Yakup Yazıcı Uzun Hava

Türkiye’nin ilk kapkaççısı olarak bilinen Yakup Yazıcı’nın kabarık suç dosyaları, lüks hayata düşkünlüğü ve çetesiyle uyguladığı hırsızlık teknikleri 2 bin sayfalık kitap oldu. ‘Yakup Yazıcı’nın Suç Dosyası’ adlı kitap, polis okullarında ders olarak okutuluyor


YAKUP Yazıcı Polis kayıtlarına göre o, Türkiye’nin ilk kapkaççısı. ‘Kariyerine’ ’da 16 yaşındayken Bakırköy’de başladı. Kendi çetesini kurdu. 11 kez cezaevine girdi. ’nin üzerinde suç işledi. yılında şartlı af yasası ile cezaevinden tahliye olduğunda, suç klasörleri 44 ayrı dosya ile dolmuştu. Yazıcı bu süre içinde çetesini yeniden oluşturdu ve kapkaça devam etti.


OPERASYON YAPILDI

İSTANBUL’UN en azılı kapkaççısı olan Yazıcı, 2 yıl önce bir operasyonla yakalandı. Yazıcı’yı ‘son kez’ yakalayan polis, kapkaççının hayatını 2 bin sayfalık kitap haline getirdi. Kitabın adı, ‘Yakup Yazıcı’nın Suç Dosyası’. Yazıcı’nın suçları, kapkaç teknikleri ve yakalanış sürecinin anlatıldığı kitap, polis okullarında ders olarak okutulmaya başladı. İşte Yazıcı’nın ve çetesinin kitapta yer alan öyküsü:


LÜKS HAYAT

YAZICI, kapkaçın herkesin kabusu haline gelmesinde en önemli role sahip. Kurduğu çetelerde genellikle 18 yaşından küçük çocukları kullanıyordu. Yazıcı vatandaşlardan çaldıkları paralarla lüks bir hayat sürüyordu. Çete hem arabalı, hem de yaya olarak kapkaç yapıyor ve özellikle banka önlerini tercih ediyordu. Azılı kapkaççı, pahalı otomobillere binip, en iyi markaları giyiyordu. Ayrıca eğlenceye de düşkündü.

‘Kapkaç Ağası’nın yılındaki son yakalanış operasyonu, Amerikan filmlerine taş çıkartacak şekilde gerçekleşti. Zamanın Emniyet Amiri Vedat Ali Yılmaz’ın başında bulunduğu Yankecilik ve Dolandırıcılık Büro Amirliği ekipleri, Yazıcı’nın peşine düştü. Gece alemi ve kadınlara ilgisiyle bilinen Yazıcı’nın Halkalı’da bir evi düzenli olarak ziyaret ettiği belirlendi. Apartmana yakın bir yerde ev kiralandı.


EVE PUSU KURULDU

BİR taraftan ev gözlenirken, diğer yandan Yazıcı’nın eğlendiği mekanlar tespit edildi. Gece kulübü ve barlara pusu kuruldu. Gözlem 2 hafta boyunca devam etti. Bu süre sonunda Halkalı’daki evine gelen Yazıcı şüphelendi ve daireye girmeyerek kaçmaya başladı. Yazıcı ile polis arasında otomobillerle soluk soluğa bir kovalamaca başladı. Kapkaç ağası, uzun bir takibin ardından ekibiyle birlikte kıskıvrak yakalandı.


ÇETE TAKİP DERSİ

‘YAKUP Yazıcı’nın Suç Dosyası’ adlı 2 bin sayfalık kitapta, Yazıcı’nın işlediği suçlar dışında polisin bir çeteyi nasıl takip ettiği de tüm ayrıntılarıyla anlatıldı. Kapkaç, uyuşturucu ve kaçakçılık çetelerinin ne tür bir operasyonla çökertildiği ve yakalanmaları sonrasında nasıl bir soruşturmanın izlendiği tüm detaylarıyla yer aldı. Kitap haline getirilen soruşturma rehberiyle, polis okullarında özellikle komiserlere eğitim veriliyor.

Star

1 i FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORUNUN SAYISAL SİNYAL İŞLEMCİ (DSP) İLE KONTROLÜ Yakup YAZICI YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ NİSAN ANKARA

2 Yakup YAZICI tarafından hazırlanan FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORUNUN SAYISAL SİNYAL İŞLEMCİ (DSP) İLE KONTROLÜ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Doç.Dr. İres İSKENDER Tez Danışmanı, Elk.-Elkt. Müh. Anabilim Dalı. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalında Yüksek Lisans tezi olarak kabul edilmiştir. funduszeue.info funduszeue.info DİNÇER Elk.-Elkt. Müh. Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Doç.Dr. İres İSKENDER Elk.-Elkt. Müh. Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Doç.Dr. Osman GÜRDAL Elk.-Elkt. Eğt. Anabilim Dalı, Gazi Üniversitesi Tarih: 30/04/ Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Nermin ERTAN Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada orijinal olmayan her türlü kaynağa eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Yakup YAZICI

4 iv FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORUNUN SAYISAL SİNYAL İŞLEMCİ (DSP) İLE KONTROLÜ (Yüksek Lisans Tezi) Yakup YAZICI GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Nisan ÖZET Sayısal sinyal işlemcileri (DSP), gelişmiş kontrol sistemlerinde kullanılan performansları çok yüksek işlemcilerdir. DSP lerin güç elektroniği ve elektrik makinaları sistemlerinde kullanılması; sistemin performansında artış, işlem gücü, güvenilirlik ve gelişmiş fonksiyonellik gibi avantajlar sağlar. Klasik kontrol sistemlerinin yerine ileri bu sistemlerin kullanılması ile kullanılan parça sayısında ve sistem maliyetinde düşme, daha az enerji kullanımı ile yüksek verim elde edilir. Bu çalışmada bir Fırçasız Doğru Akım Motorunun (FDAM) yapısı ve DSP ile nasıl kontrol edilebileceği açıklanmıştır. FDAM kontrol edecek örnek program yazılmış ve MCK ye (TMSF DSP) uygulanmıştır. MCK, Technosoft firması tarafından geliştirilmiş, TMSF DSP, PM50 güç kartı ve Fırçasız Doğru Akım Motoruna sahip bir kittir. Bu çalışmada DSP de PWM dalga üretimi, hall sensör konum bilgisine göre FDAM ın sürülmesi, akım-hız denetim kodu yazılarak, sistemin davranışı incelenmiştir. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Fırçasız doğru akım motoru, TMSF DSP, PI Sayfa Adedi : Tez Yöneticisi : Doçfunduszeue.info İSKENDER

5 v DSP-BASED CONTROL OF BRUSHLESS DC MOTOR (funduszeue.info Thesis) Yakup YAZICI GAZİ UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY April ABSTRACT Digital signal processors (DSP), have very high performance, are used for improved control system. Using DSP s in power electronic and electrical equipment systems has advantages like improvement on system performance, operation power, reliability and improved functionality. Using these future systems rather than classical control systems lowers the system cost and number of parts that are used, and achieves high productivity by using low power. In this study How to control Brushless DC Motor (BLDCM) with a DSP is explained. A sample program to control Brushless DC Motor has been written and applied to MCK (TMSF DSP). MCK kit, developed by Technosoft Corporation, consist of TMS DSP, PM50 power module and brushless dc motor. PWM wave production in DSP, Brushless DC Motor s driven by the hall sensors position information and written the code for currentspeed control and the system behavior is examined. Science Code : Key Words : Brushless d.c. motor, TMSF DSP, PI Page Number : Adviser : funduszeue.info İSKENDER

6 vi TEŞEKKÜR Çalışmalarım boyunca değerli yardım ve katkılarıyla beni yönlendiren değerli hocam Doç.Dr. İres İSKENDER e, ayrıca yardımlarını esirgemeyen funduszeue.infoç.Dr. Timur AYDEMİR e, görüşlerinden faydalandığım Arş.Göfunduszeue.info GENÇ e ve hayatımın her safhasında bana destek olan değerli eşim Zübeyde YAZICI ya teşekkürü bir borç bilirim.

7 vii İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZETiv ABSTRACTv TEŞEKKÜRvi İÇİNDEKİLERvii ÇİZELGELERİN LİSTESİxi ŞEKİLLERİN LİSTESİxii RESİMLERİN LİSTESİxvi SİMGELER VE KISALTMALARxvii 1. GİRİŞ FIRÇASIZ D.A MOTORLARI Fırçasız Doğru Akım Motorların Avantajları Fırçasız Doğru Akım Motor Kayıpları Mekanik kayıplar Manyetik kayıplar Bakır kayıpları Fırçalı ve Fırçasız Doğru Akım Motorları Karşılaştırması Fırçasız Doğru Akım Motorların Yapısı Sabit Mıknatıs Malzemelerin Elektrik Makinalarında Kullanımı Manyetik malzemelerin mıknatıslanması Kullanılan mıknatıs türleri Sürekli mıknatısların seçimi Sabit mıknatıslı rotor yapıları

8 viii Sayfa Eviriciler ve Anahtarlama Yöntemleri fazlı eviriciler Darbe genişlik modülasyonu anahtarlama yöntemi Fırçasız Doğru Akım Motorların (FDAM) Çalışma Prensipleri Sabit mıknatıslı FDAM sistemi Sargı komutasyonu Moment üretimi Konum algılayıcılar Fırçasız Doğru Akım Motorların emk Eşitlikleri Denetleyici Kontrol Yöntemleri Sabit Mıknatıslı FDAM Matematiksel Modeli DSP İLE FIRÇASIZ DA MOTOR KONTROLÜ MCK Donanımı MCK DSP kartı PM50 güç kartı Pittman fırçasız doğru akım motoru MCK kit yazılımına bakış TMSF DSP Mimarisi Olay yöneticisi özellikleri PWM sinyal üretimi Ölü bant

10 x Sayfa Denetleyici Parametrelerinin Hız Tepkisine Etkisi SONUÇ VE DEĞERLENDİRMELER KAYNAKLAR EKLER EK-1 Simetrik ve asimetrik kod EK-2 Makine dili kodu ÖZGEÇMİŞ

11 xi ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge Fırçalı ve fırçasız d.a makinalarının karşılaştırılması Çizelge SM malzemelerin karşılaştırılması Çizelge Hall sensör konumuna göre aktif anahtar ve faz akımları Çizelge Pittman motor parametreleri Çizelge Pittman komutasyon sırası Çizelge Ölü bant üretimi Çizelge IQmath yaklaşımı aritmetik işlemler ve trigonometrik fonksiyonlar Çizelge DSP pinleri PWM sinyalleri Çizelge DSP pinleri PWM sinyalleri Çizelge Denetleyici parametreleri

12 xii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil Fırçasız doğru akım motorun şematik gösterimi 8 Şekil Sabit mıknatıslı fırçasız d.a motorunun yapısı Şekil Manyetik devre Şekil Sürekli mıknatısların seçimi Şekil SM malzemelerin mıknatıslanma karakteristikleri Şekil Rotor yüzeyinde mıknatıs malzeme yapısı Şekil Rotora gömülü mıknatıs malzeme yapısı Sekil fazlı gerilim kaynaklı evirici güç devresi Şekil Sinüzoidal PWM anahtarlama yöntemi Şekil Mıknatısın iki kutup arasındaki hareketi Şekil SM fırçasız d.a motor sistemi Şekil º iletim modlu motorun zıt emk ve akım sinyalleri Şekil º süreksiz akım durumu anahtarlama sinyalleri Şekil º anahtarlama yöntemi Şekil º iletim modlu motorun zıt emk ve akım sinyalleri Şekil º sürekli akım durumu anahtarlama sinyalleri Şekil º anahtarlama yöntemi Şekil süreksiz akımla çalışma durumunda moment üretimi Şekil Geri besleme algılayıcı türleri Şekil Hall algılayıcıların yerleşimi Şekil Üç fazlı SM fırçasız d.a makina yapısı

13 xiii Şekil Sayfa Şekil Mıknatıs malzemenin hava aralığında oluşturduğu akı yoğunluğu Şekil Faz sargısının iki bobinindeki toplam akı Şekil Faz sargılarına ait büyüklükler ve üretilen güç Şekil Üç fazlı motor için, tek kutuplu çalışma, çift kutuplu çalışma Şekil Oransal (P) kontrol yapan yükselteç devresi Şekil Integral (I) kontrol yapan yükselteç devresi Şekil Oransal-Integral (PI) kontrol yapan yükselteç devresi Şekil Oransal-Integral (PI) kontrol devresi Şekil Üç fazlı 2 kutuplu FDA makinası Şekil MSK kartın blok diyagramı Şekil MSK kartın yerleşimi Şekil PM50 güç kartı blok diyagramı Şekil PM50 güç kartı yerleşimi Şekil Pittman FDAM ın zıt emk, akım ve hall konum sensör sinyal gösterimi Şekil TMSF genel şematik gösterimi Şekil TMSF fonksiyonel blok diyagramı Şekil TMSF DSP nin ADC yapısı Şekil ADC nin ayarlanması Şekil Zamanlayıcılar ve simetrik PWM çiftlerinin üretimi Şekil EVA Olay yöneticisine bağlı işlemci birimleri Şekil PWM işareti üretim süreci bloğu Şekil Simetrik PWM sinyal üretimi

14 xiv Şekil Sayfa Şekil Asimetrik PWM sinyal üretimi Şekil Aynı besleme hattına bağlı anahtarların sürülmesi Şekil EVA olay yöneticine bağlı ölü zaman birimleri Şekil Simetrik PWM üretimi program akış şeması Şekil Sayısal konum kodlayıcının çalışma ilkesi Şekil Hız kodlayıcının F işlemcisine bağlantısı Şekil F DSp için IQmath işlem yaklaşımı Şekil FDAM kontrol sistemi blok şeması Şekil Akım ölçüm şeması Şekil Akım tepecikleri Şekil Akım ölçümü Şekil PWM periyodu ortasında akım ölçümü Şekil FDAM uygulaması için PWM üretimi Şekil Kodlayıcı darbeleri sayımından hız kestirimi Şekil FDAM ana program akış yapısı Şekil FDAM uygulaması için kesme fonksiyonları Şekil PWM1-PWM2 sinyalleri Şekil Yüksüz çalışan motorun hız tepkisi Şekil Motorun a ve b faz akımları Şekil Motorun q ekseni akımı Şekil Motor hall sensör sinyalleri osiloskop görüntüsü Şekil Motor hall sensör işareti

15 xv Şekil Sayfa Şekil Motorun hız tepkisi Şekil Motorun a ve b faz akımları Şekil Motorun q ekseni akımı Şekil Motor hall sensör sinyalleri osiloskop görüntüsü Şekil Motor hall sensör işareti Şekil Motorun hız tepkisi Şekil Motorun a ve b faz akımları Şekil Motorun q ekseni akımı Şekil Motor hall sensör sinyalleri osiloskop görüntüsü Şekil Motor hall sensör işareti Şekil Motora uygulanan karesel hız profili ve alınan hız tepkisi Şekil Yüklü motorun hız tepkisi Şekil Yükte çalışan motorun q ekseni akımı Şekil Yükte çalışan motorun a ve b faz akımları Şekil Yükte çalışan motor hall sensör sinyalleri Şekil Motorun (d.a) çıkış yük geriliminin osiloskop görüntüsü Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=50) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=20 Kp=) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=20 Kp=) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=) hız tepkisi

16 xvi RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim Fırçasız doğru akım motorun iç yapısı Resim MCK kit bağlantı resmi Resim PWM1 sinyalinin osiloskopta görüntüsü Resim Strobotac cihazı ile rotor hız ölçümü Resim FDAM a yük uygulanması

17 xvii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama B B B g D e e 0 1 eas, ebs, ecs e i E(t) f Sürtünme katsayısı Akı yoğunluğu Hava aralığı akı yoğunluğu Diyot Karşılaştırıcı çıkış gerilimi Birinci faz bobininde endüklenen emk Faz sargılarında endüklenen emk Karşılaştırıcı giriş gerilimi Hata miktarı Frekans H H,H,H as bs cs Manyetik alan şiddedi Hall sinyalleri I,I,I abc faz sargı akımları Im i s * i q J Faz akımı maksimum değeri Stator akımı Referans akım Eylemsizlik momenti K pi İntegral kazanç sabiti K pp Oransal kazanç sabiti l Stator uzunluğu

18 xviii Simgeler Açıklama L ii L ij i. faz sargısı özendüktansı i. ve j. faz sargısı arasındaki ortak endüktans N sarım Sargı sayısı N faz Faz başına sarım sayısı N-S P r i R s T T e V,V,V a b c V an, V bn,v cn Mıknatıs kutupları Güç Stator iç yarıçapı Stator sargı direnci Transistör Elektromagnetik moment Evirici faz gerilimleri Faz sargısı gerilimleri V da Evirici besleme gerilimi θ ψ w λ ω &#; m * r ω r Faz açısı Rotor açısına göre akı bağı Açısal hızı Sargı arasındaki akı bağı Rotor referans hız Rotor hızı

19 xix Kısaltmalar Açıklama a.a ADC CCS d.a DSP emk EVA, EVB FDAM GA IGBT MGOe mmk MSPS PI PID PIE PWM SM SMDAM Alternatif akım Analog sayısal dönüştürücü Code composer studio arayüz programı Doğru akım Sayısal sinyal işlemci Elektromanyetik kuvvet Olay yöneticisi A,B Fırçasız doğru akım motoru Genel amaçlı Transistör (Insulated Gate Bipolar Transistor) Enerji birimi (Mega-Gauss-Oersteds) Magneto motor kuvvet Saniye süresinde bir milyon işlem sayısı Oransal-Integral denetçi Oransal-Integral-Türev denetçi Çevresel kesici genişleme Darbe genişlik modülasyonu Sabit mıknatıs Sabit mıknatıslı değişken akımlı motor

20 1 1. GİRİŞ Sabit mıknatıslı değişken akımlı (SMDA) motorlar; rotoru sabit mıknatıs yapısına sahip, çok fazlı (genellikle üç fazlı), statorunda armatür sargıları bulunan senkron motorlardır. Manyetik alan, sabit mıknatıslar tarafından sağlandığı için, indüksiyon ve anahtarlamalı relüktans motorlara göre SMDA motorlar daha yüksek verime sahiptir. Ayrıca, daha iyi güç faktörü ve güç yoğunluğu gösterirler. Sabit mıknatıslı değişken akımlı (SMDA) motorlar avantajları nedeniyle, sabit mıknatıs maliyetlerinin de düşmesiyle hızla yaygınlaşmaktadır. SMDA motorlar iki türe ayrılabilir, bunlar sabit mıknatıslı senkron motorlar (SMSM) ve fırçasız doğru akım motorları (FDAM) olarak adlandırılır [1]. Özel elektrik makinaları üzerine yapılan çalışmalar, asenkron motorlar, senkron motorlar ile doğru akım (d.a) motorları gibi klasik elektrik makinaları üzerine yapılan araştırmaların belirli bir doyuma ulaşmasından sonra hız kazanmıştır. Fırçalı tip elektrik makinalarının maliyetleri yüksek olmasına rağmen basit ve bağımsız dinamik davranışlara sahip olmalarından dolayı, bazı endüstriyel uygulamalarda fırçasız tip elektrik makinalarına tercih edilmiştir. Fırçasız tip elektrik makinalarının çok değişken ve doğrusal olmayan dinamikleri düzenlenerek sabit hız elde edilmesi ile meydana gelen motorlara günümüzde fırçasız d.a motorları denilmektedir. Doğru akım motorlarının verimi yüksek olup, karakteristikleri servomotor olarak kullanıma uygundur. Özellikle hareket kontrolü gerektiren uygulamalarda yaygın olarak kullanılan servomotor, gerçekte bir kontrol yöntemi olup geri besleme anlamına gelmektedir. Konum ve hız kontrolü gereken uygulamalarda, konum ve hız geri beslemesi kullanılarak sistemin davranışı ayarlanmaktadır. Ancak, bu motorlarda uyartım, fırça ve kollektörlerle sağlandığından bir takım problemlerle karşılaşılmaktadır. Bu problemler, rotor kayıplarının artması, motorun sürekli bakım gerektirmesi ve motorun ömrünün az olması gibi değişik türlerde görülür.

