THE SIMULATION OF HYSTERESIS DIRECT TORQUE CONTROL OF PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS MOTOR

Abstract

In parallel to the recent developments in microprocessors technology and production of strong magnets the interest on Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) increases continuously. With the use of PMSM it is now possible to work in a wide speed range in direct excitation systems. PMSM are widely used in different areas like elevators, electrical vehicles, pumps and space technology. In Direct Torque Control (DTC), one of the vector control methods of PMSM stator flux, rotor flux and torque are directly controlled using a suitable switching strategy for the inverter. Using DTC, a better dynamic response and a flexible control is obtained in variable speed applications in driver systems with respect to the other control methods. DTC is realized in two ways namely hysteresis and space vector modulation. In this study, the simulation of hysteresis DTC of PMSM is generated with Matlab/Simulink. According to the results obtained, it is observed that in the case that hysteresis DTC is used for the control of PMSM, a good dynamic response and flexible control can be obtained for variable load states in a wide speed range.

Keywords

• Permanent Magnet Synchronous Motor, Direct Torque Control, Hysteresis Bandwith, Voltage Source Inverter, Fast Torque Response,

SABİT MIKNATISLI SENKRON MOTORUN HİSTEREZİS DOĞRUDAN MOMENT KONTROLÜNÜN BENZETİMİ

Abstract

Güçlü mıknatısların üretilmesi ve mikroişlemci teknolojisindeki gelişmelere paralel olarak Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlara (SMSM) olan ilgi giderek artmaktadır. SMSM`lerin kullanılmasıyla birlikte doğrudan tahrik sistemlerinde geniş bir hız aralığında çalışma imkanı sağlanmıştır. SMSM`ler günümüzde asansörler, elektrikli araçlar, pompalar, uzay teknolojileri vb. birçok alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. SMSM`lerin vektör kontrol yöntemlerinden olan Doğrudan Moment Kontrolünde (DMK) stator akısı, rotor akısı ve moment, inverter için uygun bir anahtarlama stratejisi kullanılarak doğrudan kontrol edilmektedir. DMK`nın kullanılması ile sürücü sistemlerde değişken hız uygulamalarında diğer kontrol yöntemlerine göre daha iyi bir dinamik cevap ve esnek bir kontrol elde edilmektedir. DMK, Histerezis ve uzay vektör modülasyonlu olmak üzere iki şekilde gerçekleştirilir. Bu çalışmada SMSM`nin histerezis DMK`sının Matlab/Simulink benzetimi yapılmıştır. Elde edilen sonuçlardan SMSM`nin kontrolü için histerezis DMK`nın kullanılması durumunda geniş bir hız aralığında değişken yük durumları için iyi bir dinamik cevap ve esnek bir kontrolün elde edileceği görülmüştür.

Keywords

• Sabit Mıknatıslı Senkron Motor, Histerezis doğrudan Moment Kontrolü, Histerezis Bant Genişliği, Gerilim Kaynaklı İnverter, Hızlı Moment Cevabı,

References

1. Duru, H.T. ve Demiröz, R., (2008). Doğrudan Tahrikli Asansör Sistemlerinde Kullanılan Mıknatıs Uyartımlı Senkron Motorların Çalışma ve Boyutlandırma İlkeleri, Asansör Sempozyumu, İzmir.
2. Özçıra, S., Bekiroğlu, N. and Ayçiçek, E., (2008). Speed Control of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Direct Torque Control Method, IEEE International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM 2008), p. 268-272,Italy.
3. Adam, A.A., (2007). Sabit Mıknatıslı Senkron Motorda Moment Dalgalanması ve Gürültünün Azaltılması, Doktora Tezi, Yıldız Teknik Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul.
4. Swierczynski, D., (2005). Direct Torque Control with Space Vector Modulation (DTC-SVM) of Inverter-Fed Permanent Magnet Synchronous Motor Drive, Doctor of Philosophy, Warsaw University of Technology, Warszawa.
5. Öztürk, S.B., (2008). Direct Torque Control of Permanent Magnet Synchronous Motors with Non-Sinusoidal Back-EMF, Doctor of Philosophy, Texas A&M University, U.S.A.
6. Ocen, D., (2005). Direct Torque Control of a Permanent Magnet Synchronous Motor, Master Thesis, Stockholm.
7. ABB Technique Guide No.1, (1999). Direct Torque Control.
8. Kadir, M.N.A., Mekhilef, S., and Hew, W.P., (2007). Comparision of Basic Derect Torque Control Designs for Permanent Magnet Syncronous Motor, 7 th International conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS 2007), Thailand.

9. Sutikno, T., Idris, N.R.N., and Jidin, A., (2011). A New Fixed Switching Frequency Direct Torque Controlled PMSM Drives Low Rippple in Flux and Torque, ITB J. Eng. Sci, vol. 43, no. 3, p. 173-1
10. Swierczynski, D., Kazmierkowski, M.P., and Blaabjerg, F., (2002). DSP Based Direct Torque Control of Permanent Magnet Synchronous Motor (PMSM) Using Space Vector Modulation (DTCSVM), IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE'2002), Italy
11. Jiefan, C., Yue, F., and Hui, W., (2009). Fuzzy Direct Torque Control of Permanent Magnet Syncronous Motor, Sixth International Conference on Fuzzy Systems and Knowledge Discovery, p. 107-111.
12. Noriega, G., Restrepo, J., Guzman, V., Gimenez, M., and Aller, J., (2007). Direct Torque Control of PMSM Using Fuzzy Logic with PWM, IEEE 42nd International Universities Power Engineering Conference (UPEC 2007), Brighton.
13. Lin, H., Yan., W., and Li, H., (2009). Fuzzy and PNN-Based Direct Torque Control for Permanent Magnet Synchronous Motor, IEEE 4th Conference on Industrial Electronics and Applications, China.
14. EK. ÇALIŞMALARDA KULLANILAN SMSM’NİN PARAMETRELERİ (PMSM PARAMETERS USED IN THE STUDIES) Benzetim çalışmalarında kullanılan SMSM’ye ait parametreler aşağıda verilmiştir; Nominal Gücü, P N :5 kW Stator Direnci, R s :0.26 Ω Stator İndüktansı, L s :01 mH Atalet Momenti, J :0.00119 kgm 2 Sürtünme Katsayısı, B :0.0000014161 Nm.s Mıknatıs Akısı, Ψ M :0.0946 Weber Kutup Sayısı, 2p :10