Fırçasız doğru akım motoru sürücüsünün simülasyonu, tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Abstract

Fırçasız doğru akım motorları endüstride çeşitli kullanım alanlarına sahiptirler. Bu motorlar ilgili uygulamanın ihtiyaçları doğrultusunda bir motor sürücü aracılığı ile hız veya akım kontrol modunda kullanılabilmektedir. Bu tezde yapılan çalışmalar aşağıdaki gibidir. • Sistem Modelleme Bir fırçasız doğru akım motoru 3 faz eşdeğer transfer fonksiyonu kullanılarak MATLAB&Simulink R2017b ortamında modellenmiştir. Geliştirilen model üzerinde değişken yük altına hız ve akım kontrol başarımı analiz edilmiştir. • Döngüde Donanım Sistemi (Hardware In The Loop) Geliştirilen fırçasız doğru akım motoru modeli HDL Coder aracı kullanılarak VHDL koduna dönüştürülmüştür. Üretilen VHDL kodu NI LabVIEW 2021 ortamında NI myRIO 1900 RT FPGA cihazına gömülerek döngüde donanım uygulaması yapılmıştır. • Elektronik Devre Tasarımı Geliştirilen sürücünün devresi kontrol katı, güç katı ve arayüz katı olmak üzere 3 modül olarak Altium ortamında tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Kontrol katı mikrodenetleyici birimini içermektedir. Güç katı 3 fazlı tam köprü topolojisinde evirici devresini, güç girişlerini ve güç çıkışlarını içermektedir. Evirici devresinde anahtarlama elemanı olarak IGBT modül kullanılmıştır. Arayüz katı arayüz ekranı, sinyal girişleri ve sinyal çıkışlarını içermektedir. • Yazılım Geliştirme Sürücü yazılımı C programlama dili ile ARM tabanlı bir mikrodenetleyici üzerinde çalışacak şekilde geliştirilmiştir. Komütasyon yöntemi olarak trapezoidal komütasyon kullanılmıştır. Geliştirilen sürücünün hız ve akım kontrol başarımı test edilmiştir.

Brushless direct current motors have various uses in industry. These motors can be used in speed or current control mode by means of a motor driver in line with the needs of the relevant application. The studies in this thesis are as follows. • System Modeling A brushless direct current motor is modeled in MATLAB&Simulink using a 3-phase equivalent transfer function. The speed and current control performance under variable load is analyzed on the implemented model. • Hardware In The Loop System The implemented brushless DC motor model was converted to VHDL code using HDL Coder tool. The generated VHDL code was embedded in the NI myRIO RT FPGA device in the NI LabVIEW environment, and hardware implementation was performed in the loop. • Electronic Circuit Design The circuit of the implemented driver has been designed and implemented in Altium environment as 3 modules as control stage, power stage and interface stage. The control unit contains the microcontroller unit. The power stage contains the inverter circuit, power inputs and power outputs in 3-phase full bridge topology. IGBT module is used as the switching element in the inverter circuit. The interface layer contains the interface screen, signal inputs and signal outputs. • Software Development The driver software has been developed to run on an ARM-based microcontroller with the C programming language. Trapezoidal commutation was used as the commutation method. The speed and current control performance of the implemented driver has been tested.