21 2 Yarı iletken teknolojisinin gelişmesi ile birlikte, d.a motorlarında uyartımı sağlayan fırça ve kollektörler yerini sürücü devrelerine bırakmıştır. Fırçasız d.a motorları aynı kapasitedeki fırçalı d.a motorlarına göre birçok üstünlüklere sahiptir. Bunlar; yüksek moment/ağırlık oranı, düşük rotor atalet momenti, az ısı kayıpları, küçük boyut, sessiz çalışma ve motor ömrünün daha uzun olması gibi üstünlüklerdir. Fırçasız d.a motorları, bu üstünlüklerinin yanı sıra, doğrusal olmayan karakteristiklerinden dolayı kontrollerinin daha karmaşık olması gibi dezavantajlar sergilerler. Elektrik makinalarının kontrolü üzerine birçok yöntem geliştirilmiştir. Fakat bütün bu yöntemlerin, sistemin yapısına bağlı olarak belirli olumsuzlukları ortaya çıkmıştır. PI (Oransal-Integral), PID (Oransal-Integral-Türev) kontrol yöntemi ve bulanık mantık (Fuzzy Logic) gibi kontrol yöntemleri fırçasız d.a motorunun hız kontrolünün simülasyonu için örnek kontrol yöntemleridir [2]. Gerek yapısında, gerekse kontrol organlarında kullanılan malzeme ve yan ürünlerin artan teknolojik olanaklara bağlı olarak gelişimiyle birlikte, fırçasız tip d.a motorları, özellikle klasik sargılı doğru akım motorlarına ciddi rakip oluşturmaktadır. Bu nedenle fırçasız tip doğru akım makinaları; Isıtma ve havalandırma sistemlerinde, Soğutucularda, Sağlık endüstrisinde, Robot endüstrisinde, Sabit disk sürücü ve CD/DVD-ROM ve yazıcı gibi bilgisayar donanımlarında, Endüstride yürüyen bantlarda, Pompa ve fan motoru uygulamalarında, Uzay endüstrisinde,

22 3 Fırçalı tip makinaların kullanımının sakınca doğurabileceği, yanıcı ve parlayıcı çalışma ortamlarında, özellikle yüksek hız ve yüksek güç yoğunluğu gerektiren birçok uygulamada giderek artan biçimde kullanılmaktadır []. Fırçasız Doğru Akım Motorları (FDAM) İle İlgili Önceki Çalışmalar Fırçasız d.a motorları üzerine yapılan çalışmalar, genellikle motorda kullanılan mıknatıslar ve motorun kontrolünün nasıl yapılabileceği üzerinde yoğunlaşmıştır yılında FDAM ile ilgili yapılan bir çalışmada video teyp kaset hareketini sağlayan FDAM kontrolü PID yöntemi ile gerçekleştirilmiştir [5]. Pillay ve Krishnan (), sürekli mıknatıslı senkron motorlar üzerinde çalışmalar yaparak, çektikleri akımlar ve ürettikleri zıt emk. lerine göre bu motorları sınıflandırmışlardır. Araştırmalar zıt emk. i yamuk biçiminde olan motorlara fırçasız d.a motorları, zıt emk. i sinüzoidal olan motorlara ise sürekli mıknatıslı senkron motorları adını vermişlerdir [6]. Matsui ve Ohashi (), sayısal sinyal işlemcilerini (DSP) kullanarak fırçasız d.a motorlarının kontrolü üzerinde çalışmalar yapmışlardır. Matsui ve Ohashi bu çalışmada motora uyguladıkları üç faz akım sinyallerini aynı zamanda DSP ye de uygulamışlar ve bu sinyalleri DSP ile gerçek hız sinyaline dönüştürmüşlerdir. Referans hız sinyali ile gerçek hız sinyali karşılaştırılarak bir hata sinyali üretilmiş ve bu hata sinyali PI den oluşan bir kontrol devresinden geçirilerek referans akım bulunmuştur [7]. Makinaların kontrol yöntemleri ve verimin iyileştirilmesine yönelik Miller, Ohm ve Park ın çalışmaları da gösterilebilir [8,9]. Sürekli çalışma durumunda momentte oluşan dalgalılığın azaltılmasına yönelik, kontrol yöntemlerine bağlı inceleme çalışmaları Toliyat, Waikar, Arefeen, Moreira, Gopalarathnam tarafından yapılmıştır [10,11].

23 4 2. FIRÇASIZ D.A MOTORLARI Fırçasız Doğru Akım Motorların Avantajları Fırçasız d.a motorlarının; yüksek hızda sessiz çalışmaları, yüksek momente sahip olmaları, yüksek verim ve uzun ömürlü olmaları birçok uygulamada kullanım kolaylığı sağlar. Hassas hız kontrolüne sahip olan fırçasız d.a motorları d.a kaynağından beslendikleri için a.a güç kaynağı gerilim değişikliklerinden etkilenmezler. Fırçasız d.a motorlarının bu üstünlüklerinden dolayı doğru akım ve a.a motorlarına göre otomasyon sistemlerindeki kullanımı yaygınlaşmakta ancak, doğrusal olmama özelliğine bağlı olarak da kontrol sistemleri zor ve karmaşık yapı sergilemektedir. Fırçasız d.a motorları, a.a güç değişimlerinden etkilenmedikleri için a.a asenkron motorlara iyi bir alternatiftirler. Fırçasız d.a motorlar, fırçalı tip d.a motorlarda oluşan olumsuzluklara çözüm sağlarlar. Gürültüye, fırça eskimesine, elektromanyetik parazite, ısı üretimi ve kollektör yüzeylerinin bozulması problemine çözüm sağlarlar. Verim, hız veya moment kontrolü gibi önemli faktörler dikkate alındığında d.a motorların, a.a motorları üzerinde performans üstünlükleri vardır. Fakat fırça ve kollektörlerden kaynaklanan bakım ve güvenirlilik problemleri d.a motorlarının kullanımını sınırlamaktadır. Sürekli mıknatıs malzemelere ve yarı iletken elemanlara sahip olan fırçasız d.a motorları bu problemleri gidermiştir [12]. Elektronik malzeme ve kontrol teknolojisindeki gelişmeler elektrik makinaları ile ilgili çalışmalarda yeni tip motorlar planlama ve üreticileri de bu tip motorları imal etmeye zorlamıştır. Ayrıca sabit mıknatıs teknolojisindeki gelişmeler, motor tasarımına yeni ufuklar açmıştır. Kalıcı mıknatıslı motorların üretimindeki temel sebep, bu motorların çok verimli, ucuz ve seri üretime uygun oluşudur. Fırçasız yapının en önemli üstünlüğü fırçaların olmayışıdır. Fırçaların olmayışından dolayı, fırçalardan kaynaklanan birçok problem de ortadan kalkmış olur. Fırçalı tip motorlarda fırçaların oluşturduğu kıvılcımlar yanıcı ortamlarda yanma veya

24 5 patlamaya sebep olabilirler. Bundan dolayı fırçalı d.a motorlarının yerleşim konumları tehlikeli bölgelerden tamamen yalıtılmışlardır. Bazı uygulamalarda fırçalardan dökülen tozların birikmesi, fırça yataklarının dolması ve fırçaların tozlanmasına yol açıp ark meydana getirecek şekilde bir iletken yol oluşturur. Bundan dolayı yanıcı ortamlarda yanmaya veya patlamaya sebep olabilecek ark kıvılcımları meydana getirirler. Fırçasız d.a motorlarının diğer bir üstünlüğü, statorun yerini rotorun almasıdır. Böylece armatür sargılarının yer aldığı yeterli harici alan mevcuttur ve sargıların dışarıda olması da ayrıca ısının dış ortama kolayca yayılmasını sağlar. Fırçasız d.a motorlarında komütatör ve fırça dişlerinin olmayışı rotor uzunluğunu azaltır. Rotor uzunluğu ile rotor yarıçapının küçülmesi de moment oranını doğrudan etkiler. Fırçalı yapılarda fırçadan kaynaklanan sürtünme kayıplarını göz ardı etmemek gerekir. Fırçasız d.a motorlarında motorun; evirici (inverter) özellikleri ve motor kontrol yöntemleri, bu motorlarda üretilen moment de dalgalanmalara neden olabilir. Ayrıca, fırçasız d.a motorunun çalıştırılabilmesi için hız ve konum algılayıcılarına da ihtiyaç duyulur. Hız ve konum algılayıcıları, motora belirli bir maliyet ve boyut katarak motorun güvenli çalışma koşullarını bozar. Bu bağlamda fırçasız d.a motorunun kontrolünde istenilen başarının elde edilebilmesi ve algılayıcısız çalışabilmesi için motorun tasarımı ve kontrolü konusundaki çalışmalar önem kazanır. Diğer önemli bir konu ise (ki bu bütün makinalar için geçerlidir) hassas hız ve konum ayarı gerektiren uygulamalarda motorun bir referans hızı veya konumu izleyecek şekilde motorun kontrolünün sağlanmasıdır. Bir Fırçasız d.a motorunun çalışabilmesi için, mutlaka rotor konumunu belirten bir kodlayıcıya ve elektronik kontrol devresine ihtiyaç olduğundan motor için bu durum bir dezavantaj olarak algılanabilir [2].

25 Fırçasız Doğru Akım Motor Kayıpları Bilindiği üzere, bir elektrik makinasında giriş gücü, çıkış gücüyle kayıpların toplamına eşittir. Makinada oluşan kayıplar ise üç ana başlık altında toplanabilir, Mekanik kayıplar Mil ve yatak arasındaki sürtünme, fırça ve kollektörler arasındaki sürtünme ile rotorun dönme hareketi sırasında ortaya çıkan vantilasyon kayıplarından oluşur Manyetik kayıplar Makinada endüklenen emk nin frekansına manyetik akı yoğunluğuna ve kullanılan manyetik malzemenin özelliklerine bağlı olarak oluşan histerisiz ve eddy kayıplarıdır ki, buna demir kayıpları adı verilir Bakır kayıpları Makinadaki sargılardan yük akımının akmasıyla, sargı direncine ve akımın büyüklüğüne bağlı olarak oluşan ve bakır kayıpları olarak isimlendirilen kayıplarıdır Fırçalı ve Fırçasız Doğru Akım Motorların Karşılaştırması Endüvi ve kutup sargıları bulunan fırçalı bir doğru akım makinasıyla SM fırçalı ve fırçasız tip d.a makinaları karşılaştırması aşağıda açıklanmıştır. SM d.a makinasında alan oluşumu için sürekli mıknatıs malzeme kullanıldığından dolayı uyarma sargısı olmayacaktır, dolayısıyla uyarma sargısındaki bakır kayıpları gerçekleşmez. Aynı nedenden dolayı, SM makinada uyarma gücü ihtiyacı ortadan kalkar.

26 7 Eğer SM makina fırçasız tipte ise fırçalardan dolayı oluşan sürtünme kayıpları ve gerilim düşümleri gerçekleşemez. Mıknatıs malzemenin enerji yoğunluğuna göre, aynı uyarma gücü için, sargılı bir d.a makinasına göre ağırlık ve boyut olarak çok daha küçük bir SM makina tasarlanabilir. Fırçasız tip SM makinalarda sargı statorda bulunduğundan dolayı oluşan ısı daha kolay bir şekilde dışarı atılabilir ve oluşabilecek ısınma problemlerinin önüne geçilebilir. Fırçasız makinalar bakım gereksinimi duymadan uzun süre çalışabilir. Fırça olmadığından, fırçalara uygulanan bakım ve fırça değişim maliyetleri ortadan kalkar. Çizelge Fırçalı ve fırçasız d.a makinalarının karşılaştırılması Fırçalı tip d.a makinası Fırçasız tip d.a makinası Komutasyon Mekanik Elektronik Boyut Büyük Küçük Güç(watt) Yüksek Düşük GüçYoğunluğu(watt/kg) Düşük Yüksek Maksimum Hız (rad/d) Düşük Yüksek Hız Kontrolü Basit Karmaşık Atalet Yüksek Düşük Bakım Gerekli Gereksiz Soğutma Zayıf İyi Fırçasız Doğru Akım Motorların Yapısı Fırçasız d.a motorları, özellikleri bakımından tipik bir klasik d.a motoru gibi çalışır. Rotoru sabit mıknatıstan yapılmış olup, uyartım sağlanması için fırça ve kollektör gibi yardımcı elemanlara ihtiyaç göstermez. Yüksek enerjili sabit mıknatısların bulunuşu, fırçasız d.a motorlarının avantajlarıyla birleşince pek çok güç elektroniği uygulamalarında bu motorların kullanımı artmıştır.

27 8 Şekil Fırçasız doğru akım motorun şematik gösterimi Resim Fırçasız doğru akım motorun iç yapısı Fırçasız d.a motorları gerçekte sürekli mıknatıslı d.a motorlarıdır. Fırçalı d.a motorlarında elektrik gücü fırça ve kollektör vasıtasıyla verilirken, fırçasız d.a motorlarında elektrik gücü iletimi elektronik anahtarlar ile yapılır. Elektronik anahtarlar yarı iletkenler olduğu için sargıların uyartılmasına gerek kalmaz. Fırçasız d.a motorlarında sargılar rotor yerine statora yerleştirilir ve rotor sürekli mıknatıs

28 9 özelliği gösteren malzemelerden yapılır. Fırçasız d.a motorlarının hız aralığı geniş olup ( devir/d yı geçebilir), çalışma hızı, motorun hız-yük durumu ile boyutlarına bağlı olarak değişir. Kaynak gerilimi düşük olup değeri tipik olarak 42 V dan azdır. (24 V yaygın olarak kullanılır). Bununla birlikte bu değerden daha yüksek gerilimlerde de kullanılabilirler. Fırçasız d.a motorlarında hız, d.a kaynağından beslenen evirici (inverter) yardımıyla stator sargılarına akım vermek suretiyle ayarlanır. Motorun konum bilgileri, konum sensörleri tarafından sürücü devresine aktarılır. Sürücü devresindeki yarı iletken malzemeler, konum bilgilerine göre tetiklenir. Bu özelliğinden dolayı motor, servomotor olarak kullanılır. Fırçasız d.a motorlarının dış kısmında klasik stator, iç kısmında ise dönen sürekli mıknatıslı rotor vardır. Motorun bu yapıya sahip olması, ısının maksimum olarak dışarı aktarılmasını sağlayıp motorun ömrünün uzamasını ve yüksek hızlarda ise mekanik problemlerin en aza indirgenmesine sebep olur. Hall-effect elemanları sargıların anahtarlarını kontrol etmek için kullanılır. Motorun beslenmesi, elektronik veya elektronik olmayan bir sistemle kontrol edilir. Bazı durumlarda kontrol devresi motor içine yerleştirilebilir. Bir fırçasız d.a motorunun yapısı SM senkron motor olarak da bilinen mıknatıslı a.a motoruna çok benzer. Motorun statorunda a.a motor sargısı benzeri çok fazlı sargılar bulunur. Rotor ise sürekli mıknatıs malzemeyi taşır. Şekil , bir üç fazlı SM fırçasız d.a motorunun yapısını göstermektedir.

29 10 Şekil Sabit mıknatıslı fırçasız d.a motorunun yapısı Statordaki oluklara sargıların yerleştirilmesi bakımından, SM senkron motorla fırçasız d.a motoru arasında farklılıklar vardır. SM senkron motorda sargılar stator boyunca sinüzoidal olarak dağıtılırlar. Böylece sinüzoidal formda emk endüklenmesi sağlanır. Buna karşın fırçasız d.a motorunda endüklenen emk trapezoidal formda olmalıdır. Bunu sağlamak için stator sargıları kutup ayaklarının altına yığınım biçimde yerleştirilir. SM senkron motorda, statorda bulunan faz sargılarına sinüzoidal formda alternatif gerilim uygulanır. Fırçasız d.a motorunda ise, sargı akımları adım motorlarındaki gibi elektronik olarak anahtarlanır [4] Sabit (Kalıcı) Mıknatıs Malzemelerin Elektrik Makinalarında Kullanımı Sabit Mıknatıslı (SM) makinalar, yapıları ve kontrol yöntemleri ile bir bütün olarak düşünüldüğünde gerek sargı tip doğru akım makinalarıyla gerekse senkron makinalarla benzer yönleri olduğu görülür. Fırçasız tip SM makinaların yapısı, klasik senkron makinaya çok benzer. Yapısal farkı, rotorunda doğru akım sargısı yerine sürekli mıknatıs malzeme bulunmasıdır. Fırçalı tip SM makinaların yapısı ise doğru akım makinalarına benzerlik gösterir. SM makinaların hız-moment karakteristikleri şönt uyarmalı doğru akım makinasının hızmoment karakteristiğine benzer. Bilindiği gibi, şönt uyarmalı d.a makinasında

30 11 uyarma sargısı doğrudan gerilim kaynağının uçlarına bağlıdır. Dolayısıyla sabit besleme geriliminde makinada üretilecek uyarma akısı da sabit olmaktadır. SM makinanın, doğru akım ve senkron makinalara olan bu benzer özellikleri nedeniyle önce bu iki tip makina hakkında kısa bilgi verilecek, daha sonra ise SM malzemelerin bu makinalara ne şekillerde uygulanabileceği açıklanmaktadır. Fırçasız doğru akım motorlarında genellikle bir veya daha fazla mıknatıstan meydana gelen, sürekli mıknatıslı rotorlar kullanılır. Rotor mıknatıslarının sayısı ve şekli rotor fazlarına oranla çok değişken ve çeşitlidir. Daha çok mıknatıs kutbu, daha fazla moment üretilmesini sağlar. Birçok uygulamada ekonomik olması da göz önüne alınarak az sayıda mıknatıs kutbu olan motorlar imal edilmektedir Manyetik malzemelerin mıknatıslanması Tüm ferromanyetik malzemeler yapısal olarak manyetik bölgelerden oluşurlar. Bu bölgeler rasgele yönlerde mıknatısıyete sahiptir. Bir dış alan uygulanmadığı sürece malzemede bir toplam manyetik kuvvet veya bir alan üretimi söz konusu değildir. Çünkü her bir bölgeye ait mıknatıslar birbirlerinin etkilerini yok eder. Malzemenin mıknatıslanması sırasında uygulanan dış manyetik alan doğrultusunda bazı bölgelerin mıknatısiyetleri kuvvetlenip bazılarınınki zayıflayacak ve doyma bölgesine gelindiğinde malzeme tek bir yönde mıknatısiyete sahip olarak kalacaktır. Mıknatıs özelliği kazandırmak için malzemeye bir manyetik alan uygulanır. Şekil te bu amaçla kullanılacak manyetik devre, Şekil te ise bir ferromanyetik malzemeye ait histerisiz eğrisi olarak da adlandırılan mıknatıslanma eğrisi görülmektedir.

31 12 Şekil Manyetik devre Şekil Sürekli mıknatısların seçimi Ferromanyetik malzemelerin sabit mıknatıslanması gerçekte kalıcı değildir. Yumuşak malzemelerde mıknatıslanma, uygulanan alanı kaldırır kaldırılmaz hemen küçülür. Öte yandan birçok çelik türleri ve başka alanın ve bileşimleri manyetik olarak serttir. Mıknatıslanmalar yıllarca çok az değişiklikle kalır.

32 13 Mıknatıs özellik kazandırmak için, malzemenin içine konduğu alan şiddetinin maksimum değerine doğru arttırılmasıyla, karakteristik (a) dan (b) noktasına doğru ilerler (Şekil ). Malzemeyi tamamen mıknatıslamak için yeterli şiddette bir alan uygulanmaktadır. (b) noktasına ulaşıldıktan sonra alan şiddeti azaltılmaya başlandığında, eğri histerisiz döngüsüne başlayacak ve (c) noktasına ulaşılacaktır. (c) noktasında alan şiddeti H=0 olmasına karşın malzemede bir artık akı yoğunluğu (Br) vardır. Malzemeye zıt yönde bir alan uygulandığında eğri B-H karakteristiğinin 2. bölgesine geçer. -H(d) noktasında mıknatısın çalışma noktası (d) olur. Alan şiddeti daha da artırılırsa eğri (e) noktasına doğru ilerler. Bununla birlikte alan şiddeti azaltılırsa eğri (c) noktasına geri dönmez, yeni bir yol çizerek (f) noktasına ulaşır. Eğer alan şiddeti sıfırla -H(d) arasında değiştirilecek olursa küçük döngü olarak adlandırılan bu yeni kapalı eğri elde edilir. B-H karakteristiğinin 2. bölgesindeki her çalışma noktası için farklı bir küçük döngü oluşur Kullanılan mıknatıs türleri Bir kez mıknatıs özellik kazandıktan sonra bu özelliğini uzun sure koruyan malzemeler sürekli mıknatıs malzemeler olarak tanımlanır. Bu malzemeler kullanılan teknolojiye ve kimyasal bileşimlerine göre çeşitli alanlarda ve şekillerde üretilmektedir. Ticari olarak ilk kez larda kullanılmaya başlanan mıknatıslar, yapılarını oluşturan elementlerin ve üretim tekniklerinin gelişimiyle birlikte günümüzde yüksek enerji değerlerine ulaşmışlardır. Sürekli mıknatıslar en genel anlamda nadir olmayan toprak sürekli mıknatısları ve nadir toprak sürekli mıknatısları olarak iki gruba ayrılır. Nadir olmayan toprak mıknatısları AlNiCo (Alüminyum-Nikel-Kobalt), seramik (stronsiyum ve baryum ferrit) mıknatısları, nadir sürekli mıknatıslar ise SmCo (Samaryum Kobalt) ve NdFeB (Neodminyum-Demir-Bor) mıknatısları kapsar.

