Alçaltıcı/Yükseltici Dc/Dc/Ac Eviricilerle Yüksek Performanslı Anahtarlamalı Relüktans Motoru Sürücü Sistemi Tasarımı Ve Gerçeklemesi

Abstract

Anahtarlamalı relüktans motorları (ARM) 1800?lü yılların ortalarında keşfedilmesine rağmen, 1960?lı yıllarda yarı iletken anahtarların icat edilmesine kadar potansiyeli anlaşılamamış makinalardır. Modern yarı iletken teknolojisinin icadı ve gelişmesi ile birlikte ARM?lerin kullanımı yaygınlaşmıştır. ARM?ler basit yapıları, düşük üretim maliyetleri ve sağlamlıklarından dolayı birçok uygulamada tercih edilmişlerdir. Geleneksel olarak ARM, her bir faz için iki yarı iletken anahtar ve iki diyot kullanılarak oluşturulan sürücülerle sabit giriş gerilimi işlenerek, sırasıyla fazlar enerjilendirilmektedir. Faz sargılarındaki akımın enerjilendirilme esnasında yükselme süresi ve enerji kesildiği durumdaki akımın azalma süresi DC bara voltajına bağlıdır. Bu durum uygulamalarda enerjilendirme süresinin akımın sıfıra gitme süresi de göz önüne alınıp kısa tutulmasına, dolayısıyla komütasyon esnasında düşük tork üretimine, yüksek tork salınımına ve ortalama tork üretiminde azalmaya sebep olmaktadır. Bu projede, geleneksel sürücü topolojisinden farklı olarak ARM, bir DC/DC dönüştürücü ve tek fazlı bir tam-köprü evirici yardımı ile ideale yakın bir enerjilendirme akımı oluşturularak ARM daha yüksek performans ile kontrol edilmesi sağlanmıştır. Projede önerilen ARM sürücüsü her bir fazı bir DC/DC dönüştürücü ve bir tam-köprü evirici içeren modüler yapılı sürücülerden oluşmaktadır. Önerilen sürücü yapısını geleneksel ARM topolojilerinden ayıran özelliği DC/DC dönüştürücü devresidir. Burada makinanın faz sargılarının ihtiyaç duyduğu akım dalga şekli DC/DC dönüştürücü ile sağlanmaktadır. Tork üretiminin pozitif olabilmesi için stator ve rotor kutuplarının tam hizalandığı andan kısa bir süre önce negatif gerilim uygulanarak, faz akımının hızlı bir şekilde kesilmesi gerekmektedir. Bu durumda ise gerilim önerilen devredeki tam-köprü devresi yardımıyla tersine çevrilerek ve DC/DC dönüştürücünün çıkış gerilimi en yüksek seviyesine getirilmek suretiyle akımın hızlı şekilde sıfıra inmesi sağlanmıştır ve böylelikle makinanın performansı artmıştır. sadece DC/DC çevirici katında yüksek frekanslı anahtarlama olduğundan anahtarlama kayıplarının azalarak ve geleneksel topolojiye göre daha yüksek verim sağlanmıştır. Önerilen sürücü sisteminin AC motorların sürücüleri olarak yenilenebilir enerji sistemlerinde ara yüz elemanı olarak uygulanabilir olması, arıza giderme zamanında önemli ölçüde azalmaya neden olarak üretimdeki sürdürülebilirliğin artırılmasına destek olacağı öngörülmektedir.

Despite the fact that the switched reluctance machines (SRM) were invented in the mid-1800s, their potential was not realized until the invention of power semiconductor switches in the 1960s. Starting with the invention and development of the semiconductor technology, SRMs became widespread in industrial applications. Their simple structure, low manufacturing cost, and ruggedness made them a viable solution for many applications. Traditionally, an SRM is driven with the drives that two semiconductor switches and two diodes for each phase to process the constant DC bus voltage and excite the phases respectively. The rise and fall time of the phase currents are mainly dependent on the DC bus voltage. This results in a shorter excitation time by considering the current fall time; therefore, torque ripple is increased, and the total torque production is reduced. In this project, the objective is to develop an SRM drive, unlike the conventional SRM drives the proposed SRM drive controls the phase voltages with current controlled DC/DC converters to regulate the required excitation current and change its polarity with a full-bridge inverter. Each phase of the proposed SRM drive is formed as modular single-phase driver that consists of a DC/DC converter and a full-bridge inverter. The main feature that differentiates the proposed drive from the conventional drive is the DC/DC converter that controls the excitation current by bucking and boosting its output voltage. In order to generate positive torque, it is required to rapidly bring the phase current to zero just before the complete alignment of the rotor and stator poles by applying negative voltage. In this case, the full bridge inverter changes its polarity and DC/DC converter`s output value is boosted to bring the current to zero in the fastest way. Therefore, not only the machine performance is improved. Moreover, the switching loss is reduced by having high frequency switching only on the DC/DC converter stage, which will increase the total efficiency of the system. It is foreseen that the proposed SRM drive will lead to the possible AC motor drive and renewable energy developments, which will reduce the downtime significantly and support sustainability.