herkez yapar.Neyse konuya dönelim.

Vektör kontrol yapmak için Vektör kontrolü tam anlamamız gerekir.V/F te motor bizden ne istiyor diye bakmadan biz ne üretiyorsak motora onu veriyoruz. Motorun tepkisini beğenmezsek o zaman PWM in darbe boşluk oranını değiştirip voltajı arttırıyor veya azaltıyoruz. ana bu değişim yine sabit kalıyor. Öyle ise Vektör kontrolde bu işi otomatik olarak sistem yapacaksa bize geri besleme lazım. YANLIZ KAPALI ÇEVRİM VEKTÖR YAPMAK KOLAY MOTORUN ARKASINA TAKO YADA ENKODER BAĞLAYIP. ek bir devre yapıp normal V/F çalışan bir inverteri bile vektör gibi çalıştırmanız mümkün kapalı çevrimde. Burada önemli olan açık çevrim çalışan sistemi vektör kontrol olarak çalıştıra bilmek.

[salim ALTIN]

Aslında dikkatli okuyuculara yukarıda bir ip ucu verdim.Vektör kontrol mantığı ile ilgili. ama sonra açarız.
Mademki sistem otomatik olarak V/F in başaramadigi bazı şeyleri yapacak o zaman bazı bilgilere ihtiyacı olacak demektir. matematiğe dökmeden önce sistemin kendi üzerinden temin edeceği bu bilgileri bir listeleyelim önce. Ama listeye sizde katılın.
1- Motorun çektiği akım bilgisi. Bu bilgi DC baradan çekilen değil direk motor fazlarından çekilen, 3 faz akımda olmalı. Fakat Hiç dikkat ettinizmi vektör inverterlerde yanlız iki fazın akımını okurlar. NİYE...?

[Veli B.]

Bu konu ölümcül bir nokta ve sanırım pekçoğumuzun ilgisini ciddi derecede çekecek.Cevaplar ise 1 den fazla sayfaya yayılacak ve dağılacak.Üstatlar bunu bir makale haline getirebilirse, çok güzel ve etkili bir kaynak olacaktır. :idea:
Şimdiden, hiçbir yerde bulamadığım bilgilere ulaşabildim.Hepinize teşekkürü bir borç bilirim.
Teşekkürler...