33 14 AlNiCo mıknatıslar lu yıllarda geliştirilen AlNiCo malzemeler, ticari olarak kullanılan ilk mıknatıslardır. Temel bileşenleri alüminyum, nikel, kobalt ve demirin diğer basit elementlerle yaptığı bileşiklerdir. Anizotropik (sadece bir yönde optimum mıknatıslık gösterme) özellik gösterirler. Bir kez şekillendirildikten sonra sert ve kırılgan yapısı nedeniyle işlenmeleri zordur. AlNiCo malzemeler metalik biieşimi nedeniyle iyi bir elektriksel iletkendir ve diğer mıknatıslara göre en büyük üstünlüğü çok yüksek ortam sıcaklıklarında (+ C) çalışabilmesidir. Fakat düşük koersiviteve sahiptirler. Bu da dış magnetik alanlarda kolayca demagnetize olmalarına neden olur. Yüksek akı yoğunluğuna karşılık dayanma özellikleri düşüktür. Bu sakıncasından dolayı sürekli mıknatıslı rotor yapımında fazla kullanım alanına sahip değildir. Seramik mıknatıslar İlk kez li yıllarda kullanılmaya başlanmışlardır. Seramik sürekli mıknatıslar demir oksitlerin stronsiyum ve baryum bileşikleriyle elde edilirler. Sert ve kırılgan yapıya sahiptirler. AlNiCo mıknatıslarla karşılaştırıldığında yüksek manyetik akı yoğunluğuna, yüksek koersitif kuvvete ve oksidasyon direncine sahiptirler. C ye varan ortam sıcaklıklarında çalışabilirler. Mıknatısiyet özelliklerini kaybetme riski yoktur. Maliyetlerinin düşük olması ve çok bulunan mıknatıs türü olması nedeniyle sürekli mıknatıslı rotor yapımında yaygın olarak kullanılmaktadır. Düşük sıkıştırma derecelerinde kırılgan olup, yüksek ısı sabitine sahiptir. SmCo mıknatıslar Bir nadir dünya elementi olan samaryumun kobaltla birleşimi ların sonlarında keşfedilmiştir. Önce SmCo 5, sonra da daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olan

34 15 Sm 2 Co 17 alaşımı üretilmiştir. Bu malzeme yüksek artık akı yoğunluğu Br ve yüksek koersivite özellik değeri gösterir. Dolayısıyla demagnetizasyon direnci yüksektir. Zayıf yönü kolayca kırılabilir ve parçalanabilir olmasıdır. Bu nedenle şekillendirme aşamasında özel yöntemler kullanılmalıdır. Bundan başka, samaryum ve kobaltın kolayca elde edilemeyen elementler olması nedeniyle maliyetleri yüksektir. Düşük sıcaklık sabitine sahip olup bu özelliği ile AlNiCo mıknatıs türüne benzer g/cm³ gibi yüksek yoğunluğa sahip olması sebebiyle de ağırdır. Samaryum-kobalt mıknatıslar manyetik özellikleri bakımından en iyi özelliğe sahip mıknatıslardır. Akı yoğunluğu ve dayanma özellikleri çok fazladır. NdFeB mıknatıslar Bu malzemeler günümüzde kullanılan en yüksek enerji yoğunluğuna sahip mıknatıslardır lerin başında keşfedilmişlerdir. SmCo ile kıyaslandığında daha yüksek enerji üretim kapasitesi ve koersiviteye (malzemenin, mıknatıslık özelliğini ortadan kaldıracak yönde var olan di manyetik alanlara karşı gösterdiği direnç) daha fazla mekanik dayanıma ve daha düşük ısıl kararlılığa sahiptirler. º C nin üzerindeki sıcaklıklarda manyetik performansları hızlı bir şekilde kötüleşir. Bu nedenle özellikle çalışma sıcaklığının 80 C den düşük olduğu ortamlarda SmCo mıknatıslara iyi bir alternatif oluştururlar. Malzemenin korozyon ve oksidasyona karşı korunması için genellikle çinko veya nikel kaplama kullanılır [3,4] Sürekli mıknatısların seçimi Aşağıda, dört ana tipteki mıknatıs malzemelerin temel özellikleri göz önüne alınarak yapılan karşılaştırma çizelge halinde verilmiştir.

35 16 Çizelge SM malzemelerin karşılaştırılması Malzeme Maksimum Maksimum Demagnetizasyon Çalışma Manyetik Maliyet Direnci Sıcaklığı Enerji NdFeB C 48 MGOe Yüksek Yüksek SmCo C 32 MGOe Çok Yüksek Yüksek AlNiCo C 7,5 MGOe Orta Orta Seramik C 4 MGOe Çok Düşük Düşük Mıknatıs malzeme seçim aşamasında göz önünde tutulacak kriterler iki ana grupta ele alınır, bunlar ekonomik bakımdan verimlilik, teknik açıdan yeterliliktir. Uygulamalar için seçilecek mıknatıs malzemede teknik olarak istenen koşullar ise; Yüksek enerji Üretim değeri (B-H), kompakt bir elektromagnetik çekirdek yapısı elde edilmesini kolaylaştırır, Yüksek artık akı yoğunluğu (Br) değeri, mıknatısın gücünü belirlediğinden dolayı makinada yüksek moment oluşumunu sağlar, Yüksek koersivite (He) değeri, mıknatısın zayıflatıcı alanlara karşı direncinin yüksek olduğunu gösterir, Doğrusal mıknatıslanma eğrisi (B-H), dinamik çalışma koşullarında kayıpların düşük olmasını sağlar. Çalışma sıcaklığı da önemli bir faktördür. Mıknatıs malzemeler ısı artışına karşı olumsuz tepki verirler. Çünkü ısı enerjisi, akı yoğunluğunu ve malzemenin magnetik kararlılığını azaltır. Curie noktası olarak adlandırılan sıcaklıkta malzeme mıknatıslanma özelliğini kaybeder ve daha düşük bir sıcaklıkta yeniden mıknatıslanması gerekir.

36 17 Farklı tiplerdeki mıknatıs malzemelerin mıknatıslanma karakteristikleri aynı eksen takımı üzerinde gösterilirse, yukarıda verilen kriterler için karşılaştırma daha kolay bir şekilde yapılabilir. Şekil SM malzemelerin mıknatıslanma karakteristikleri NdFeB ve SmCo mıknatısların mıknatıslanma eğrileri arasındaki benzerlikten dolayı çoğu uygulamada SmCo yerine NdFeB mıknatıslar kullanılır. Bununla beraber, SmCo mıknatıslar, mıknatısın çalışma süresince yüksek sıcaklıklarda yüksek demagnetizasyon alanlarına maruz kaldığı uygulamalarda kullanımını sürdürmektedir. Bütün sabit mıknatısların içinde seramik tip malzemeden elde edilen manyetik akının birim maliyeti en düşüktür. Bununla beraber, düşük hacim ve ağırlık gereken çoğu uygulamada bu mıknatısların yerine NdFeB mıknatıslar kullanılır. Ek olarak NdFeB malzemelerin sahip olduğu yüksek enerji üretim değeri, daha küçük boyutlu mıknatısların kullanımına olanak vermektedir Sabit mıknatıslı rotor yapıları Tasarım özelliklerine göre mıknatıs malzeme, rotorda yüzeye monte edilebileceği gibi, rotorun içine de farklı yapılarda yerleştirilebilir.

37 18 Rotor yüzeyinde mıknatıs malzeme yapısı Bu yapıda mıknatıs malzeme, yay şeklinde rotor yüzeyine yapıştırılabileceği gibi, rotor yüzeyinde açılan oluklara da yerleştirilebilir (Şekil ). Bu yöntemde iki farklı tip rotor yapısı elde edilebilir. Şekil Rotor yüzeyinde mıknatıs malzeme yapısı 2 kutuplu bir motor yapısı düşünüldüğünde eğer mıknatıslar rotor yüzeyine çıkıntılı olarak yerleştirilirse ve kullanılacak olan mıknatısın yay uzunluğu den az ise, çıkık kutuplu rotor yapısı oluşturulur. Rotor yüzeyine çıkıntılı olarak yerleştirilen mıknatısların yay uzunluğu ise veya mıknatıslar rotor içine açılan oluklara yerleştirilirse yuvarlak rotor yapısı elde edilir. Rotor yüzeyinde mıknatıs malzeme yapısında mıknatısların yerleştirilmesi için epoksi yapıştırıcı kullanılır. Buna bağlı olarak, yüksek hız gerektiren uygulamalarda, savrulmaya karşı dayanımlarının düşük olması nedeniyle bu yapıdaki makinalar tercih edilmez. Rotora gömülü mıknatıs malzeme yapısı Bu yapıda mıknatıs malzeme Şekil de görüldüğü gibi rotorun içine yerleştirilir. Bu tip makinaların (üretim maliyetlerinin yüksek olmasına karşın, savrulma

38 19 etkilerine karşı dirençli olmaları nedeniyle yüksek hızlı çalışma koşullarında tercih edilirler. Şekil Rotora gömülü mıknatıs malzeme yapısı Rotor yüzeyinde mıknatıs malzeme yapısına sahip makinalarda nominal hızın en fazla 1,5 katına kadar çıkılması mümkündür. Gömülü mıknatıs yapısında ise nominal hızın katına kadar çıkılabilir. Rotor yüzeyine yapıştırılan mıknatıs yapısındaki makinalar fırçasız d.a makinalarında, gömülü mıknatıs yapısı ise SM senkron makinalarda kullanılır [4] Eviriciler ve Anahtarlama Yöntemleri Eviriciler; d.a gerilimini, frekansı ve genliği değiştirerek alternatif forma dönüştüren güç elektroniği devreleridir. Fırçasız d.a motorlarında tek fazlı sürücü devresi, iki fazlı sürücü devresi ve üç fazlı sürücü devresi gibi çeşitli devreler kullanılır. Burada üç fazlı sürücü devresinden (üç fazlı eviriciler) bahsedilecektir fazlı eviriciler Üç fazlı eviriciler, genellikle uçlarında ters yönde paralel bağlı diyotlar bulunan altı adet güç elemanının Şekil deki gibi bağlanmasından oluşur. Güç elemanlarının uygun bir şekilde anahtarlanmasıyla doğru akım besleme gerilimi Vda, evirici cihazlarında alternatif özellikli Va,Vb ve Vc gerilimlerine dönüşür.

39 20 Şekil fazlı gerilim kaynaklı evirici güç devresi Güç elemanlarına ters polaritede paralel bağlı yüksek hızlı diyotlarının omik yüklerde önemli bir işlevi yoktur. Ancak, indüktif yüklerde akımın gerilimden geri fazda olması nedeniyle güç elemanlarının anahtarlanması sırasında diyotlar akımın yön değiştirmesini kolaylaştıran bir yol oluştururlar. Eviriciler, doğru akım besleme kaynağına göre akım kaynağı veya gerilim kaynağı eviricileri olarak isimlendirilirler. Akım kaynağı eviricileri, kısa devre durumunda aşırı akımlardan koruma ve düşük anahtarlama hızlarında verimli çalışma gibi üstünlüklere sahiptir. Gerilim kaynağı eviricileri, güç faktörlerinin yüksek ve motorun ürettiği moment dallanmalarının düşük olması, eviricideki herhangi bir açık devre durumunda yüksek gerilimlere karşı koruma sağlaması ve boyut olarak küçük olması gibi üstünlük nedeniyle elektrik motorlarının hız ve konum ayar devrelerinde yaygın olarak kullanılır. Eviricilerin, genliği ve frekansı değiştirilebilen düzgün bir sinüzoidal çıkış geriliminin olması ve akım üretebilmesi gerekir. Bu nedenle, güç elemanlarının uygun şekilde anahtarlanması, bir eviricinin arzu edilen davranışı göstermesi açısından basamaklı bir alternatif gerilim şeklinde olacak ve çeşitli harmonik bileşenleri içerecektir. Bu nedenle eviricilerden beklenen nitelikleri elde edecek şekilde çeşitli anahtarlama yöntemleri geliştirilmiş ve bunlardan bazıları aşağıda ele alınmıştır.

40 Darbe genişlik modülasyonu (PWM) anahtarlama yöntemi Eviricilerin kullanıldığı motor kontrol devrelerinde dengeli d.a giriş gerilimi elde etmek, eviricinin çıkış gerilimini değiştirmek ve sabit frekans kontrolü sağlamak için eviricinin çıkış geriliminin ayarlanması gerekir. Evirici çıkış gerilimini değiştirmek ve sabit frekans kontrolü sağlamak için eviricinin çıkış geriliminin ayarlanması gerekir. Eviricinin çıkış genliğini ayarlamada en etkin yöntem PWM ile güç elemanlarının anahtarlanmasıdır. PWM in esası, bir periyot süresince evirici güç elemanlarını bir kez açık bir kez de kapalı tutmak yerine, çok sayıda anahtarlayarak açık ve kapalı kalma süreleri ayarlanmaktadır. Bu şekilde güç elemanlarının açıkkapalı kalış süreleri değiştirilerek istenilen bir frekansta evirici çıkış geriliminin genliği ayarlanabilir. Çeşitli PWM anahtarlama yöntemleri geliştirilmekle birlikte sinüzoidal PWM olarak bilinen ve üç fazlı referans sinüzoidal sinyallerle bir üçgen dalga sinyalin karşılaştırılması sonucu elde edilen anahtarlama sinyalleri ve evirici çıkış gerilimi Şekil da verilmiştir. Şekilde, N eviricinin doğru akım beslemesinin negatif ucunu gösterir. V an, V bn ve V cn negatif besleme ucuna göre her bir faz sargısının gerilimlerini gösterir. Fırçasız d.a motorunun PWM eviricisi ile kullanılması halinde, referans sinyallerin frekanslarına ve rotor hızına bağlı olarak konum algılayıcısından elde edilen sinyalleri uygun anahtarlama sinyallerine dönüştüren bir kodlama devresi gereklidir [].

41 22 Şekil Sinüzoidal PWM anahtarlama yöntemi Fırçasız Doğru Akım Motorların (FDAM) Çalışma Prensipleri Bir fırçasız d.a motorunun çalışması birkaç basit kural ile açıklanabilir. Bunlar; bir sabit mıknatısın bir demiri çekmesi, sabit mıknatısın karşıt kutuplarının (N ve S) birbirini çekmesi, aynı kutupların (N-N veya S-S) birbirini itmesi, bir bobinden geçen akımın büyüklüğüyle orantılı olarak bir elektromıknatısın oluşmasıdır. Manyetik alan içerisine konulan sabit mıknatıs θ kadar döndürülürler ise, θ=0 olacak şekilde mıknatıslar bir geri hareket eğilimi gösterir. Mıknatısın Şekil da gösterildiği gibi hareket etmesi bir moment oluşturur.

42 23 Şekil Mıknatısın iki kutup arasındaki hareketi Sabit Mıknatıslı FDAM sistemi SM fırçasız d.a makinaları, klasik doğru akım makinaları veya asenkron makinalar gibi doğrudan besleme kaynağına bağlanarak çalışmazlar. İleride açıklanacağı gibi, bir kontrol devresine ihtiyaç duyarlar. Bu nedenle bu tip makinalar, kontrol devreleri ve diğer yardımcı elemanlarıyla bütün bir sistem olarak incelenmektedir. Bir SM fırçasız d.a motor sistemi üç ana kısımda incelenebilir, bunlar; Motor Konum algılayıcı Denetleyici kısımlarıdır. Şekil SM fırçasız d.a motor sistemi

43 24 Doğru akım motorlarına benzer şekilde, fırçasız motorlar sabit bir doğru akım kaynağından beslenebilir ve hız, besleme gerilimi değiştirilerek ayarlanabilir. Bir evirici (inverter) tarafından sürülen fırçasız d.a motorlarında, güç yarı iletkenlerin sırası ile tetiklenmesi sonucu sargılara akım verilir. Servomotorlarda konum bilgileri, konum sensörleri tarafından transistor tetikleme devresine gönderilir. Transistor tetikleme devresi konum bilgilerine göre güç yarı iletkenlerini sırası ile tetikler. Fırçasız d.a motorlarında güç yarı iletkenleri mikroişlemcilerle de tetiklenebilir. Bir servomotorun sürücü devresinin bağlantı şeması Şekil de verilmiştir. Stator sargılarında meydana gelen bileşke manyetik alan, rotor manyetik alanına 90 lik açıyla nüfuz etmektedir. Rotor manyetik alanına 90 lik açıyla nüfuz eden stator bileşke manyetik alanı, rotorda saat yönünde bir moment oluşturur. Bu momentten dolayı rotor döner. Bu esnada konum sensörü, rotor bilgilerini sürücü devresine iletir ve T5 transistörü kesime gider, T6 transistörü ise iletime geçer. Böylece stator bileşke manyetik alanı saat yönünde 60 lik bir açı ile dönecektir. Buna bağlı olarak rotor da 60 döner. Konum sensorü rotorun konumunu tekrar sürücüye aktarmak suretiyle T4 transistorünü kesime götürür ve T3 transistörünü iletime geçirir. Transistörler bu şekilde iletime ve kesime götürtülmek suretiyle motorun sürekli hareketi sağlanır. Fırçasız d.a motorlarında hız, sargılara uygulanan akımın meydana getirdiği manyetik alanın sabit mıknatıslı rotoru etkilemesi sonucu elde edilir. Motor sargılarından sırası ile akım geçirmek suretiyle rotorun sürekli devri sağlanır. Fırçasız d.a motorlarında hız kontrolü ise açısal hız geri beslemeli veya faz kilitleme döngüsü şeklinde iki yolla yapılabilir. Açısal hız geri besleme devresinde hız düzeltme momenti, gerçek hız ile referans hız arasındaki fark ile orantılıdır. Faz kilitli döngü tekniğinde ise hız düzeltme momenti motor fazı ile saat arasındaki faz gecikmesinin bir fonksiyonudur. Faz kilit kontrolü çok hassastır. Fırçasız d.a motorlarında frenleme işlemi, stator sargılarının kısa devre edilmesiyle gerçekleştirilebilir.

44 25 Çizelge Hall sensör konumuna göre aktif anahtar ve faz akımları Sıra No Hall Sensör Girişi Aktif PWM Sinyalleri Faz Akımları H1 H2 H3 A B C PWM1(T1) PWM4(T6) DC+ Off DC PWM1(T1) PWM2(T4) DC+ DC- Off PWM5(T5) PWM2(T4) Off DC- DC PWM5(T5) PWM0(T2) DC- Off DC PWM3(T3) PWM0(T2) DC- DC+ Off PWM3(T3) PWM4(T6) Off DC+ DC Sargı komutasyonu Sabit mıknatıslı fırçasız doğru akım motorunun stator sargıları, doğru gerilimi çok fazlı alternatif gerilime çeviren bir evirici (inverter) devresi üzerinden beslenir. Faz sargılarına uygulanacak akımlar tek yönlü veya çift yönlü olabilir. Anahtarlama, rotorun pozisyonunu gösteren alan etkili sensör kodlarının okuma işlemidir. Eğer rotorun pozisyonu bilinirse, rotor mıknatısların pozisyonuda bilinir. Motorun devamlı dönüşünü sağlamak için, doğru fazlar doğru sırayla iletime ve kesime geçmelidir ki böylece uygulanan voltaj rotorun pozisyonuyla senkronize olabilsin. Akım genliğine bağlı olarak motora farklı büyüklükte bir tork uygulanabilir. FDAM komutasyonunda iki temel yöntem vardır. anahtarlama metodu iletim modu transistörleri lik elektriksel bir açı süresinde iletimde, º lik açıda ise kesimde tutar. º süreksiz akımla besleme yönteminde, faz sargılarının bir dönüş periyodu içinde enerjisiz kaldığı zaman dilimleri söz konusudur. Aynı fazdaki alt ve üst transistörlerin her ikisi aynı anda iletime sokulmamalıdır. º iletim modunda çalışan motor dalga şekilleri Şekil de, anahtarlama durumu Şekil te gösterilmektedir.

