Minimization of torque ripples and speed control of switched reluctance motor through fuzzy logic based direct torque control method

Abstract

Anahtarlamalı relüktans motorları (ARM), statoru ve rotoru çıkık kutuptan oluşan ve sadece statorunda sargı bulunduran, rotorunda herhangi bir sargı ya da sürekli mıknatıs bulundurmayan basit yapılı elektrik makinalarıdır. Günümüzde relüktans motorları imalatının basit ve ucuz olması ve küçük hacimde çok yüksek moment üretebilmeleri, güç elektroniği devresinde diğer kollektörsüz motorlara oranla daha az anahtarlama elemanına ihtiyaç duyulması gibi üstünlükleri nedeniyle sanayide sıkça kullanılmaktadırlar. Bu motorların en büyük dezavantajları düşük hızlarda oluşan moment dalgaları ve bu bozukluk sebebiyle meydana gelen akustik gürültüdür. Bu dezavantajı en aza indirgemek için güç elektroniği devreleri kullanılmaktadır. Güç elektroniği sistemi temel olarak rotor pozisyonu, motor akımı ve gerilim değerlerine göre yapılan hesaba dayalı en uygun çıkış dalga şeklini oluşturmayı hedefler. Bu tezin ana amacı anahtarlamalı relüktans motor sürücüsünün moment darbelerini azaltmak ve sürücünün hızını kontrol etmektir. İlk olarak motorun çalışması, motorun modellemesi, moment dalgalarını oluşturması ve konvertör topolojisini içeren bir literatür çalışması yapılmıştır, ve sonrasında bulanık mantık denetleyici ile doğrudan moment kontrol yöntemi kullanarak anahtarlamalı relüktans motorun hız kontrolü ve moment dalgalarının azaltma çalışmaları yapılmıştır. Bu çalişmalar ve bulanık mantık denetleyici ile doğrudan moment kontrol yönteminin uygulaması MATLAB/SIMULINK ortamında yapılmıştır. The switched reluctance motor has a salient pole stator with concentrated coil and a salient pole rotor which has no winding on it. The motor's doubly salient structure makes its magnetic characteristics highly nonlinear. The switched reluctance motor gains a significant response in industries in the past decade because of its ruggedness, high torque to inertia ratio, simple structure, high reliability and inexpensive manufacturing capability. These features make it a suitable candidate for various applications and electric drives. However in the field of electric drives a switched reluctance motor drive is having doubly salient structure thus it inherently produces high torque ripples and acoustic noise problems and its controlling difficulties that is an undesirable effect for vehicle applications, especially at low speeds. The control of the SRM is also a difficult task. The motor's doubly salient structure make its magnetic characteristics nonlinear. The flux linkage appears to be a nonlinear function of stator current as well as rotor position. Apart from these for suitable control the SRM should be operated in continues phase to phase switching mode. The main objective of this thesis is to form and test SRM drive to provide a detailed work in this field. First a literature study for switched reluctance motor is carried out which includes its fundamental operation, modelling, and Torque ripple reduction is done from the motor's structure properties, model equations, operations and converter topologies. And secondly, a fuzzy logic controller based direct torque control method is used for speed controlling and for controlling of torque ripples of the 8/6 SRM drive. Modelling and application of fuzzy logic controller based direct torque control method is done in MATLAB/SIMULINK environment.