Design and Control of SynRM Fed by Photovoltaic Panel

Öz

SynRMs have many advantages such as robust and simple construction, low cost production, high torque capability, per unit volume, field weakening capability, reduced power losses due to lack the of the rotor windings. Therefore, these motors have become interesting for many industrial and automotive applications. In this paper, it is aimed that design of the synchronous reluctance motor (SynRM) which can operate with low voltage level produced by photovoltaic (PV) panels. It is very difficult to produce high torque with a low voltage. For this reason, SynRM was designed as having a good dynamic, high starting torque and high efficiency. The MTPA control algorithm was used in order to obtain maximum torque per current from the motor in the motor drive. Additionally, Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm was used to obtain maximum power from the panels. This algorithm has automatically adjusted the speed-reference information of the motor and provided operating at the maximum efficiency of the system. Thus, a system having more efficient, more compact and ease of use was obtained in this paper.

Anahtar Kelimeler

• Renewable Energy,AC Motor Drive,Maximum Power Point Tracking (MPPT),Synchronous Reluctance Motor (SynRM)

Fotovoltaik Panel ile Beslenebilen SynRM Tasarımı ve Kontrolü

Öz

Senkron Relüktans Motor (SynRM) sağlam ve basit yapı, düşük maliyetli üretim, birim hacim başına yüksek moment imkânı, kontrol basitliği, alan zayıflatma kabiliyeti ve rotor sargılarının bulunmaması nedeniyle azalan kayıplar gibi birçok avantaja sahiptir. Bu yüzden, bu motorlar çok sayıda endüstriyel ve otomotiv uygulamalar için ilgi çekici hale gelmeye başlamıştır. Düşük çap ve düşük gerilime sahip bir motor ile yüksek moment üretilmesi oldukça zordur. Bu makalede; fotovoltaik (PV) panellerin ürettiği düşük gerilim seviyesiyle çalışabilen bir SynRM tasarımı amaçlanmıştır. Bu motor iyi bir dinamiğe sahip, yüksek kalkış momentli ve yüksek verimli bir motor olarak tasarlanmıştır. Motor, akım başına düşen maksimum moment (MTPA) kontrol algoritması ile kontrol edilmiştir. Ayrıca panellerden maksimum güç elde edilebilmesi için Maksimum Güç Noktası İzleme (MPPT) algoritması kullanılmıştır. Bu algoritma motorun hız-referans bilgisini otomatik olarak değiştirerek sistemin maksimum verimde çalışmasını sağlamıştır. Bu çalışmada, geleneksek sistemlere göre daha verimli, daha kompakt ve kullanım kolaylığı sağlayan bir sistem elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Yenilenebilir Enerji Kaynağı,AC Motor Sürücüsü,Maksimum Güç Noktası İzleme (MPPT),Senkron Relüktans Motor (SynRM).

Kaynakça

1. Referans 1 J. K. Kostko, Polyphase reaction synchronous motors, J. Am. Inst. Electr. Eng., 1923; 42(11): 1162–1168.
2. Referans 2 A. J. O. Cruickshank, A. F. Anderson, and R. W. Menzies, Theory and performance of reluctance motors with axially laminated anisotropic rotors, Proc. Inst. Electr. Eng., 1971; 118(7): 887-894.
3. Referans 3 J. F. H. Douglas, Pull-in criterion for reluctance motors, Trans. Am. Inst. Electr. Eng. Part II Appl. Ind., 1960; 79(3): 139–142.
4. Referans 4 A. J. O. Cruickshank, R. W. Menzies, and A. F. Anderson, Axially laminated anisotropic rotors for reluctance motors, Proc. Inst. Electr. Eng., 1966; 113(12): 2058-2060.
5. Referans 5 A. Boglietti and M. Pastorelli, Induction and synchronous reluctance motors comparison, in 2008 34th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, 2008;, 2041–2044.
6. Referans 6 I. Boldea, Reluctance synchronous machines and drives. Clarendon Press, 1996;
7. Referans 7 F. Fernandez-Bernal, a. Garcia-Cerrada, and R. Faure, Efficient control of reluctance synchronous machines, IECON ’98. Proc. 24th Annu. Conf. IEEE Ind. Electron. Soc. (Cat. No.98CH36200), 1998; 2 923–928.
8. Referans 8 R. E. Betz, Theoretical aspects of control of synchronous reluctance machines, IEE Proc. B Electr. Power Appl., 1992; 139(4): 355-364.

9. Referans 9 L. Xu, X. Xu, T. A. Lipo, and D. W. Novotny, Vector control of a synchronous reluctance motor including saturation and iron loss, IEEE Trans. Ind. Appl., 1991; 27(5): 977–985.
10. Referans 10 O. Aydogmus, Design of a solar motor drive system fed by a direct-connected photovoltaic array, Adv. Electr. Comput. Eng., 2012; 12(3): 53–58.
11. Referans 11 T. A. Lipo, Synchronous Reluctance Machines-A Viable Alternative for AC Drives?, Electr. Mach. Power Syst., 1991; 19(6): 659–671.
12. Referans 12 D. A. Staton, T. J. E. Miller, and S. E. Wood, Maximising the saliency ratio of the synchronous reluctance motor, IEE Proc. B Electr. Power Appl., 1993; 140(4): 249-259.
13. Referans 13 R. E. Betz, R. Lagerquist, M. Jovanovic, T. J. E. Miller, and R. H. Middleton, Control of synchronous reluctance machines, IEEE Trans. Ind. Appl., 1993; 29(6): 1110–1122.
14. Referans 14 A. Chiba and T. Fukao, A closed-loop operation of super high-speed reluctance motor for quick torque response, IEEE Trans. Ind. Appl., 1992; 28(3): 600–606.
15. Referans 15 T. Tuovinen, Model-based position estimation for synchronous reluctance motor drives, 2014;
16. Referans 16 G. Boztas, O. Aydogmus, M. Caner, and H. Guldemir, Design, optimisation and implementation of low-voltage synchronous reluctance motor for solar-powered systems,IET power electronics. Institution of Engineering and Technology, 2019;