45 26 PWM sinyalleri, kullanılan akım düzenleme algoritmasına bağlı olarak doluluk oranında (duty cycle) değişir. PWM sinyali yüksek iken, herhangi bir anda sadece iki transistör iletimdedir. Bunlardan bir tanesi alternatif fazlarının üst tarafında diğeri ise alt tarafındadır. PWM düşük seviyeye geçerse, alt anahtar kesime gider ve karşılığı olan üst anahtar iletime geçer. Bu metot senkron doğrultma diye adlandırılır. Çünkü bu yöntem akımın birbirine paralel olan üst anahtarlar ve iletimdeki diyotlar üzerinden akmasını sağlar ve böylece iletim kayıpları önlenir. Şekil te iki kutuplu motorun º anahtarlama yöntemindeki alan etkili kodlarını, rotor mıknatıslarının dönüşünü ve buna karşılık olarak motor sargılarında akan akım gösterilmektedir. Şekil º iletim modlu motorun zıt emk ve akım sinyalleri Şekil º süreksiz akım durumu anahtarlama sinyalleri

46 Şekil º anahtarlama yöntemi 27

47 anahtarlama metodu Üç fazlı motor, evirici (inverter) devresi ile iki farklı yöntem kullanılarak beslenebilir. º sürekli akımla besleme durumunda faz sargılarında sürekli olarak pozitif veya negatif yönde akım akar. º iletim modunda çalışan motor dalga şekilleri Şekil de, anahtarlama durumu Şekil de gösterilmektedir. º lik iletim modu transistörleri º lik elektriksel açı süresinde iletimde, º lik açıda ise kesimde tutar. º anahtarlamasına benzer olarak, bir PWM sinyali kullanılan akım düzenleme algoritmasına bağlı olarak doluluk oranında (duty cycle) değişir. PWM sinyali yüksek olduğunda üç transistör herhangi bir zamanda iletime geçer. Bu üç transistörden ya ikisi üst tarafta birisi alt tarafta, ya da biri üst, ikisi alt taraftadır. PWM sinyali düşük seviyeye geçtiğinde tek bir aktif anahtarı olan taraf değişir ve buna karşılık gelen anahtar iletime geçer. Aynı şekilde yine senkron doğrultma; bir birine paralel olan üst anahtarlar ve iletimdeki diyotlar üzerinden akım akarken gerçekleşir ve böylece iletim kayıplarının önüne geçilmiş olur. 2 kutuplu motor; º komutasyondaki alan etki kodlarının rotor mıknatıslarının dönüşünü ve buna karşılık olarak motor sargılarında akan akım Şekil de gösterilmiştir. Şekil º iletim modlu motorun zıt emk ve akım sinyalleri

48 Şekil º sürekli akım durumu anahtarlama sinyalleri 29

49 Şekil º anahtarlama yöntemi 30

50 Moment üretimi Burada, Şekil de verilen 3 fazlı, º lik mıknatıs yaylarına sahip makina için, çift yönlü akımla çalışma durumunda moment üretimi açıklanmaktadır. Şekil süreksiz akımla çalışma durumunda moment üretimi Şekil de görüldüğü gibi, üç faza ait sargılar stator üzerine 60 lik yaylar halinde yerleştirilmektedir. Rotor halkası ve stator faz yayları arasında, mmk halkası olarak adlandırılan üçüncü bir halka görülmektedir. Bu halka, stator akımlarının mmk dağılımlarını gösterir. Süreksiz akımla çalışma durumunda iki faz iletimiyle, makinada zıt polaritede iki sektör vardır. Her biri º genişliktedir ve iki tane 60 lik sıfır emk lı bölümle ayrılır. Şekilde görülen durumda A fazı pozitif akım ve C fazı negatif akım iletmektedir. Bir başka deyişle, bu anda sadece mıknatıs yayının 2/3 ü ve stator iletkenlerinin 2/3 ü moment üretimine katkıda bulunmaktadır. Sürekli akımla besleme durumunda ise aynı anda her üç faz sargısından da akım akar. Bu durumda stator iletkenlerinin tamamı moment üretimine katkıda bulunmaktadır. Rotor döndükçe, uygun faz sargılarının doğru zamanda iletime sokulmasıyla mmk ve akı dağılımları örtüşmeye devam eder ve moment 60 º lik hareket için sabit kalır. Fakat daha önce de bahsedildiği gibi mıknatıs akı dağılımı mükemmel derecede dikdörtgen forma sahip değildir. Yüksek koersiviteye sahip mıknatıslar kullanılsa da º genişliğinde bir geçiş bölgesi söz konusudur. Bu

51 32 nedenle akı dağılımı trapezoidal şekildedir. Benzer şekilde statorun oluşturduğu mmk dağılımı da dikdörtgen formda değildir. Bundan dolayı aktif fazların değiştiği her 60 lik harekette momentte bir dalgalanma oluşur. Konum bilgisinin değerlendirilmesinin önemi burada ortaya çıkmaktadır. Konum algılayıcılardan gelen bilgiler doğru biçimde değerlendirilmeli ve kullanılmalıdır [16,17] Konum algılayıcılar SM fırçasız d.a motorunun, a.a senkron motordan bir diğer farkı, motor kontrolü için gereksinim duyulan rotor konum algılayıcılardır. Bu algılayıcılar, stator sargı akımlarının doğru zamanda anahtarlanması için, elektronik kontrol devresi için rotor konum bilgisini sağlar. Bir sürücü devresinin kullanılmasındaki temel amaç doğru sargıyı doğru yönde ve doğru zamanda enerjilemektir. Bu olguya komutasyon denir. Çoğu kontrol sistemlerinde, motora yönelik bilgilerin gerei beslemesini sağlamak için birkaç sensör kullanılır. Bu sensörler, kontrol çevrimi içinde kullanılır ve hasarlanabilecek motorun arızasını tanımlayarak motor güvenliğini artırır. Şekil da geri besleme bilgisi için kullanılan bazı algılayıcılar gösterilmektedir. Şekil Geri besleme algılayıcı türleri

52 33 En yaygın olarak kullanılan konum algılayıcıları alan etkili algılayıcılardır. Bununla birlikte bu iş için optik algılayıcılar da kullanılabilmektedir. Alan etkili algılayıcılar oldukça az yer kaplar ve motorun içine kolayca yerleştirilebilir. Algılayıcı eleman seçiminde maliyet ve motorun çalışma koşulları gibi ölçütler etkili olmaktadır. FDAM sistemleri için iki tip sensör vardır: akım ve konum (pozisyon) sensörü. 6- adımlı akım kontrolünde, d.a link akımının genliği, daima motor faz akımına eşit olduğu için d.a link akımı faz akımının yerine ölçülür. Böylece, eviriciye seri bağlı şönt direnç genellikle akım sensörü olarak kullanılır. Hall-etkili konum sensörleri, sabit tork üretmek için rotor konumlu stator tahrikini senkronize etmek için gerekli konum bilgisini sağlar. Hall-etkili sensörler manyetik alandaki değişimi algılar. Rotor mıknatısları Hall-etkili sensörleri tetiklemek için kullanılır. 6-adımlı akım kontrol algoritması için, rotor konumu her bir elektriksel döngüde yalnızca altı ayrık noktada bulunmaya gerek duyar. Denetleyici, bu altı noktayı izler, böylelikle doğru anahtarların, doğru zamanlarda iletime-kesime sokulması sağlanır. HaIl etkili algılayıcılar Hall olayı, yılında Amerikan araştırmacı E.H. Hall tarafından bulunmuştur. İçinden i akımı gecen bakır bir şerit plakanın yüzeyini B manyetik alanına dik gelecek şekilde yerleştirdiğimizde plakaya saptırıcı kuvvet uygulanacaktır. Bu saptırıcı kuvvet, plaka üzerindeki her bir yüke uygulanan kuvvetlerin bileşkesidir. Bu kuvvet plaka uçlarında bir potansiyel farkı meydana getirir. Şekil de hall algılayıcıların rotor çevresine yerleşimi gösterilmektedir, Hall sensörden alınan sayısal sinyaller rotor konumunu belirtir.

53 34 Şekil Hall algılayıcıların yerleşimi Fototransistörler Fototransistörler, yüzeyine bir ışık temas ettiği zaman, gerilim meydana getiren elemanlardır. Fototransistör devrede yarıiletken yüzeye temas eden ışık, yarı iletken üzerindeki elektronları metal yüzeye doğru iter. Bundan dolayı metal yüzeyde bir negatif potansiyel meydana gelir. Böylece metal yüzey ile yarı iletken arasında bir potansiyel farkı oluşur. Fototransistörlerden elde edilen bu gerilim, fırçasız d.a motorunun sürücüsündeki güç yarıiletkenlerini tetiklemede kullanılabilir. Algılayıcısız kontrol Son yıllarda, algılayıcısız kontrol yöntemleri uygulanmakta olup bunlardan biri sıfır geçiş yöntemi olarak adlandırılan metottur. Faz sargılarına º genişlikte akımlar uygulandığında, üç fazlı bir motorda, fazlardan biri pozitif diğeri negatif akım akıtacak, üçüncü faz ise pasif durumda kalacaktır. Sıfırdan geçiş yönteminde pasif durumdaki bu faz, zıt emk yi ölçmek için kullanılabilir. Zıt emk nın sıfırdan geçtiği nokta, iki komutasyon noktasının tam ortasıdır. Buradan hareketle, sıfır noktasından geçiş gerçekleştiğinde, önceki sıfırdan geçiş noktasına yarı periyod süresi ekleyerek, bir sonraki komutasyonun gerçekleşeceği zaman tahmin edilebilir.

54 Fırçasız Doğru Akım Motorların emk Eşitlikleri Bir fırçasız d.a makinasının moment üretiminin açıklanması için aşağıdaki Şekil de görülen üç fazlı, statorunda 12 oluk ve rotorunda ise lik yay uzunluğuna sahip mıknatıs malzeme bulunan makina yapısı kullanılacaktır. Makinada her bir faz başına, eksenleri diğerine göre 30 açıyla yerleştirilmiş ve her birinde N sarımlı iletken bulunan seri bağlı iki oluk düşmektedir. Şekil Üç fazlı SM fırçasız d.a makina yapısı Rotordaki mıknatıslı hava aralığında oluşturduğu akı yoğunluğu Şekil de görülmektedir. İdeal durumda lik mıknatıs yayları için bu şekil aşağıdaki gibidir. Fakat gerçekte bu eğri saf bir dikdörtgen forma sahip değildir. Kaçak akılar nedeniyle oluşan saçaklanma etkisiyle köşeler yuvarlanır. Şekil Mıknatıs malzemenin hava aralığında oluşturduğu akı yoğunluğu

55 36 Rotor º arasında hareket ederken, bobin akısının θ ya bağlı değişimi: ψ ( θ) 1 θ = ψ π /2 1 1max ve bir faza ait tek bir bobinde endüklenen emk; d 1 1d d 1 e ψ 1 = = ψ θ = w ψ dt θ dt dθ şeklinde yazılır. Bu ifade, Şekil (b) de gösterilen kare dalga emk, e a1 in büyüklüğünü verir. A fazının ikinci bobinde endüklenen emk dalga şekli de birincinin aynısıdır. Ancak, 30 º lik bir kayma söz konusudur. Bu da Şekil (c) de gösterilmiştir. Bu iki bobin seri bağlanarak A fazını oluşturduğundan dolayı toplam faz gerilimi, iki ayrı bobine ait gerilimin toplamı olacaktır (Şekil (d)). Şekil Endüklenen emk dalga şekilleri (a) Faz sargısının iki bobinindeki toplam akı (b) A faz sargısının birinci bobininde endüklenen emk (c) A faz sargısının ikinci bobininde endüklenen emk (d) Faz sargısının emk dalga şekli

56 37 Saçaklanma olayı nedeniyle köşeler yuvarlanacağından dalga trapezoidal şekildedir. Faz emk sının büyüklüğü; e= 2. Nfaz. Bg. lr. i. w () Şeklinde formüle edilir. Burada; Nfaz faz başına sarım sayısı, Bg hava aralığı akı yoğunluğu, l stator uzunluğu, ri stator iç yarıçapı ve w açısal hızı gösterir. Bir fazın iki bobinden oluştuğu düşünülürse; Nfaz = 2Nl olacaktır. Şekil Faz sargılarına ait büyüklükler ve üretilen güç

57 38 Şekil te üç fazlı bir SM fırçasız d.a motorunun akım, endüklenen emk ve üretilen güç dalga şekilleri, her bir faz için ayrı ayrı gösterilmektedir. Buradan da görüldüğü gibi, rotorun her º lik dönüşü için makinada üretilen güç sabit kalır [4] Denetleyici Motora uygulanan kontrol sistemine göre farklı sayılarda yarıiletken anahtarlama elemanından oluşan bu devre, konum algılayıcısından gelen rotor konum bilgisini değerlendirerek, anahtarlama elemanlarının açma-kapama zamanlarını belirler. Sargıların enerjilendirilmesi, hava aralığında rotor tarafından üretilen alana göre sabit konumda kalacak döner alan oluşturmak için güç transistörleri kullanılarak yapılır. Fırçasız d.a makinaları farklı faz sayılarında (2,3,4,5, vs) olabilir. Buna bağlı olarak, bu fazları kontrol eden anahtarlama elemanlarının sayısı da değişecektir. Sargıları kontrol etmek için faz başına bir veya iki anahtarlama elemanı kullanılabilir. Bunlar farklı kombinasyonlarla tetiklenerek, sargılardan akacak akım kontrol edilebilir. Akım, eğer faz sargılarında tek yönde akıyorsa tek kutuplu (unipolar), çift yönde akıyorsa çift kutuplu (bipolar) çalışma olarak adlandırılır. Şekil Üç fazlı motor için; (a) Tek kutuplu çalışma

58 39 Şekil (Devam). Üç fazlı motor için; (b) Çift kutuplu çalışma Şekil (a) da üç fazlı bir motor için tek kutuplu çalışma gösterilmektedir. Her bir faz sargısını kontrol etmek için bir anahtarlama elemanı kullanılmaktadır. Anahtarlama elemanlarının tetiklenme düzeni ile akım faz sargılarında tek yönlü olarak akar. Şekil (b) de ise, yine üç fazlı bir motor için çift kutuplu çalışma gösterilmektedir. Burada aynı anda T1-T3-T5 ve T2-T4-T56 anahtar gruplarından en az birer tanesi iletime sokulur. Dolayısı ile akım, aynı anda birden fazla faz sargısından zıt yönlerde akar Kontrol Yöntemleri Elektrik makinalarından istenen performansı elde edebilmek için birçok kontrol yöntemi geliştirilmiştir. Fırçasız d.a motorları, yüksek performanslı sürücülere ihtiyaç gösterirler. Son zamanlarda fırçasız d.a motorlarının performansını arttırmak için çeşitli kontrol yöntemleri denenmiştir. Ancak fırçasız d.a motor kontrolünde, motor yapısının basit ve sade olması nedeniyle genellikle PI kontrol yöntemi kullanılmaktadır. Bu kontrol yöntemi servo sistemlerde kullanıldığı zaman sistemin tepkisi hızlı olur. Ancak çok yüksek performans gerektiren izleme bağlantılarında

59 40 kullanıldığı zaman büyük yüklerde izleme hatası ortaya çıkar. Bu tez çalışmasında, PI kontrol yöntemi ve PID kontrol yöntemi hakkında bilgi verilecektir. Ayrıca, PI ve PID kontrol yöntemleri kullanılarak FDAM ın kontrolü DSP ile gerçekleştirilip, sonuçlar değerlendirilecektir. PI kontrolü, P (Oransal) ve I (Integral) kontrollerinin birleşiminden oluşur. P kontrol; normal olarak kararlı bir çalışma oluşturur ve bir sürekli rejim hatası oluşturur. Kpp (kazanç sabiti) değeri arttırılarak bu hata küçültülebilir. I kontrol; hatanın integralini alarak sürekli rejim hatasını sıfırlamayı sağlar. Integral etkiye bazen reset etki adı verilir. P ve I kontrollerinin birleşiminden oluşan PI kontrolde, işlemin sürekli rejim hatası sıfırdır. PI kontrolü, işlemsel yükselteç adı verilen ve elektrik elemanlarından oluşan cihazlarla yapılır. İşlemsel yükselteçler birkaç gerilim girişini aynı anda alarak bunları toplayabilecek yetenektedirler. Girişlerin fazla sayıda olması çok geri beslemeli devreler kurulmasına ya da birden fazla giriş kullanılarak karmaşık referans girişlerin sentezine imkân verir. İşlemsel yükselteçler, geri besleme bilgisi ile referans giriş arasındaki farkı alarak hata miktarını bulur. Daha sonra bu hataya, istenen kontrol işlemi uygulanarak elektrik akımı cinsinden bir çıkış elde edilir. Piyasada kullanılan işlemsel yükselteçlerden bazılarında Oransal-Integral-Türevsel (PID) kontrol işlemi özellikleri olmasına karşın, pek çoğunda sadece oransal (P) kontrol işlemi vardır. İşlemsel yükselteçler akım kaynağı olarak çalışırlar. Yani içlerinde bulunan akım geri beslemesi sayesinde giriş gerilimi ile orantılı bir çıkış akımı verirler. İşlemsel yükselteçlerin çıkışları genellikle ma arasındadır. Ancak bazı durumlarda 50 ma e kadar çıkış veren yükselteçler kullanılabilir olduğu ifade edilmiştir. Yükselteç karakteristiği kısaca, i(t)=kpp E(t) eşitliği ile belirlenebilir. Burada Kpp, terimi kazanç sabitini, E(t) ise hata miktarını gösterir. Fark alıcı ve kontrol organı servo yükselteç içerisinde yer alır. Şekil ,

60 41 Şekil ve Şekil de sırasıyla P, I ve PI kontrolü yapan işlemsel yükselteçlerin şematik gösterimleri verilmiştir. Şekil Oransal (P) kontrol yapan yükselteç devresi Şekil Integral (I) kontrol yapan yükselteç devresi

61 42 Şekil Oransal-Integral (PI) kontrol yapan yükselteç devresi Şekil da PI kontrol sisteminin blok şeması verilmiştir. Şekil Oransal-Integral (PI) kontrol devresi Sistemin çıkışı; t iqs = Kpp( wr wr) + Kpi ( wr wr) dt olur. * * * 0

62 Sabit Mıknatıslı FDAM Matematiksel Modeli Elektrik makinaları için, makina hangi tipte olursa olsun, dinamik davranışlarını etkileyen birçok parametre vardır. Laboratuvar koşullarında, makina analizi yapılırken, değişen giriş parametrelerine bağlı olarak çıkışın değişimi görülebilmesine karşın, laboratuar koşulları dışında bu analizlerin yapılması oldukça zordur. Bu amaçla, farklı yöntemler kullanılarak, makinanın davranışını ifade eden matematiksel denklemler elde edilerek makinanın modeli oluşturulur. Hatta bu model çeşitli yardımcı yöntemlerle basitleştirilerek özellikle bilgisayar ortamında kurulan sistemin cevabı kolay bir şekilde elde edilebilir. SM makinaların davranışlarının incelenmesi amacıyla da, makinanın tipine göre farklı yöntemler uygulanması gereklidir. SM senkron makinalarda, faz sargılarının stator üzerine sinüzoidal biçimde dağıtılmış olması nedeniyle, rotordaki mıknatısın oluşturduğu akının her bir faz sargısı üzerine dağılımı Eş deki gibi sinüzoidal biçimdedir. sinθ r λ ma λ m = λ mb sin θ r = λ mc sin θ r + 2π 3 2π 3 () Makinaya ait elektriksel denklemler yazıldığında, endüktans ifadelerinin rotor hızının fonksiyonu olarak ifade edildiği görülür. Bundan dolayı, makinanın davranışını tanımlayan gerilim eşitliklerine ait katsayılar, kilitli rotor durumu hariç zamana bağlı olarak değişen büyüklüklerdir. Değişken dönüşümü, bu diferansiyel gerilim eşitliklerinin karmaşıklığının giderilmesi için uygulanır. Bu amaçla, abc faz sistemlerine ait bazı büyüklüklerin, aşağıda açıklanan, şekilde dq0 eksen sistemine dönüşümü sağlanır. abc faz sisteminden dq0 sistemine geçiş için dönüşüm,

63 44 f qd 0 = K fabc () şeklinde formüle edilmektedir. Burada f değişkeni, değişken dönüşümü uygulanacak büyüklüğü (akım, gerilim, akı vs.) tanımlamaktadır. K 2 3 2π 2π cosθ cos θ cos θ = sinθ 2π 2π sin θ sin θ () Ters dönüşüm ise; T f K f abc = qdo () Şeklindedir. Burada; K T 1 cosθ sinθ 2 2π 2π 1 = cos θ sin θ cos 2π 2π 1 θ + sin θ () olur. dq0 dönüşümü sonunda elde edilen sıfır eksenine ait bileşen, d ve q bileşeni gibi rotor açısına bağlı olmadığından, sabit devreyle ilgili değişkenler cinsinden yazılır.

64 45 Böylece SM senkron makina iki denklem takımı yardımıyla daha basit bir şekilde analiz edilebilir. SM fırçasız d.a makinasında ise, rotordaki mıknatısın oluşturduğu akı dağılımının sinüzoidal değil de trapezoidal biçimde olması nedeniyle, senkron makinaya uygulanan dq modeli uygulanabilir değildir. Bu nedenle, bu tip makinaların matematiksel modeli, faz değişkenleri cinsinden oluşturulur [4, 19]. Şekil Üç fazlı 2 kutuplu FDA makinası Şekil da, 2 kutuplu sürekli mıknatıslı rotor ve statorunda 3 fazlı sargılar taşıyan bir sürekli mıknatıslı d.a makinası gösterilmektedir. Stator sargıları birbirlerine göre açıyla yerleştirilmiş, simetrik, yıldız bağlı sargılardır. Rotor konumunu algılamak için yine birbirlerine göre açıyla yerleştirilmiş üç tane alan etkili algılayıcı kullanılmaktadır.

65 46 Stator faz sargılarına ait gerilim denklemleri, elektriksel büyüklükler cinsinden aşağıdaki şekilde yazılabilir. vas Rs 0 0 ias Laa Lab Lac ias eas d vbs 0 Rs 0 ibs Lba Lbb Lbc ibs ebs = dt + () vcs 0 0 Rs ics Lca Lcb Lcc ics ecs Burada; R s = Her üç faz için eşit olduğu düşünülen faz başına stator sargı direncini, L ii = i. faz sargısının özendüktansını, L ij = i. ve j. faz sargısı arasındaki ortak endüktansı gösterir. Her fazda endüklenen emk nın ( e as, e bs, e cs ), Şekil deki gibi trapezoidal formda olduğu varsayılır. Endüklenen emk nın tepe değeri; Ep = ( Blv.. ). N = N.( Blrw m) = Nφ awm= λ p. wm () şeklinde elde edilir. Burada, N her fazda seri bağlı iletkenlerin sayısı, v hız (m/s), l stator uzunluğu (m), r stator iç yarıçapı (cm), w m açısal hız (rad/sn), B (Wb/m2) ise magnetik akı yoğunluğudur. Bu akı yoğunluğu rotordaki SM malzemeye bağlıdır. Laa = Lbb = Lcc = L ve Lab = Lac = Lba = Lbc = Lca = L cb = M () Yazılırsa buradan yola çıkılarak () eşitliği; vas ias L M M ias eas d vbs Rs ibs M L M ibs ebs = dt + () vcs ics M M L ics ecs şeklinde yazılabilir.

66 47 Fazlara ait stator akımlarının dengeli olması nedeniyle bu akımların toplamı sıfırdır ve bu da () eşitliğinin daha da basitleştirilmesine yardımcı olur. vas Rs 0 0 ias ( L M) 0 0 ias eas d vbs = 0 Rs 0 ibs 0 ( L M) 0 ibs ebs dt + v cs 0 0 R s i cs 0 0 ( L M) i cs e cs () Elektromagnetik moment ifadesi, Eş yardımıyla yazılabilir. T = e i + e i + e i () e as as bs bs cs cs 1 w m Endüklenen emk dalga şekilleri, Şekil ve Eş yardımıyla; e = f ( θ ) λ w () as as r p m e = f ( θ ) λ w () bs bs r p m e = f ( θ ) λ w () cs cs r p m olarak ifade edilebilir. Burada f ( θ ) f ( θ ), f ( θ ) ve f ( θ ) trapezoidal cs r fonksiyon dalga şeklini gösterir. Elektromagnetik moment bu ifadeler yardımıyla da Eş daki gibi yazılabilir. as r bs r cs r T = e λ p fas( θr) i + as fbs( θr) i + bs fcs( θr) ics () Faz sargılarına ait gerilim eşitlikleri, bir doğru akım makinasının endüvisine ait gerilim eşitlikleriyle aynıdır. Bu, makinanın SM fırçasız d.a makinası olarak adlandırılma nedenlerinden biridir.

67 48 Makinaya ait moment ifadesi, mekanik parametreler yardımı ile de; dw dt m J B wm Te TL + = () şeklinde tanımlanır. Burada; J rotor ve buna bağlı yükün ataleti (kg.m 2 ), B (Nm/rad/sn) sürtünme katsayısıdır [20].

68 49 3. DSP İLE FIRÇASIZ DA MOTOR KONTROLÜ MCK Donanımı MCK motor kontrol kiti Technosoft firması tarafından geliştirilmiş, MSK DSP kartı (TMSF Texas Instruments DSP denetleyici), PM50 güç kartı, fırçasız doğru akım motoru ve DMC Developer Pro adlı Windows tabanlı yazılım geliştirme programını içerir MCK DSP kartı Şekil de MSK DSP kartının blok diyagramı, Şekil de ise yerleşimi gösterilmektedir. Kart, PC ile iletişim için RS ara yüz içermekte ve Alan Ağı Denetleyici (Controller Area Network, CAN) hattı ağ kullanımı ile birkaç MSK DSP kart ile bağlantısını sağlayacak alıcısıya sahiptir. Şekil MSK kartın blok diyagramı

69 50 Şekil MSK kartın yerleşimi MSK DSP kartı, kword luk harici SRAM bellekle donatılmıştır. 8- kword luk seri SPI bağlantılı E2ROM bulunmaktadır. MSK DSP kartı 2- kanallı bit seri SPI-bağlı D/A dönüştürücü içerir. JTAG konektörü XDS veya XDSPP öykünme (emulator) kullanan tüm programlara uyumluluk sağlar. MSK DSP kartı, 4 genişletme konnektörü ile tüm F I/O sinyallere doğrudan erişim sağlar. İki konnektör, data, adres hattı ve kontrol sinyalleri içerir. Diğer iki konnektör, güç modülü ara yüzü için atanmıştır. Bu konektörlerin her biri d.a, a.a veya adım motoru kontrol etmek için temel giriş çıkış sinyalleri içerir. MSK DSP kartı tüm bu konnektörler vasıtasıyla bir veya iki değişik tip, güç ve özel uygulamalar için tasarlanmış harici güç modülüne bağlanmayı sağlar.

70 PM50 güç kartı PM50 güç kartı, A, 36V üç-fazlı inverter, motor fazları için bağlantılar, kodlayıcı (encoder) ve Hall sinyal bağlantıları içerir. Şekil de PM50 güç kartının blok diyagramı, Şekil te ise yerleşimi gösterilmektedir. Şekil PM50 güç kartı blok diyagramı Şekil PM50 güç kartı yerleşimi

71 Pittman fırçasız doğru akım motoru serisi Pittman fırçasız doğru akım motoru 3-faz, hall sensör ve kodlayıcıya sahiptir. Çizelge de motor parametreleri, Çizelge de ise komutasyon sırası verilmektedir. Çizelge Pittman motor parametreleri Motor Parametreleri Değeri Birimi Stator Sargı Direnci ohm Endüktans mh Zıt emk Sabiti V/ rpm Tork Sabiti mnm/a Anma Gerilimi V Yüksüz Akım 72 ma Maksimum Sabit Akım A Maksimum Sabit Tork 29 mnm Maksimum Önerilen Hız Maksimum (Peak) Akım A Maksimum (Peak) Tork 94 mnm Rotor Eylemsizlik Katsayısı kgm² Mekanik Zaman Sabiti ms Çizelge Pittman komutasyon sırası 0º +60º +º +º +º +º FAZ A + + Açık - - Açık FAZ B - Açık + + Açık - FAZ C Açık - - Açık + + SENSÖR SENSÖR SENSÖR

72 Şekil Pittman FDAM ın zıt emk, akım ve hall konum sensör sinyal gösterimi 53

73 MCK kit yazılımına bakış MSK ve MCK seti birkaç program uygulamasına sahiptir. MCWIN platformları iletişim program modülü içerir. MONPC Monitör, MSK DSP kartı ve PC arasındaki temel iletişim programıdır. DMC28X Developer Pro, kullanıcıya kendi programını geliştirme, çalıştırma, hata ayıklama (debug), gerçek zamanlı kontrol uygulamaları özelliklerini kullanma imkanı sağlar [21,22] TMSF DSP Mimarisi DSP &#;lerin sonlarından günümüze geniş bir uygulama alanı bulmuştur. DSP ler, veri sıkıştırma, fotoğraf inceleme, teşhis amaçlı görüntüleme, medikal görüntüleme, görüntülü konferans, radar, yer hareketleri kaydı ve analizi, spektral analiz, simülasyon ve modelleme, süreç izleme ve kontrol, filtreleme, vb. gibi çok geniş bir alanda kullanılmaktadır. Texas Instruments firması (TI), DSP çözümleri geliştirdi, bunlar endüstrinin yüksek performans ve kod verimli DSP ler sağlayarak sayısal kontrol imkânı sağladı. TMSC DSP denetleyici ailesi performans ve tümleşik çevresel yapı standardına sahiptir. Bu, flash bellek, çok hızlı A/D dönüştürücüler, PWM modülleri, ve CAN (Controller Aerea Network ) modüller gibi üzerinde çevresel birimleri birleştiren özelliklere sahiptir. TMSC, TMSC28X DSP ailesindendir, bu istenen kontrol uygulamaları için yüksek tümleşik, yüksek performans çözümler sunar. Bu aygıtlar, bit DSP çekirdeği, 6,67 ns çevrimde (cycle) 32x32 bit MAC (Media Access Control ) etkili ve bir flash işleminde MIPS (Millions of Instructions Per Second) performans sağlar. Bu DSP lerin aynı zamanda en önemli özelliği çok hızlı erişimli yonga (chip)

74 55 üzerine yerleşik flash bellektir, böylece kod harici belleğe gerek olmaksızın yapı içerisinde çalıştırılabilir. Ayrıca, bu aygıtlar çok sayıda kontrol ve iletişim çevrebirimleri aynı yapıda bulunduran çok hassas, çok hızlı ADC ler içerir. Şekil da DSP nin yapısı gösterilmektedir. Bu DSP, C/C++ gibi yüksek seviyeli dilde kendi algoritmalarını geliştirebileceği kod çalıştırma imkânı verir. Ayrıca, bu DSP ler IQ Math kabiliyeti vasıtasıyla sanal kayan noktalı kod geliştirme imkânı verir. TMSC çoklu veriyolu yapısını destekler, bellek veri yolu yapısı, program okuma veriyolu, veri okuma veriyolu, ve veri yazma veriyolu içerir. bit geniş veriyolları bir çevrimlik bit işleme olanak verir. Fx ve Cx IEEE JTAG (Joint Test Action Group) arayüz standardını kullanır. Buna ilave olarak, gerçek zamanlı analize olanak veren gerçek zamanlı JTAG modlu çalışmayı destekler. Kx16 gömülü flash bellek, Kx16 ROM ve her biri 1Kx16 büyüklüğünde iki blok tek erişimli bellek içerir. TMSC, 32 bit CPU zamanlayıcılar ve CAN, McBSP (Multichannel Buffered Serial Port), SPI (Synchronous Peripheral Interface) ve SCI (Serial Communications Interface) içeren birkaç seri iletişim çevrebirimi destekler. Buna ilave olarak, olay yöneticileri ve ADC gibi çevrebirimleri destekler, bunlar gömülü (tümleşik) kontrol ve iletişim için kullanılır. Bu sistemde kullanılan DSP işlemcisinin temel özellikleri özet olarak şunlardır: Yüksek performanslı bit CPU MIPS işlem hızı 16 kanal bit MSPS işlem hızlı ADC 4 adet sayısal yakalama girişi 4 adet kare dalga kodlayıcı girişi 56 bağımsız programlanabilir genel amaçlı giriş/çıkış pini (GPIO) 18 K word RAM ve K Word dahili Flash EEROM

75 56 C/C++ programlama desteği F de 12 kanal, darbe genişlik modülasyon (DGM) üreteci mevcuttur. A ve B modülü olarak adlandırılan iki bölümde toplanan bu kanallardan her biri ayrı DGM sinyalleri üretebilmektedir. Şekil TMSF genel şematik gösterimi

76 57 Şekil TMSF fonksiyonel blok diyagramı TMSF A ve B olay yöneticileri tarafından yönlendirilen ve bir birinden bağımsız olarak çalışan iki ayrı 8 kanal analog dijital dönüştürücüden (ADC) oluşur. ADC kanalları akım ve gerilim sinyallerinin elde edilmesi için kullanılmaktadır [23,24]. Sayısal güç uygulamalarında ADC ve PWM modülleri DSP içerisinde en önemli çevrebirimlerdir. TMSF yüksek performanslı ADC ve PWM üreteçleri

77 58 sağlar ve bu yapı d.a-d.a dönüştürücülerin yüksek gereksinimlerini karşılamaya olanak sağlar. Şekil TMSF DSP nin ADC yapısı TMSF nin ADC si dönüşüm değerlerini yüklemek için çift örnekle tut (S/H) yapısında 12 bit çekirdek sağlar, anlık örnek alma ve dizisel örnekleme modları, çok hızlı zaman dönüşümü (25 MHz de çalışma) ADC saat veya 12,5 MSPS ve 16 kanallı çoğullamalı girişler ve 16 sonuç göstergecine sahiptir. ADC kesicileri, harici pinler, olay yöneticisi A/B, program gibi çoklu kaynaklardan tetiklenir (Start of conversion (SOC) dizisi). TMSF nin ADC birimi; program, EV A/B veya harici pinler tarafından tetiklenebilir. Bizim uygulamamızda ADC nin tetiklenmesi olay zamanlayıcı A tarafından yapılması ayarlanmıştır. Olay zamanlayıcı A nın frekansı, ADC nin örnekleme frekansına eşit olmalı, ADC nin SOC için Şekil da gösterildiği gibi zamanlayıcı rampa sinyalinin alttaşma (underflow) olmasıyla tetiklenmesi tasarlanmıştır.

78 59 Şekil ADC nin ayarlanması SOC zamanlayıcı A tarafından başlatılır, dönüştürme bittiği zaman, EOC (end of conversion) kesici tetiklenir ve sonra ADC kesici alt programı çağrılır. ADC kesme alt programında, DSP önce ADC sonuç göstergecinden örnek okur, sonra fitreleme veya ortalama veri gibi verileri işler. Sonra, DSP karşılaştırıcıyı hesaplar ve sonucu bulur, bu yeni doluluk oranının yeni değeri olmalıdır. Son olarak, PWM modüle edilmiş değeri yeni doluluk oranı vasıtasıyla hesaplanır ve sonra yazmaçlar ADC dönüşümün sonraki tetiklenmesinden önce güncellenir. TMSF yongasındaki ADC nin çözünürlüğü 12 bittir, yani ADC nin 1 minimum değeri girişin = 0,24% etrafında ayırt edilebilir, bu değer güç sistemlerinin hassas gereksinimi olan %1 den yeterince küçüktür. Örnekleme frekansı, örnekleme gecikmesini azaltmak için sistemin band genişliğinden kat daha büyük olmalıdır. Bizim uygulamamızda anahtarlama frekansı khz dir, sistem gereksinimi için örnekleme frekansı 2 MHz olarak seçilmiştir.

79 Olay yöneticisi özellikleri Genel Amaçlı (GA) zamanlayıcıları Her EV modülünde iki tane GP zamanlayıcı bulunur. Bu GP zamanlayıcı şunları içerir. Bir 16 bit zamanlayıcı, yukarı-aşağı sayıcı, TxCNT, Bir 16 bit zamanlayıcı-karşılaştırıcı kaydedici, TxCMPR, Bir 16 bit zamanlayıcı-periyot kaydedici, TxPR, Bir 16 bit zamanlayıcı- kontrol kaydedici, TxCON, Seçilebilir harici veya dahili giriş saati, Dahili yada harici saat girişlerini derecelendiren bir programlanabilir ön derecelendirici, Dört maskelenebilir kesici için kontrol ve kesici lojik, Bir seçilebilir yönlü giriş pini GA zamanlayıcılar bağımsız bir şekilde veya birbirleri ile senkron bir şekilde çalıştırılabilirler. Karşılaştırma kaydedicisi her bir GA zamanlayıcıyla birlikte karşılaştırma fonksiyonu ve PVM dalga şekli üretimi için kullanılabilir. Yukarı veya yukarı/aşağı sayıcı operasyonundaki her bir GA zamanlayıcı için üç sürekli operasyon modu vardır. Dahili veya harici saat girişli ve programlanabilir ön değerlendiricililer her GA zamanlayıcıda kullanılır. GA zamanlayıcılar aynı zamanda olay-yönetici alt modüllerin zaman kaynağını sağlarlar: GA zamanlayıcı 1 tüm karşılaştırmalar ve PWM devrelerinin, GA zamanlayıcı 2/1 yakalama ünitelerini ve kare dalga darbe sayıcı operasyonları. Periyot ve karşılaştırma kaydedicisinin çiftetamponlanması zamanlayıcı (PWM) periyodunu ve karşılaştırma/pwm darbe genişliğinin programlanabilir değişimine izin verir.

80 61 Tam-karşılaştırma üniteleri Her bir olay yöneticisinde üç tane tam karşılaştırma ünitesi vardır. Bu karşılaştırma üniteleri GA zamanlayıcı 1 i zaman sağlayıcı ve karşılaştırma için altı çıkışı üretimi ve programlanabilir ölü bant devresini kullanarak PWM dalga şekli üretimini oluşturmak için kullanır. Altı çıkışın durumları bağımsız olarak düzenlenir. Karşılaştırma ünitelerinin karşılaştırma kaydedicileri çifte-tamponlanmıştır ki bu da karşılaştırma/pwm darbe genişliğinin istendiğinde programlanabilir olarak değişmesini sağlar. Programlanabilir ölü bant üreteci Ölü bant üreteç devresi 4 bit sayıcı ve bir 16 bitlik karşılaştırma kaydedicisini içerir. İstenen ölü bant değerleri, üç karşılaştırma birimi çıkışı için karşılaştırma kaydedicisine programlanabilir. Ölü bant üretimi her bir karşılaştırma ünitesi için ayrı ayrı olarak aktif veya pasif edilebilir. Ölü bant üreteç devreleri her bir karşılaştırma ünitesi çıkış sinyali için iki çıkış (ölü bant alanı ile birlikte ya da birlikte değil) üretir. Ölü bant üreteçlerinin çıkış durumları çifte-tamponlanmış ACTRx kaydedicisin sayesinde düzenlenebilir ve değiştirilebilir. Yakalama ünitesi Yakalama ünitesi değişik olayların ve geçişlerin bağlanma fonksiyonunu sağlar. Seçilen geçişler, CAPx, yakalama giriş pininde algılandığında seçilen GA zamanlayıcı sayıcı değerleri iki seviye-derinlikli FIFO yığınaklarında yakalanır ve saklanır. Yakalama ünitesi üç yakalama devresinden oluşur. Yakalama ünitesi aşağıdaki özellikleri içerir: Bir 16 bit yakalama kontrol kaydedicisi, CAPCONx, Bir 16 bit yakalama FIFO durum kaydedicisi, CAPFIFOx,

81 62 GA zamanlayıcısı 1/2 (EVA için) veya 3/4 (EVB için) ün zaman sağlayıcı olarak seçilmesi Üç tane 16 bit 2-seviye-derinlikli FIFO yığını, her yakalama ünitesi için bir tane, Üç yakalama pini (EVA için CAP 1/2/3, EVB için CAP 4/5/6) her ünite için bir giriş pini. [Tüm girişler cihazın (CPU) saatine senkronize edilmiştir. Bir geçişin yakalanabilmesi için, cihaz saatinin iki yükselen kenarını karşılayacak şekilde giriş akım seviyesini sabit tutması gereklidir. CAP 1/2 ve CAP 4/5 giriş pinleri aynı zamanda QEP devresinin QEP girişi olarak da kullanılabilir.] Kullanıcı-tanımlı geçiş algılaması Her bir yakalama ünitesine birer tane olmak üzere üç maskelenebilir kesici bayrağı vardır. Quadrature-Encoder Pulse (QEP) devresi İki yakalama girişi (EVA için CAP1 ve CAP2; EVB için CAP4 ve CAP5) entegre üzerindeki QEP devresi ile bir karesel kod çözücü darbenin bağlantısı için kullanılabilir. EV kaydedicileri EV kaydedicileri iki tane 64 kelime (16 bit) adres alanı çerçevesini doldurur. Adresin üstteki 10 biti çevresel adres çözücü lojik tarafından çözülürken; EV modülü adresin alt altı-bitinin kodunu çözer. Bu çevresel adres çözücü lojik çevresel adres yolu o cihazın EV aralığında düzenlenmiş bir adresi taşırken olay yöneticisinin modül seçimini sağlar. EV kesiciler Her EV kesici grubun çeşitli kesici kaynakları vardır, CPU kesici istemi çevresel kesici genişleme (PIE) modülü tarafından sürdürülür.

82 63 Kesici Kaynağı: Çevresel birim kesme durumu oluştuğunda EVxIFRA, EVxIFRB veya EVxIFRC(x=A or B) kaydedicilerindeki ilgili bayrak bitleri set olur. Kesici Aktif: Olay yönetici kesicileri, kesici maske kaydedicileri EVxIMRA, EVxIMRB veya EVxIMRC(x=A or B) ile bireysel olarak aktif veya pasif edilebilir. PIE İstemi: Eğer iki kesici bayrak bitleri ve kesici maske bitleri set ise, çevresel çıkış çevresel kesici PIE modülüne istemde bulunur. CPU Tepkimesi: INT1,2,3,4 veya 5 kesici isteminin alınmasıyla, CPU2 daki bunlara bağımlı bitler kesici bayrak kaydedicileri (IFR) set olur. PWM operasyonu GP zamanlayıcısı ile PWM çıkışını üretmek için, sürekli yukarı veya yukarı/aşağı sayım modu seçilebilir. Sürekli-yukarı sayım modu seçildiğinde, kenar tetiklemeli veya simetrik olmayan PWM dalga şekli üretilir. Devamlı-yukarı/-aşağı mod seçildiğinde ortalanmış veya simetrik PWM dalga şekli üretilir. İstenen PWM (taşıyıcı) periyodu için TxPR ayarlanır. Operasyona başlamak için ve saat kaynağı ve sayma modunu belirtmek için TxCON ayarlanır. Hattaki hesaplanmış PWM darbelerinin genişliklerine uygun olarak TxCMPR yüklenir. Periyot değeri, istenen PWM periyodunun GA zamanlayıcı giriş saat periyoduna bölünmesi ve sürekli yukarı sayım modunun simetrik olmayan PWM dalga şeklinin üretilmesi için seçili olduğu konumda sonuçlanan numaradan çıkarılması ile bulunur. Simetrik PWM dalga şeklinin üretilmesi için sürekli yukarı/-aşağı sayım modu seçildiğinde, bu değer istenen PWM periyodunun iki defa GA zamanlayıcı saat giriş periyoduna bölümü ile bulunur.

83 64 PWM dalga şekli üretimi Bir PWM sinyali bir seri darbe genişlikleri değişen darbeler serisidir. Darbeler sabituzunluklu periyoda sahip bir numaraya yayılmış böylelikle her periyotta bir darbe bulunmaktadır. Sabit periyot PWM (taşıyıcı) periyodudur ve bunun ters çevrilmiş hali PWM (taşıyıcı) frekansıdır. PWM darbelerinin genişlikleri sıralı istenen değerlere göre darbeden darbeye belirlenir veya modülasyon sinyaliyle modüle edilir. Motor kontrol sisteminde, PWM sinyalleri açma ve kapama zamanını kontrol ederek motor sargılarına istenen akımı ve enerjiyi dağıtan güç cihazını anahtarlamasının kontrolünde kullanılır. Faz akımının şekli ile frekansı ve motor sargılarına dağıtılan enerji miktarı motorun gerekli olan gücünü ve torkunu kontrol eder. Bu durumda motora uygulanan kumanda voltajı veya akımı modüle edilmiş sinyaldir. Tipik olarak modülasyonlu sinyalin frekansı PWM taşıyıcı sinyalinden çok daha düşüktür PWM sinyal üretimi PWM sinyal üretimi için, sayılan PWM periyodunun aynısını tekrar eden uygun bir zamanlayıcı gereklidir. Karşılaştırma kaydedicisinin değeri sürekli olarak zaman sayıcı ile karşılaştırılmaktadır. Değerler uyuştuğunda, atanan çıkışta iletim (yüksekten alçağa veya alçaktan yükseğe) gerçekleşir. Değerlerde ikinci uyum sağlandığında veya zamanlayıcının periyodunun sonuna ulaşıldığında başka bir iletim (yüksekten alçağa veya alçaktan yükseğe) atanan çıkışta gerçekleşmiş olur. Böylelikle, çıkış darbesi açık (kapalı) durma zamanı karşılaştırma kaydedicisi değerine oranlıdır. Bu süreç karşılaştırma kaydedicisindeki her bir zamanlayıcı periyot farklı (modüleli) değeri için tekrar eder. Sonuç olarak, PWM sinyali ilişkilendirilmiş çıkışta üretilir. İşlemcinin zamanlayıcıları ve karşılaştırma mantık birimi kullanılarak üç-çift bağımsız tümleyenli PWM işaretleri üretilir. Aynı hat üzerindeki anahtarların kısa devre olmasını önlemek amacıyla ölü zaman mantık birimi de ayarlanır.

84 65 Çalışmamızda TIMER1 ve EVA olay yöneticisi kullanılarak farklı frekanslarda PWM işareti üretilmiştir. Sayıcı yukarı-aşağı (up-down mode) çalışma kipine ayarlanarak, örnek olarak, f pwm f pcu = = MHz = Hz T1. TPS. HISCP (2x) per T1 anahtarlama frekansı elde edilir. TIMER1_PERIOD değeri setlendiğinde, toplam zaman sayacı önce yukarı sonra aşağı sayacaktır. Ayrıca her zamanlayıcının (TIMERx) bağımsız olarak üç ayrı karşılaştırma değeri girilebilmektedir. Bunlar CMPRx kayıtçılarında tutulur. İlgili kayıtçılar EvaRegs ve EvbRegs içinde bulunur. Simetrik bir PWM işaretinin zamanlayıcılarla üretim ilkesi Şekil da gösterilmiştir. Şekil Zamanlayıcılar ve simetrik PWM çiftlerinin üretimi EVA olay yöneticisinde sayıcıyı sıfırdan başlatan, TIMER1 periyodunu setleyen ve periyot sonunda ADC için kesme üretecek kodlar aşağıdaki gibidir: EvaRegs.T1PR =; //kHz için periyod değeri

85 66 funduszeue.infoT1TOADC = 2; //Periyot sonunda kesme yetkisi EvaRegs.T1CNT=0x; //Sayıcı başlangıç değeri her periyot sonunda kesme //bayrakları ve vektörleri yeniden ayarlanır. funduszeue.infoT1PINT=0; funduszeue.infoT1PINT=1; funduszeue.infoT1PINT=1; EVA olay yöneticisinin TIMER1 için yukarı aşağı sayma kipi ve karşılaştırma mantık biriminin etkin edilmesi için aşağıdaki setleme yapılır. funduszeue.info = 0x; Her karşılaştırma işleminde PWMX ve PWMx+1 işaret çiftinin, sayıcı değerinin karşılaştırma değerine ulaştığında PWMx in yükselmesi ve PWMx+1 in düşmesi için aşağıdaki setleme yapılmalıdır. funduszeue.info=0x Şekil EVA Olay yöneticisine bağlı işlemci birimleri

86 67 Sabit darbeleme oranlı PWM üretimi için karşılaştırma değerleri (CMPRx) sabit girilir. SVPWM üretiminde anahtarlama süreleri her bir IGBT anahtar grubu için farklı ve her adımda değiştiği için hesaplanan anahtarlama süreleri CMPR değeri olarak alınmıştır. Örnek kodlar aşağıda verilmiştir. S1, S2, S3 hesaplanan anahtarlama süreleridir. Bu süreler zamanlayıcıların periyoduna oranlıdır. Saniye cinsinden değer değildir. funduszeue.info1= EvaRegs.T1PR -S1; //PWM funduszeue.info2= EvaRegs.T1PR -S3; //PWM funduszeue.info3= EvaRegs.T1PR -S5; //PWM F sayısal işaret işlemcisi daha önce de sözü edildiği gibi genel amaçlı giriş/çıkış kayıtçı ve kapılarına sahiptir. Bu nedenle üretilen PWM işaretlerinin görülebilmesi için bit düzeyinde PWM çıkışları ayarlanmalıdır. EVA kayıtçı ve mantıksal birimleri Şekil de gösterilmiş olup, PWM çıkışlarını ayarlayan kod yazılımı aşağıdaki gibidir. EALLOW; funduszeue.info1_GPIOA0=1; funduszeue.info2_GPIOA1=1; funduszeue.info3_GPIOA2=1; funduszeue.info4_GPIOA3=1; funduszeue.info5_GPIOA4=1; funduszeue.info6_GPIOA5=1; EDIS; Ayrıca GP zamanlayıcılarının da bağımsız olarak periyot ve karşılaştırma değerleri ayarlanarak, iki-çift tümleyenli PWM işareti üretilebilmektedir. Bunlar T1PWM_T1CMP ve T2PWM_T2CMP dir. Sabit darbe genişlikli simetrik bir PWM işaretinin üretim süreci blok çizgesi Şekil de verilmiştir. GPIO_A kapısından alınan PWM işaretleri güç ve sürücü devresinden yalıtılarak kullanılmalıdır.

87 68 Şekil PWM işareti üretim süreci bloğu TMSF nin PWM modülü, motor kontrol ve devinim (hareket) kontrol uygulamalarında kullanılmak üzere darbe genişlik modülasyon üretmek için tasarlanmıştır. Her bir olay yönetici modülü (A,B) PWM üretme yeteneği aşağıda kısaca anlatılmıştır. Beş bağımsız PWM çıkışı vardır, bunların üçü karşılaştırma birimleri tarafından üretilmesine karşın, diğer ikisi GP zamanlayıcı karşılaştırıcıları tarafından üretilir. + 3 karşılaştırma birimi PWM çıkışlarına bağımlı 3 ilave PWM çıkışı vardır. TMSF, PWM çıkış çiftleri için programlanabilir ölü bant ve minimum ölü bant süresi imkanı verir. Minimum darbe genişliği ve darbe genişlik artımı/azatlımı bir saat çevrimidir. PWM, bit maksimum PWM çözünürlük ve asimetrik, simetrik ve SVPWM dalga şekli üretimi programlamayı destekler. TMSF nin PWM modülleri, PWM in yapısı ve frekansın başlatımı için TxPR periyot göstergeci ve TxCON yapılandırma göstergeci setlenir. d.a-d.a dönüştürücülerde gate sürücü sinyalleri üretmek için, PWM frekansı anahtarlama frekansına eşit tasarlanmalı, bu uygulamada khz dir. Limit çevrimden kaçınmak

88 69 için PWM çözünürlüğü ADC çözünürlüğünden daha büyük olmalıdır. TMSF nin ADC çözünürlüğü 12 bit olmasına karşın PWM sinyali bit çözünürlüğündedir. Böylece, TMSF sayısal kontrol uygulamaları için çok iyi çözünürlük sağlar. Şekil ve TMSF nin PWM üreteci ile birincil ve ikincil PWM sinyallerin nasıl üretildiği gösterilmektedir. Sinyallerin faz kayması ve doğru ölü zaman elde etmek için sinyaller aynı zamanlayıcıda (Olay yöneticisi A da) üretilir. Şekil Simetrik PWM sinyal üretimi

89 70 Şekil Asimetrik PWM sinyal üretimi Simetrik rampa sinyalleri, PWM modüldeki olay yöneticisi A zamanlayıcı kullanılarak elde edilir. Karşılaştırıcı hesaplamadan alınan doluluk oranı değerlerin kullanımı 4 karşılaştırma değeri elde etmek için hesaplanır ve sonra karşılaştırma yazmaçları karşılıklı olarak set edilir. PWM modülleri, her bir anahtarlama çevriminde doluluk oranı güncellemek için tasarlanmıştır. Yani bir sonraki anahtarlama yapılmadan önce karşılaştırma değerleri tampon belleğe (buffer) yüklenir ve sonra yeni anahtarlama çevrimi geldiğinde güncellenir Ölü bant IGBT eviricilerde aynı hatta bağlı anahtarlar, biri diğerinden tümleyenli üretilmiş PWM işareti ile sürülürse sürücü işaretin düşen ve yükselen kenarlarında anahtar hızları yavaş kaldığı için üstteki anahtar henüz tıkamaya gitmeden alttaki anahtar tetiklenmiş ve iletime sokulmaya zorlanmıştır (Şekil ). Bu durumda d.a besleme hattı bu anahtarı grubu tarafından kısa devre olmakla birlikte IGBT anahtarlar da kısa devre akımından etkilenerek zarar görmektedir. Bu yüzden, bir çift birbirine

90 71 geçmemeli, PWM çıkışı iki cihazın uygun bir şekilde açma ve kapama yapmasını gerekli kılar. Ölü zaman (ölü bant) transistorün kesime giderken bir diğerinin iletime geçmesi arasına eklenir. Bu gecikme bir transistorün diğeri açılmadan önce tamamı ile kapanmasına izin verir. Gerekli olan bu gecikme zamanı güç transistörlerinin açılıp kapanma karakteristiklerine ve özel uygulamadaki yükün karakteristiğine bağlıdır. Şekil Aynı besleme hattına bağlı anahtarların sürülmesi En doğru çözüm tümleyenli PWM işaretlerinin sayısal işaret işlemcisinde ölü zamanlı olarak üretilmesidir. F işlemcisinde bunun için özel kayıtçılar ve mantıksal birimler vardır. İşlemcide ölü zaman üretimi için öncelikle ölü zaman mantık birimi etkinleştirilmelidir. Daha sonra güç devresindeki anahtar elemanların iletime geçme ve tıkamaya gitme süreleri göz önüne alınarak uygun bit kombinasyonu DBTCONA ve COMCONA kayıtçılarında ayarlanır. PWM tümleyen çiftleri arasında 3µs lik bir ölü zaman ayar kodları aşağıdaki gibidir. funduszeue.info1=1;//PWM funduszeue.info2=1;// PWM funduszeue.info3=1;// PWM funduszeue.info=0xA;//SVPWM 0xB funduszeue.info=6;//Ölü zaman funduszeue.info=12; //C->3µs

91 72 Burada, DBTS değer kombinasyonu 6,4,3,2,1,0 ve DBT değer kombinasyonu F,E,D,C,A,9, 0 dır. Şekil da verilen EVA kayıtçılarının bitlik açılımları bilgi sayfalarından bakılarak ölü zaman kombinasyonu değiştirilebilir. Şekil EVA olay yöneticine bağlı ölü zaman birimleri İşlemci hızı 75Mhz seçilirse yukarıdaki ayarlamalar 6µs lik ölü zaman üretecektir. Bunun nedeni, DBTCONA zamanlayıcılarının işlemci saatini kullanmasıdır. Çizelge Ölü bant üretimi (µs cinsinden)

92 Asimetrik ve simetrik PWM üretimi Simetrik ve asimetrik PWM dalga şekilleri EV modülünde karşılaştırma ünitesiyle üretilebilir. Ayrıca, birlikte üç karşılaştırma ünitesi 3 faz simetrik yedek vektör PWM çıkışı üretebilir Simetrik PWM kodu Zamanlayıcı kontrol yazmacının (Timer Control Register) ilgili bitlerin setlenmesi suretiyle simetrik PWM üretilir. PWM priyodu (pwm_period değişkeni) değiştirilebilir. Örneğin 20 khz için pwm_period = 03A9, 25 khz için pwm_period = 02EE girilir. Şekil Simetrik PWM üretimi program akış şeması

93 Hız kodlayıcıdan bilgi okunması Elektrik makinalarının farklı çalışma durumları göz önüne alınarak konum bilgisinin analog olarak alınmasında gürültü ve ADC etkilerini ve ortadan kaldırmak için sayısal konum kodlayıcı kullanılması daha doğru bir denetim yapılmasına yardımcı olur. (Örnek bir model: ENB ). Bir sayısal hız/konum kodlayıcının çalışma blok diyagramı Şekil de gösterilmiştir. Şekil Sayısal konum kodlayıcının çalışma ilkesi Hız/konum kodlayıcının beslemesi işlemciden alınarak, kodlayıcı çıkış işaretlerinin GND seviyesi F DSP ile eşitlenmelidir. Kullanılan sayısal hız/konum kodlayıcı iki fazlı işaret üretmektedir. Fazlardan biri QEP1, diğeri QEP2 adlı işlemci bacağına başlanır. Bu bağlantılar GPIOA kayıtçı ve kapısında olduğundan GPIOA8_QEP1 ve GPIOA9_QEP2 öncelikle giriş olarak ayarlanmalıdır. A ve B kanal işaretleri arasındaki konum farkının negatif olması, sayıcının büyük bir değerden başlaması anlamına gelir. Buda motor milinin ters dönmesi demektir. Bu durumda dönüş yönü önemli değilse sayıcı üst değerine göre () okunan sayıcı değeri doğrulanmak üzere, bu üst değerden çıkartılır.

94 75 Şekil Hız kodlayıcının F işlemcisine bağlantısı QEP1 ve QEP2 den gelen kare dalga işaretlerinin hem yükselen hem de düşen kenarlarında sayma işlemi gerçekleşir. Böyle devir başına kare dalga üreten bir kodlayıcı için sayıcı sayısına ulaşır. PWM anahtarlama periyodu khz ise, sayısal hız bilgisi de µs aralıkla okunacaktır. Bu durumda en fazla devir sayısı dev/d göz önüne alınırsa µs de sayıcı değeri 81,92 olmalıdır. Bu tam sayı olmadığından, hız bilgisinin her anahtarlama periyodunda okunması hataya yol açacaktır. Bu nedenle sayıcı 25 döngüde okunarak en yakın tam sayısı elde edilebilir. Bu da tam duyarlıkla hız bilgisinin normal değere çekilmesini sağlar. 5kHz anahtarlama frekansı için bu sayı olarak hesaplanır. Bu durumda gerçek hız bilgisi normal değeri çarpanı (/) olur. Sayısal hız kodlayıcı Şekil deki gibi başlanarak, GPIO_TIMER2 ve sayıcısı üzerinden hız bilgisi okunur. Bunun için aşağıdaki kodlama bit düzeyinde yapılmalıdır: QEP1 ve QEP2 giriş için yetkilendirilir. EALLOW; funduszeue.info1Q1_GPIOA8=1 funduszeue.info2Q2_GPIOA9=1 EDIS;

95 76 Zamanlayıcı periyodu ayarlanır ve sayıcı sıfırlanır EvaRegs.T2PR=0xFFFF; EvaRegs.T2CNT=0x; Sayıcının iki yönlü sayışına izin veren, TIMER1 den bağımsız çalışmayı sağlayan, arıza durumunda programa durma işareti üreten, işlemci frekansından bağımsız çalışmayı sağlayan TIMERx karşılaştırıcılarını devre dışı bırakan ve TIMER2 periyodunu esas alan EvaRegs içindeki T2CON kayıtçısının; FREE=0, SOFT=0, DMODE=3, T2SWT1=0, TPS=0, TCLKS10=3, TCLD10=0, TECMPR=0, SET1PR=0, TENABLE=1 bit düzeyinde kodlarına karşılık gelen funduszeue.info=0x; kodu ana programa eklenir. Index işaretine ihtiyaç duyulmadığından yakalama kayıtçısını devre dışı bırakmak için CAPCONA kayıtçısının uygun değerine ayarlanması için aşağıdaki setleme yapılır: funduszeue.info=0xE; Her zaman kesmesi (time interrupt) sonunda okunan EvaRegs.T2CNT sayıcı değeri hız kodlayıcıdan gelen darbe sayısı olduğundan bir bölünebilir tamsayı değerine ulaşıncaya kadar döngü yapılır ve normalize edildiğinde sayıcı değeri ve sayıcı toplam darbe sayısını tutan değişken sıfırlanır IQmath kütüphane desteği F DSP sabit noktalı işlem aritmetiğine çalışır. Bu nedenle programda kullanılan bütün değerler işlemcinin tanıdığı en büyük tamsayıya ölçeklendirilir. Ondalıklı sayılar yerine tamsayılarla çalışılır. Bu durumda işlem başarım hızı azalmaz. Çarpma, toplama, çıkarma ve bölme gibi işlemler birlikte yapıldığında anlamlı bitlerin kaybedilmemesi için bit kaydırma yöntemleri kullanılsa da karekök, üstel ve trigonometrik işlemlerde genellikle okuma tabloları kullanılır. Bu değer tabloların işlemciye yüklenmesi gerekir. Bu işlem hem bellekten yer harcar hem de programlama da zorluklara neden olur. Aynı zamanda elde edilecek analog değerlerde yuvarlamalara neden olur. Ancak, bu işlemcilerin programlanmasında

96 77 assembly yerine C/C++ kullanıldığında derleyici doğrudan yazılmış en karışık işlem basamaklarını, her türlü ondalıklı işlem için, işlemciye uygun olarak dönüştürse de bu oldukça zaman almaktadır. İşlem başarım hızını azaltmadan ondalıklı sayılarla da çalışabilmek için F DSP üreticisi tarafından geliştirilen IQmathLib.h başlık dosyası, işlemci programlanırken sistem başlık dosyaları içine eklenir ve bağlı kütüphane kurallarına göre değişkenler tanımlanır. Bu durumda standart kayan noktalı aritmetik işlemler doğrudan C/C++ dilinde yazılabilir. C++ için başlık dosyası IQmathLib.h dır. IQmath yaklaşımında I integer (tam), Q Quotient (kesir) anlamında kullanılır. Buna göre farklı formatlar kullanılmakla birlikte geleneksel bit IQmath yaklaşımında I8Q24 formatı kullanılmakla birlikte Q Q26 formatı da işlem kararlılığına sahiptir. Şekil de kayan noktalı aritmektikle yapılan bir işlemin geleneksel sabit noktalı biçimi ve bu işlemin C ve C++ için IQmath yaklaşımı gösterilmiştir. Şekil F DSp için IQmath işlem yaklaşımı Benzer şekilde diğer fonksiyonlar içinde Çizelge ten faydalanılabilir.

97 78 Çizelge IQmath yaklaşımında aritmetik işlemler ve trigonometrik fonksiyonlar Olay yöneticisi ile PWM üretimi Üç karşılaştırma ünitesinin her biri, GA zamanlayıcı 1 (EVA durumunda) ya da GA zamanlayıcı 3 (EVB durumunda) ile birlikte, ölü bant ünitesi ve olay yönetici modülündeki çıkış lojik, belirlenmiş iki pinde programlanabilir ölü bant ve çıkış polaritesi ile bir çift PWM çıkışı üretmek için kullanılabilir. Üç karşılaştırma ünitesi ile her bir EV modülünde altı tane bu şekilde PWM çıkışı belirlenmiştir. Bu altı atanmış çıkış pinleri rahatlıkla 3 fazlı bir a.a indüksiyon veya fırçasız d.a motorun kontrolünde kullanılabilir. Karşılaştırmalı eylem kontrol kaydedicisi (ACTRx) sayesinde çıkış davranış kontrolünün esnek olması, anahtarlı relüktans ve senkronize relüktans motorların geniş uygulamalarında kullanımını kolaylaştırır. Ayrıca PWM devreleri diğer türdeki motorların örnek olarak d.a fırçalı ve adım motorların veya çok eksenli kontrol uygulamalarında güvenli olarak kullanılır. Her GA zamanlayıcı karşılaştırma ünitesi zamanlayıcısına bağlı olarak PWM çıkışı üretebilir [25].

98 TMSF DSP ile FDAM ın Kontrolü FDAM sürücü sistemi FDAM sürücü sistemlerin denetleyicisi; akım ve konum geri besleme bilgilerini okur, hız veya tork kontrol algoritmalarını geliştirir ve son olarak gate sinyallerini üretir. Analog denetleyici veya sayısal sinyal işlemciler (DSP) denetleyici olarak kullanılır. Bu çalışmada TMSF DSP denetleyici olarak kullanılacaktır. TMSF deki üç adet yakalama Capture girişi, Hall-etkili sinyallerin yükselme ve düşme kenarlarını algılamak için kullanılır. Böylece, motor dönüşünün her bir 60 (elektriksel ) sinde bir yakalama birim iş kesintisi (interrupt) üretilir ve bu gate sinyallerinde değişime neden olur, motor bir sonraki konuma geçer. 10 bit tek giriş kanallı analog-sayısal dönüştürücü d.a hat akımını okur. PWM1-PWM6 çıkış pinleri evirici gate sinyallerini beslemek için kullanılır. Uygulama, trapezoidal moda çalışan fırçasız motorun hız kontrol uygulamasıdır. FDAM uygulama kontrol yapısı Şekil de gösterilmiştir. Görüldüğü gibi yapı motor konumu ve iki faz akımı ölçümünü esas almaktadır. Faz akımlarının toplamı (İa+İb+İc=0) sıfır olduğundan, iki faz akımının ölçülmesiyle, üçüncü faz (İc= -İa -İb) hesaplanabilmektedir. Hız kestirim bloğu, hız kontrol çevrimi bir örnekleme periyodundaki kodlayıcı konum fark bloğudur. Ölçülen faz akımları (İa ve İb), hall sensör konum bilgisini esas alan motor eş değer da akımını hesaplamak için kullanılır. Hall sensörler 60 elektriksel derecelik konum bilgisi verir. Hız ve akım denetleyiciler PI ayrık denetleyicilerdir. Bu uygulamada sadece bir akım denetleyiciye ihtiyaç duyulmaktadır. Gerilim komutasyon bloğu, eviriciye uygulanan faz voltaj referans (Vas*,Vbs*,Vcs*) hesaplamalarını gerçekleştirir. DSP denetleyicinin tam-karşılaştırmalı PWM çıkışı bu referans voltajları esas alan program tarafından doğrudan sürülür. Bu uygulamada, sadece 4 evirici transistorü motor konumuna göre denetlenmektedir.

99 80 Şekil FDAM kontrol sistemi blok şeması DMC Developer Pro programlama arayüzü Texas Instruments firmasının ürettiği TMSF sayısal işaret işlemcisini içeren, MCK set DMC Developer Pro programlama arayüzü veya Code Composer Studio (CCS) programlama arayüz kullanılır. İşlemci C/C++ ve ASM ile programlanabildiği gibi MATLAB Simulink, VISSIM gibi özel paket programlar da kullanılabilmektedir. Ancak, oluşturulan program kodları yine DMC Developer Pro veya CCS aracılığıyla işlemciye yüklenmektedir. CCS arayüzünde standart C/C++ proje oluşturma işlemleriyle, CSS örnek dosyalarından her hangi birinde ana program çatısı oluşturulabilir. F işlemcisinin bütün birimlerinin adresleri ve adları C++ desteği ile nesne yönelimli olarak tanımlanmıştır. Bu nedenle standart olarak işlemci birimlerine ilişkin başlık dosyaları, kütüphane dosyaları ve kullanıcı tarafından değiştirilebilen kaynak dosyaları açılan projeye eklenmelidir. Bu dosyalar, kullanıcı tarafından oluşturulacak yeni denetim yazılımları gibi kaynak dosyaları ile başlanarak çıkış dosyası üretilir ve işlemciye yüklenir. İşlemcinin kullanılan birimlerine göre giriş/çıkış kapıları, ADC girişleri, PWM çıkışları, sayısal veri çıkışları, işlemci ve kullanılan birimlerin uygun çalışma hızları mevcut kaynak dosyalarında değiştirilir. Özellikle kesme (interrupt) vektörleri program zamanlaması açısından doğru ayarlanmalıdır. Örneğin khz lik bir PWM işareti üretimi için µs lik bir zaman kesme vektör yazılımı

81 yapılmalıdır. Denetimi yürütecek program veya program grubu bu sürede bir çevrimini tamamlamalıdır. Her giriş/çıkış kapısı; giriş, çıkış, işaret yakalama ya da PWM için bağımsız olarak ayarlanabilir. İşlemcinin temel birim kayıtçıları tam korumalıdır, bu yüzden gerekli ayarlar yapılırken koruma kaldırılır ve ayarlama sonunda koruma kodları yeniden etkinleştirilir TMSF kullanarak FDAM kontrol sistemi uygulaması TMSF denetleyici olarak kullanıldığı için, kontrol algoritmalarının çoğu program (software) olarak yürütülür. Yüksek işlem hızı ve tüm kontrol sisteminde hassasiyet sağlayabilmek için donanım bileşenlerinin dikkatlice seçilmesi gereklidir [23]. FDA Motorun tüm kontrol algoritması dokuz modül içerir. Başlatma prosedürü Hall-etkili sinyallerin algılanması Hız kontrol alt programı Akım ölçümü Hız profil oluşturma Gerçek hızın hesaplanması PI düzenleme PWM üretimi DAC çıkış FDAM kontrol sistemi uygulamasında kullanılan kaynaklar Akım Ölçümü: A ve B faz akımları, ADCIN5 ve ADCIN6 analog sinyal girişleri kullanılarak ölçülür. Konum Ölçümü: Karesel kodlayıcı A ve B sinyalleri DSP nin QEP1 ve QEP2 girişlerine bağlanır.

82 Evirici Kumandası: PWM1-PWM6 çıkışları üç fazlı eviricinin 6 transistörünü sürmek için kullanılır. Hall Sensör bilgisi: Hall sensörler IOPB7, IOPB11 ve IOPB12 ye bağlanır. Akım ölçümü MCK ve PM50 güç kartında akım ölçüm düzeneği, eviricinin her bir alt ayağına yerleştirilen şöntleri esas alır. Şönt üzerindeki voltaj düşmesi yükseltilir ve TMSF A/D kanallara gönderilir. Şekil ölçüm prensibini göstermektedir. F DSP de bit değerli okuma işlemi 4 bit sola kaydırma ile yapılır. Ölçülen değerin 12 biti, 16 bitin en değerli 12 bitinde saklanır. Bu, aşağıdaki bağlantı ile ifade edilen sayısal değeri ve gerçek akım arasındaki genel ölçüm ölçek faktörünü verecektir. Motor fazlarındaki akımın doğru ölçümü için A/D dönüşümü evirici transistörlerin PWM kumandası ile senkronize olmalıdır. Şekil Akım ölçüm şeması Akım [Amper]= Akım [Bit]/

83 Motor fazlarına uygulanan voltajlar karesel darbelerdir, bu darbeler motor faz akımlarında tepecikler (ripple) üretirler. Şekil de görüldüğü gibi motor akımlarında tepecikler olacaktır. Bu tepeciklerin değeri, motor parametrelerine (elektriksel zaman sabiti, PWM frekansına ve akım denetleyicinin band genişliğine) bağlıdır. Bu yüzden, bu yapısal akım tepeciklerini önlemek için akım geri besleme uygulamasında akımın değerini en yakın ölçebilmek için en uygun ölçme anı PWM darbelerinin ortasıdır. Şekil Akım tepecikleri Şekil akım ölçüm metodunu göstermektedir. Eviricinin alt bacaklarındaki şönt, üzerinde oluşan voltaj düşmesine göre motor faz akımlarını ölçmeyi sağlar. Şekil Akım ölçümü

84 Doğru ölçüm için akımın işaretini gözetmeksizin, ölçümün alt transistörlerin iletimde olduğu zamanlarda yapılması gerektiğidir. Böylece, PWM in ortasında ölçüm yapma gereksinimi sağlanır. Bu yaklaşım Şekil te gösterilmektedir. Şekil PWM periyodu ortasında akım ölçümü Akım ölçme arayüzünde akım kazanç faktörü kullanılarak ( V/A), ± A akımlar ± V a karşı gelmektedir. Ayrıca, bu voltajlar V kaydırılmış olarak J2 MC hat analog IA, IB, IC girişlerine uygulanır. Böylece negatif akımlar V arasında, pozitif akımlar ise V arasında ölçülür. Dönüşüm formülü; Faz Akımı [A] = ( V- Analog giriş voltajı [V])/Akım kazancı [V/A] olur. Hall sensör bağlantısı Hall sensör bilgisi kullanan uygulamalar (FDAM uygulamalar) DSP nin üç giriş bitine üç motor hall sensörün bağlanmasına gerek duyar. Bu sinyaller tarafından sağlanan bilgiyi esas alan komutasyon yapısı motor fazlarını besleyecektir. FDAM uygulamalarda hall sensörler 60 º komutasyon bilgisi verir. Komutasyon, hall bilgi dizilişine göre yapılır.

85 Zamanlayıcıların kullanımı ve kesmeler Bu uygulamada, özel gerçek zamanlı çevre, üç seviyeli yapı kullanılır. Yüksek öncelikli kesme fonksiyonu: akım denetim uygulaması için, Düşük öncelikli kesme fonksiyonu: hız referans ve hız denetimi uygulamaları için, Kesme kullanmayan fonksiyon: başlangıç uygulamaları ve sonsuz bekleme çevrimleri için kullanılır. TMSF denetleyici uygulamaları DSP nin iki zamanlayıcısını kullanır. Timer 1 (GPT1), PWM üretimi için kullanılır. Zamanlayıcı sürekli yukarı aşağı moda çalışır ve simetrik PWM sinyalleri üretir. Timer 2 (GPT2) kodlayıcı pozisyonu yüklemek için kullanılır. (GPT2, QEP moda kullanılır.) Uygulamamızda Timer1, 20 khz PWM (isteğe bağlı kod ile değiştirilebilir) üretmek için programlanmıştır. Bu zamanlayıcı aynı zamanda gerçek zamanlı kesme üretmek için de kullanılır. Bizim uygulamamızda hızlı (akım kontrol) ve yavaş (hız kontrol) kesmeleri aktifleştirmek için kullanılır. Zamanlayıcının alt-taşma kesmesi bunu sonlandırmak için kullanılır. 20 khz PWM frekansı için, her 50 µs de bir kesme üretir. Programda sayıcı (counter) kullanarak akım kontrol programı her 2 PWM periyodunda ( µs de) icra edilir. Diğer bir program sayıcı, her 10 PWM periyodunda (1 ms) hız kontrol programını icra etmek için kullanılır. İki örnekleme oranı bağımsızdır ve kabul edilebilir oranlar içerisinde ayrı olarak programlanabilir. Yavaş kesme (zamanlayıcı periyot kesmesi) hızlı kesme tarafından kesilebilir. Bu, akım kontrol kesmesinin hız kontrol kesmesinden daha yüksek öncelikli olması ile ilgilidir. Akım kesme programının tüm zamanının bitmesi yaklaşık ms ye kadar sürer. Bu süre, µs den daha kısa olan akım örnekleme oranı örnekleme zamanı anlamına gelir.

86 Timer 2, kodlayıcının darbelerini sayar. Kod, elektriksel açı bilgisini hesaplamak için, motor kutup çifti başına kodlayıcı darbe sayısı ile ilişkili bu bilgiyi kullanır. A/D dönüşümü PWM zamanlayıcı (GPT1) tarafından otomatik olarak başlatılır. Bu dönüşüm sonuçları okunur ve iki genel değişkene yüklenir. Sadece motor akımları analog girişlerden okunur, böylece aynı kanallar her zaman ölçülür. PWM Üretimi PWM çıkışları, voltaj referans değerleri esasına göre üretilir, akım kontrol çıkışlarında hesaplanır. Voltaj referansları, IQ formatında ifade edilir, motorun üç fazına karşılık gelen karşılaştırma kaydedicilerin değerini hesaplamak için kullanılır. Bir sonraki şekil, karşılaştırma kaydedicilerine yüklenecek karşılaştırma değerlerinin nasıl olduğunu göstermektedir. Şekil FDAM uygulaması için PWM üretimi

87 Özel bir komutasyon yapısı olan FDAM uygulama, motor fazlarını sürecek PWM komutlarını üretir. Hall sensör bilgilerini esas alarak sadece motorun iki fazı beslenir, buna karşılık üçüncü faz beslenmez. Motor konumunun 60 elektriksel derecelik her değişimden sonra, motor fazlarının yeni bir kombinasyonu beslenir. Elektriksel açı hesaplama Kodlayıcıdan elde edilen konum, motorun elektriksel açısını hesaplamak için kullanılır. Bu açı, konum açısının motor kutup çifti sayısına bölünerek hesaplanır. Hız kestirim uygulaması Motor hızı, iki ardışıl hız kontrol çevrim örnekleme periyodun arasında kodlayıcı darbelerinin sayısı sayılarak hesaplanır. Şekil Kodlayıcı darbeleri sayımından hız kestirimi Şekil ye göre hız kestirimini daha doğru elde edebilmek için, hız örnekleme periyodu ve kodlayıcı çözünürlüğü yüksek olmalıdır. Sayısal hız değeri, hız kontrol çevrimi bir örnekleme periyodu süresince sayılan kodlayıcı darbelerini ifade eder. Örneğin, darbe sayısı 40 olsun. hatlı kodlayıcı için motorun gerçek hızı bir

88 dönüş için QEP arayüz darbe sayısı Nenc=4x= darbedir. np değeri, np/nenc π radyan olarak ifade edilir. Hız (rad/s) = np/nenc. 2.π/h Hız=40/ π /=40 π rad/s Kontrol uygulaması Hız kontrol uygulamasında akımı denetlemek için PI denetleyici kullanır. Aşağıda belirtilen PI denetleyicinin ayrık formu kullanılır. y() t = Kp. ε() t + K ε() t d ε = y y * i i i t i 0 U p = ε. K ; Sat( U ) i p p U = ( ε. K ) ; Sat( U ) i i i u = Sat( U ) + Sat( U ) i p i i FDAM projesi program yapısı FDAM uygulamasının program akış yapısı Şekil de gösterildiği gibidir.

89 Şekil FDAM ana program akış yapısı Program DSP/BIOS başlangıç ayarları ile başlar, ana fonksiyonun icrası ile devam eder. Ana fonksiyonun sonunda DSP/BIOS başlar, kesmeleri yetkilendirir, döngüleri çalıştırır. Akım ve hız kontrol kesme yapısı Şekil da gösterilmiştir. Bu yapıda sadece GPT1 zamanlayıcıdan bir kesme kullanılmaktadır. Program sayıcılarını kullanarak, bu kesme alt programı, sayıcı sıfır olana kadar akım ve hız kontrol alt programlarını koşturmaktadır.

90 Şekil FDAM uygulaması için kesme fonksiyonları DSP programlama başlangıç ayarları Kullandığımız işlemcinin bütün başlık dosyalarının bulunduğu ana başlık dosyası olarak aşağıdaki dosyalar programa eklenir. DSP28_Device.h, SpeedEst.h, PIReg.h, SatDC_PWM.h, Encoder1.h, DCpwm1.h, Hall1.h, Adc.h, Kernel.h, BLDC_Parameters1.h Kaynak kod dosyalarının bulunduğu (source files) bölüme de DCPWM.C dosyası eklenmiştir. Bu dosya da sistem saat hızı ayarı HSPCLK hızına oranla PLL çıkışı olarak MHz çalışma durumu için aşağıdaki kod, koruma kaldırılıp, eklenip kayıtçılar tekrar korumaya alınır. Kullanılan kayıtçı nesne adları şöyledir:

91 EALLOW; funduszeue.info = 0; /*HSPCLK is set to MHz */ EDIS; Genel amaçlı giriş/çıkış kayıtçılarının ayarları kaynak dosyasında olduğundan, sayısal giriş ve çıkış olarak kullanılacak kapıların kayıtçıları yine korumalı olarak bu dosyada ayarlanır ve dosya ana program içine; InitGpio( ); koduyla dahil edilir. DSPx_Gpio.c kaynak dosyası da projeye eklenir. GPIO Port B nin ilk sekiz bitinin çıkış, son sekiz bitinin giriş olarak ayarlandığı kaynak kodları aşağıdaki gibidir. Genel tanımlama kapı(port) yönlendirme kayıtçısında yapılmaktadır. EALLOW; funduszeue.info &= GPIOAx_IN; I/O(GPIOA6,GPIOA7,GPIOA11) funduszeue.info &= GPIOAx_IN; Input GPIOA6,GPIOA7,GPIOA11 EDIS; Çevresel birimlerin kesme vektörleri adc.c kaynak dosyasında ayarlanır. Bu dosya kaynak dosyalar bölümüne dahil edilir. ADC örnekleme zamanına göre bir kesme vektörü; Init_Adc(); EALLOW; funduszeue.info = &adc_isr; EDIS; funduszeue.info6 = 1; IER = M_INT1; EINT; ERTM;

92 kaynak kodları girilmelidir. Ancak ADC nin kesme vektörleri CPU zamanlayıcılarından bağımsız değildir. Bu yüzden CPU nun gerçek zamanlı kesmeleri de yetkilendirilmiştir. Eğer bir bağımsız zaman kesmesi kullanılacak ve ADC nin buna uyması istenirse, zamanlayıcılardan birisine ilişkin kesme vektörü ayarlanmalıdır. Ayrıca, zamanlayıcının sayaç durumuna göre kesmenin zamanı da belirlenebilmektedir. Program döngüsü sonunda da kullanılan kesme vektörüne uygun bayraklar ayarlanır DSP kayıtçılarının ayarlanması F işlemcisinin bütün çevresel birimleri C/C++ desteğinde nesne olarak bit düzeyine kadar tanımlıdır. Programlamaya başlamadan önce başlık dosyaları tek tek incelenip kayıtçı nesne adları bellenmelidir. Yapılacak işleme göre işlemci bilgi sayfalarından uygun kayıtçılar belirlenip sırasıyla setlenmelidir. Aşağıda genel amaçlı giriş/çıkış seçisi kayıtçılarından GPIO_PORT_A nın bit düzeyinde PWM çıkışı yetkilendirmesi için bir örnek verilmiştir. funduszeue.info1_GPIOA0=1; Burada; GpioMuxRegs: Genel Amaçlı Giriş/Çıkış Seçici kayıtçısı, GPAMUX: GpioMuxRegs kayıtçısı altında bulunan A kapısı seçicisi, bit: A Kapısı Seçme Kayıtçısında bit düzeyinde işlem yapılacağı, PWM1_GPIOA0=1: A Kapısının A0 biti seçileceği ve PWM çıkışı olduğu anlamına gelmektedir Analog sayısal dönüştürücü (ADC) ayarlanması F işlemcisi bit çözünürlüklü 16 adet (2x8) V da analog girişli bir ADC ye sahiptir. Programın işlemcide koşturulması sırasında okunacak analog girişlerin

93 sayısı ve analog işaretin hangi bacağa bağlandığı, dönüştürme sırası ve biçimi ayarlanmalıdır. Örnekleme zamanı ve dönüştürülen işaretin sayısal değerinin ana program tarafından hangi sıklıkla alınacağı kesme vektörleriyle belirlenir. ADC nin örnekleme hızı ise sistem saat hızına göre bağımsız olarak ayarlanabilmektedir. Bu çalışmada ADC 25 MHz hızında ve dönüştürme biçimi sıralı kip olarak seçildi. Böylece okunacak akım ya da diğer analog girdiler öncelik sırasına göre dönüştürülmüştür. Okunacak analog kanal sayısı (ADCMAXCONV), dönüşüm yapılınca hangi kanalın hangi sonuç kayıtçısında tutulacağı (ADCSELSEQx ve ADCRESULTx), hangi olay yöneticisinin dönüşümü yeniden başlatacağı (EVA_SOC_SEQx) ve kesme vektörünün yeniden yetkilendirilmesi (INT_ENA_SEQx) her TIMER1 periyoduna bağlı gerçekleşen kesmeler için ayarlanır. İlgili kayıtçılar (ACTRLx, ADCMAXCONVxx, ADCCHSELSEQx) AdcRegs içinde bulunur. Üç analog giriş için kullanılan ayarlar örnek olarak aşağıda verilmiştir. funduszeue.info=MAX_CH // 0x; iki adet kanal dönüştürülecek funduszeue.info00=CHSELSEQ1_INI //0x; İa akımı ADCIN06 üzerinden, İb akımı ADCIN05 ten ölçülür funduszeue.info_SOC_SEQ1 = 1; // Sıralı mod EVA olay yöfunduszeue.infoi funduszeue.info_ENA_SEQ1=1; //Kesmeler dönşüm sonunda yetkili funduszeue.infoPS=3; // ADC örnekleme hızı /6=25Mhz Sayısal değere dönüştürülen analog işaretler ADCRESULTx kayıtçılarında tutulur. AdResIa = funduszeue.infoULT0; // Ia akımı için ADC değerini oku AdResIb = funduszeue.infoULT1; // Ib akımı için ADC değerini oku Bu kayıtçılar bit olmasına rağmen ADC bit olduğundan tutulan sayısal bilgi normal analog değerine dönüştürülmeden önce 4-bit sağa kaydırılarak kullanılır. Örnek kod aşağıdaki gibidir.

94 RefVoltDigital=(funduszeue.infoULT2 >>4); RefVoltAnalog= RefVoltDigital */; F işlemcisi ADC si mV/bit duyarlılıktadır [26,27] FDAM kontrol projesinde kullanılan dosyalar MAIN.C : C dilinde yazılmış ana programdır. Başlangıç fonksiyonları ve akım ve hız kontrolü için kesme alt programlarını içerir. BLDCFC : Logger ve referans üreteç için genel başlangıç fonksiyonları içerir. ADC.C : Akım ölçümü için ADC modülün fonksiyonlarını tanımlar. ENCODER.C : Kodlayıcıdan konum bilgisini almak için ENCODER modülü fonksiyonlarını tanımlar. HALL.C : Hall sensörlerden konum bilgisini almak için HALL modülü fonksiyonlarını tanımlar. KERNEL.C : Kesme tanımlama fonksiyonlarını içerir. DCPWM.C : PWM komutlarını üretmek için uygulama fonksiyonları ile başlangıç ayarlarını tanımlar. SPEEDEST.C : Kodlayıcı darbelerinden elde edilen verilere göre hızın hesaplanmasını içerir. BLDC_Parameters.h : motor, sensör parametreleri, genel sabitler ve kontrol sabitlerini içerir.

95 4. UYGULAMA VE BULGULAR Uygulama Çalışmaları Motorun hız ve akım denetim kodları MCK kit kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Resim de gösterildiği gibi MCK kit RS ile bir bilgisayara bağlanmış, güç kaynağı beslemesi d.a 15 V olarak ayarlanmıştır. Motor önce yüksüz olarak çalıştırılıp motorun hız, moment, faz akımları ve konumu incelenmiştir. Resim MCK kit bağlantı resmi Yazılan kod bilgisayara arayüz programı DMC Developer Pro ile DSP ye yüklenmiş ve PWM sinyalleri osiloskop vasıtasıyla izlenmiştir. Resim de PWM1 sinyalinin osiloskoptaki görüntüsü verilmektedir. Ölçümler J3 konnektörü üzerinde yer alan PWM sinyalleri Çizelge de belirtilen pinlerden ölçülebilmektedir.

96 Çizelge DSP pinleri PWM sinyalleri Pin No Sinyal Adı F Pin Tanımlama V + V Vdc güç kaynağı 3 PWM1 GPIA0 V sayısal işaret 4 PWM2 GPIA1 V sayısal işaret 5 PWM3 GPIA2 V sayısal işaret 6 PWM4 GPIA3 V sayısal işaret 7 PWM5 GPIA4 V sayısal işaret 8 PWM6 GPIA5 V sayısal işaret GND GND Sayısal toprak DMC Developer Pro arayüz programı Trace özelliği ile programda kullanılan genel değişkenleri gözlemleme imkanı vermektedir. Bu izlemeyi aktif hale getirmek için kod içerisine logger fonksiyonunu eklemek gerekmektedir. Çizelge de programda kullanılan değişkenler gösterilmektedir. Çizelge DSP pinleri PWM sinyalleri Değişken Adresi Adı funduszeue.info E IqRef funduszeue.info Iq funduszeue.info SpeedRef funduszeue.info Speed funduszeue.info Speed (Enc.) funduszeue.info Hall funduszeue.info E UqRef funduszeue.infoon E Position

97 Resim PWM1 sinyalinin osiloskopta görüntüsü Şekil PWM1-PWM2 sinyalleri Şekil de görüldüğü gibi PWM sinyalleri periyodu 50 µs (frekansı 20 khz) olarak ayarlanmıştır. PWM1 sinyali T1 transistörünü, PWM2 sinyali ise T2 transistörünü sürmekte olup, aynı ayakta bulunan iki transistör birisi iletimdeyken diğeri kesimdedir. Ayrıca, iletimden kesime geçerken ölü bant süresi vardır.

98 Kod üzerinden veya DMC Developer Pro arayüz programı Reference Generator uygulamasından referans hız d/d olarak ayarlanmış ve rpm ölçer cihaz olan Strobotac ile hız d/d olarak ölçülmüştür (Hız kararlı durumda). Cihaz ile ölçüm alınması Resim te gösterilmiştir. Resim Strobotac cihazı ile rotor hız ölçümü Ayrıca, hız DMC Developer Pro arayüz programı Trace fonksiyonu ile gözlemlenmiştir Farklı Referans Hızlarda Motorun Yüksüz Çalışması Bu çalışmada hız ve akım PI kontrol parametreleri aşağıda çizelgede belirtildiği değerlerde alınmıştır. Çizelge Denetleyici parametreleri Akım Denetleyici Hız Denetleyici Ki Ki 10 Kp Kp

d/d lık referans hızda yüksüz çalışma Şekil Motorun hız tepkisi Motor yüksüz kalkınmış, d/d olan referans hızı yaklaşık 10 ms de yakalamış, salınım yaptıktan sonra 60 ms de motor hızı kararlı hale gelmiştir. Motorun ilk çalışma anında hız hatası, motor durduğundan en yüksek değeri olan d/d olmuştur. Ayrıca 10 ms de motor hızı referans hızı geçip 20 ms de d/d maksimum hıza ulaşmış, 40 ms de referans hızın altına düşmüş, 60 ms de ise referans hızda sabitlenmiştir. Hızın referans hıza zorlanması PI kontrolun etkisiyle olmuştur. Hız Motorun kalkınmasına ve referans hızı yakalamasına paralel olarak hız hatası, motor hızının referans hızı yakaladığı an olan 60 ms de sıfır olmuştur. Bu andan sonra motor hızında bir değişim olmadığından hız hatasında da bir değişiklik olmamıştır.

Şekil Motorun a ve b faz akımları Şekil Motorun q ekseni akımı İlk kalkınma anında motor kalkınma momentini karşılayabilmek için fazla akım çekmiş motor hızlandıkça çekilen akım azalmış, yük olmadığı için akım değeri 50 ms de sıfıra yakın olmuştur.

Şekil Motor hall sensör sinyalleri osiloskop görüntüsü Motor hall sinyalleri frekansı 30 Hz dir. Motor iki kutuplu olduğu için her dönüşte iki işaret oluşmaktadır. Bu nedenle rotor dönüş frekansı 15 Hz dir. Buda 15x60= d/d ya karşı gelmektedir. Şekil Motor hall sensör işareti

Şekil da görüldüğü üzere sabit hızda dönen motorun hall sinyalleri düzgün dağılımlıdır. 3-hall sinyali 66 ms de tekrarlamakta olup, bu süre motorun bir tur dönüşüne karşı gelmektedir d/d lık referans hızda yüksüz çalışma Şekil Motorun hız tepkisi Motor yüksüz kalkınmış, d/d olan referans hızı yaklaşık 20 ms de yakalamış, salınım yaptıktan sonra 70 ms de motor hızı kararlı hale gelmiştir. Motorun ilk çalışma anında hız hatası, motor durduğundan en yüksek değeri olan d/d olmuştur. Ayrıca 20 ms de motor hızı referans hızı geçip 40 ms de d/d maksimum hıza ulaşmış, 50 ms de referans hızın altına düşmüş, 70 ms de ise referans hızda sabitlenmiştir. Hızın referans hıza zorlanması PI kontrolun etkisiyle olmuştur. Hız Motorun kalkınmasına ve referans hızı yakalamasına paralel olarak hız hatası, motor hızının referans hızı yakaladığı an olan 70 ms de sıfır olmuştur. Bu andan sonra motor hızında bir değişim olmadığından hız hatasında da bir değişiklik olmamıştır.

Şekil Motorun a ve b faz akımları Şekil Motorun q ekseni akımı İlk kalkınma anında motor kalkınma momentini karşılayabilmek için fazla akım çekmiş motor hızlandıkça çekilen akım azalmış, yük olmadığı için akım değeri 70 ms de sıfıra yakın (70 ma) olmuştur.

Şekil Motor hall sensör sinyalleri osiloskop görüntüsü Motor hall sinyalleri frekansı 60 Hz dir. Motor iki kutuplu olduğu için her dönüşte iki işaret oluşmaktadır. Bu nedenle rotor dönüş frekansı 30 Hz dir. Buda 30x60= d/d ya karşı gelmektedir. Şekil Motor hall sensör işareti

Sabit hızda dönen motorun hall sinyalleri düzgün dağılımlıdır. 3-hall sinyali 33 ms de tekrarlamakta olup, bu süre motorun bir tur dönüşüne karşı gelmektedir d/d lık referans hızda yüksüz çalışma Şekil Motorun hız tepkisi Motor yüksüz kalkınmış, d/d olan referans hızı yaklaşık 55 ms de yakalamış, salınım yaptıktan sonra ms de motor hızı kararlı hale gelmiştir. Motorun ilk çalışma anında hız hatası, motor durduğundan en yüksek değeri olan d/d olmuştur. Ayrıca 75 ms de motor hızı referans hızı geçip 40 ms de d/d maksimum hıza ulaşmış, 80 ms de referans hızın altına düşmüş, ms de ise referans hızda sabitlenmiştir. Hızın referans hıza zorlanması PI kontrolun etkisiyle olmuştur. Hız Motorun kalkınmasına ve referans hızı yakalamasına paralel olarak hız hatası, motor hızının referans hızı yakaladığı an olan ms de sıfır olmuştur. Bu andan sonra motor hızında bir değişim olmadığından hız hatasında da bir değişiklik olmamıştır.

Şekil Motorun a ve b faz akımları Şekil Motorun q ekseni akımı İlk kalkınma anında motor kalkınma momentini karşılayabilmek için fazla akım çekmiş motor hızlandıkça çekilen akım azalmış, yük olmadığı için akım değeri ms de sıfıra yakın olmuştur.

Şekil Motor hall sensör sinyalleri osiloskop görüntüsü Motor hall sinyalleri frekansı Hz, rotor dönüş frekansı 60 Hz dir. Motorun dönüş hızı 60x60= d/d ya karşı gelmektedir. Şekil Motor hall sensör işareti

ms den sonra sabit hızda dönen motorun hall sinyalleri düzgün dağılımlıdır. 3- hall sinyali yaklaşık 16 ms de tekrarlamakta olup, bu süre motorun bir tur dönüşüne karşı gelmektedir Değişken Referans Hızda Motorun Yüksüz Çalışması Yüksüz durumda motor referans hız profili değiştirilip, ileri yönde, ters yönde değişik hız içerecek şekilde aşağıda belirtilen hız referansı uygulanmış ve motorun tepkisi incelenmiştir. Şekil de motora uygulanan referans hız, motorun hız tepkisi verilmiştir. Şekil Motora uygulanan karesel hız profili ve alınan hız tepkisi Şekilde görüldüğü üzere yüksüz durumda motorun referans hızı yakalama kısa sürede olmuş (50 ms), ancak negatif ve pozitif yönde referans hızı geçip salınım yapmıştır.

Sabit Referans Hızda Motorun Yükte Çalışması FDAM ın yükte çalışmasını incelemek için Resim te gösterildiği gibi jeneratör olarak çalıştırılan d.a motoru yapısı gerçekleştirilmiştir. FDAM hareketini makaralar vasıtasıyla d.a motoruna aktarmaktadır. Motor çıkışına yük olarak değişken direnç bağlanmıştır. Faz akımlarını gözlemlemek için akım probu vasıtasıyla osiloskop kullanılmıştır. Resim FDAM a yük uygulanması Şekil deki d/d referns hızda motora başlangıçta yük uygulanmış (d.a motoru ve çıkışında 1 ohm yük) ve motor çalıştırılmıştır. Yüklü olarak çalışan FDA motorun referans hızı yakalaması 40 ms de olmuş, fakat referans hızı geçerek d/d ya ulaşmıştır. PI denetleyici etkisiyle ms arasında küçük bir salınım yapan hız referans hızı ms de yakalamıştır.

Şekil Yüklü motorun hız tepkisi Yükte çalışan motorun hız hatasında motorun referans hızı ms de yakalamasıyla birlikte sıfır olmuştur. Şekil Yükte çalışan motorun q ekseni akımı Şekil da yükte çalışan motorun moment akımı İ q nın değişimi verilmiştir. Şekilde ilk kalkınma anında motor kalkınma momentini karşılayabilmek için fazla akım çekmiş motor hızlandıkça çekilen akım azalmış ve buna bağlı olarak motor

momenti de önce yüksek olmuş daha sonra hızın kararlı olmasıyla birlikte moment akımı yük akımı seviyesine düşünce motorun ürettiği moment de yük momenti değerine düştüğü görülmüştür. Şekil de faz akımları görülmektedir. Şekil de ise yükte çalışan motorun hall sensör sinyalleri gösterilmektedir. Şekil Yükte çalışan motorun a ve b faz akımları Şekil Yükte çalışan motor hall sensör sinyalleri

Şekil Motorun (d.a) çıkış yük geriliminin osiloskop görüntüsü FDAM d/d da çalıştırıldığına d.a motoru çıkışında Şekil de gösterilen gerilim oluşmaktadır. Yükten (1 ohm) akan akım A olarak ölçülmüştür Denetleyici Parametrelerinin Hız Tepkisine Etkisi Bu kısımda hız denetleyici parametrelerinin hız tepkisine etkisi incelenmiştir. Şekil de görüldüğü üzere Kp=50 değerine düşürüldüğünde hızda dalgalanma artmış, ayrıca referans hızı yakalama süresi uzamıştır.

Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=50) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=) hız tepkisi Şekil de Kp= değerine çıkarılmasında referans hızı yakalama süresi kısalmış ayrıca hızda dalgalanma olmamıştır. Ancak, Şekil da görüldüğü üzere aynı parametreler (Ki=5 Kp=) hızın dört kat düştüğü d/d referans hızda kullanıldığında ise hızda dalgalanma oluşmuş, referans hızı yakalama süresi uzamıştır.

Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=20 Kp=) hız tepkisi

Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=20 Kp=) hız tepkisi Şekil d/d referans hızda PI parametreleri (Ki=5 Kp=) hız tepkisi

Daha göster

 
Yakup Yazıcı - Şexem Birin

Sanatçı

: Yakup Yazıcı

Albüm

: Potpori ()

Şarkı

: Şexem Birin

Boyut

: MB

İndirme

: Toplam İndirme

Tarihinde eklendi, Toplam İndirme

Sanatçı'nın En Çok İndirilen Mp3leri

Kullanıcı Yorumları (Yakup Yazıcı - Şexem Birin )

Şexem Birin Şarkı Sözü

Şexem Birin İçin şarkı sözü eklenmemiş. Şexem Birin Şarkı sözlerini biliyorsanız bize gönderebilirsiniz.

Şexem Birin Anahtar Kelimeler

Yakup Yazıcı Şexem Birin Mp3 İndir Dinle , Yakup Yazıcı Şexem Birin Şarkı Sözleri , Yakup Yazıcı Albümleri , Yakup Yazıcı Şexem Birin Cep Telefonuna Mp3 İndir,Şexem Birin bedava mp3 indir ,Şexem Birin cepten ücretsiz indir

Sanatçı'nın Son Eklenen Mp3leri

Şuan Dinlenen Mp3'ler