On steady-state performance estimation of three-phase induction motors
Üç fazlı asenkron motorların sürekli-hal performans kestirimi
- Tez No: 496439
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Endüstride kullanılan motorların yüzde seksen beşinden fazlası asenkron motorlardır. Bu yoğun kullanımın temel nedenleri, sağlam yapıları ve diğer motorlara göre daha ucuz olmalarıdır. Son yıllarda artan yüksek verim arayışları ve önleyici bakım araştırmaları, asenkron motorların performanslarının sürekli gözlenmesi gibi çözüm arayışları getirmiştir. Eğer tüm motorların performanslarının gözlenmesi amaçlanıyorsa, bu ancak ucuz sensörler ve bu sensörlerin algıladıkları bilgileri önce işleyerek ardından ana bir hesaplama birimine göndermesi ile olanaklı olabilir. Bu amaçla günümüzde LTE/4G haberleşmeli IoT (Internet of Things) modülleri ile performans gözleyici cihazlarla ilgili araştırmalar yapılmaktadır. Yalnızca alınan giriş büyüklükleri bilgileri ile asenkron motorun performansı tahmin edilebilir. Bu tezin amacı, basit ve ucuz gerilim ve akım sensörleri kullanılarak yalnızca giriş bilgilerinin ölçülmesi ve motor parametreleri yardımı ile motor çıkış büyüklüklerinin belirlenmesidir. Motor performansının kestirimi için motor eşdeğer devre parametrelerinin belirlenmesi gerektiğinden, bu parametreler çevrim içi ya da çevrim dışı belirlenebilir. Temel deneyler olarak adlandırılan boşta ve kısa devre (kilitli rotor) deneyleri ile motor eşdeğer devre parametreleri belirlenebilir. Bu çalışmanın hedefi eşdeğer devre parametreleri yardımı ile yalnızca giriş büyüklüklerini kullanarak bir asenkron motorun sürekli hal performansının kestirimidir. Hesaplamalar ve deneysel çalışma için 380 V, 4 kutup, 2.2 kW gücünde üç fazlı bir asenkron motor kullanılmıştır. Öncelikle motorun performans ve temel deneyleri (boşta ve kilitli rotor) yapılmış ve motor performansı deneysel olarak gözlenmiştir. Ayrıca hem sürtünme kayıplarının hem de doğru demir direnci değerlerinin belirlenmesini sağlayan düzeltilmiş boşta deney de gerçekleştirilmiştir. Motor eşdeğer devre parametreleri ve motorun ısınması da ayrıca belirlenmiştir. Ardından VisSim yazılımı ortamında, motor giriş eşdeğer empedansı ve motor güç dağılımı algoritmaları oluşturulmuş ve giriş empedansının kayma ile değişimi ortaya konulmuştur. Ayrıca motor giriş gerilimi ve akımından motor giriş aktif, reaktif ve görünür güçlerini belirleyen basit algoritmalar kurulmuştur. Ardından MATLAB ortamında eğri uydurma algoritmaları kullanılarak giriş eşdeğer empedansının kayma ile değişimi ikinci dereceden modellenmiştir. İkinci dereceden denklemin katsayıları motorun eşdeğer devre parametrelerine bağlıdır. Bu katsayılar doğrudan üretici tarafından ya da yapılacak olan deneylerle belirlenebilir. Bu sayede, seçilecek olan işlemciye yazılacak basit bir gömülü yazılım ile giriş güç hesaplama ve eşdeğer empedanstan kayma değerini belirleme işlemleri yaptırılabilir. Sürtünme ve ek kayıpların ilavesi ile motor çıkış gücü ve mil momenti belirlenebilir. Bu sayede motorun verimi ve yüklenme durumu sürekli olarak gözlenebilir. Tezde elde edilen deneysel sonuçlar ve yapılan kestirim hesaplamaları yakın sonuçlar vermiştir. Bu anlamda, asenkron motorların sürekli hal performanslarının çok basit sensörler ve hesaplamalar kullanılarak yapılabileceği ortaya konulmuştur. İleri çalışmalarda, eşdeğer devre parametrelerinin herhangi bir deney yapmaksızın, motorun işletmesi sırasında belirlenmesine yönelik çalışmalar yapılacaktır. Ayrıca giriş eşdeğer empedansının sıcaklıkla olan değişiminin de hesaba katılacağı basit ve hızlı algoritmalar tasarlanacaktır.
Özet (Çeviri)
In industry, more than 85 % of the used motors are induction motors, because of two main reasons: rugged in construction and low cost when comparing it to other motors. Recently, increasing higher efficiency interests and protective maintenance trends lead the on-line performance monitoring of induction motors. If it is intended to monitor performances of all motors, this can be only done by using cheaper sensors and by processing the captured information to provide a performance monitoring calculation in a central unit. For this reason, there are multiple types of research on the performance monitoring devices, which are using LTE/4G IoT technology. It is possible to estimate the motor performance by means of captured terminal quantities and motor parameters. The aim of this thesis is to define input and output steady-state performance values of an induction motor via information from simple terminal voltage and current sensors. Since motor parameters are required to estimate performance, by on-line and off-line techniques can determine the motor parameters. By conducting some fundamental tests (no-load, and blocked-rotor), the motor equivalent circuit parameters can be defined. The target of this study is to predict the performance of an induction motor by using only terminal quantities. The experimental work and estimation calculations are applied for a 4-pole, 2.2 kW three-phase squirrel cage induction motor. First, the fundamental tests such as no-load and blocked-rotor tests are conducted and the performance of the motor is monitored experimentally. Then corrected no-load test is conducted to find the more accurate value of core loss resistor and frictional losses. So motor equivalent circuit parameters and motor heating are defined. By using VisSim software, motor input impedance calculation and power distribution algorithms are formed and variation of the input equivalent impedance with the motor slip is obtained. A basic algorithm is developed to calculate the input powers, i.e. input apparent, active and reactive powers from the terminal voltage and current values. In this study, a simple method that is based on total equivalent impedance of T-equivalent circuit is proposed as a scientific contribution. The essence of the method is to find out the relation between equivalent impedance and slip. To extract the slip from the impedance expression is required a substantial of a burden of calculation. Thus, this problem is solved by using a quadratic equation of equivalent impedance that is a function of slip. A MATLAB curve fitting algorithm is used to define input impedance-slip variation with a quadratic equation. The coefficients of the quadratic equation are depending on the motor equivalent circuit parameters. These coefficients can be obtained from the manufacturer or found by means of fundamental tests. So all these calculations including the terminal powers and slip can be done via a microprocessor with a simple code. By adding frictional and stray losses, the output power and shaft torque can be defined. By doing so, the efficiency and loading can be monitored on-line. In the thesis, the tested and calculated results are in agreement. Therefore, it is shown that the performance of an induction motor can be estimated by using only terminal measurements and simple calculations. For future work, it will be searched the ways of determining motor parameters during operation and without implementing any tests. Moreover, the temperature dependency of the related parameters will analyze thoroughly.
Benzer Tezler
- Asenkron motorun sensörsüz alan yönlendirmeli vektör kontrollü bir hız tahmin yönteminin geliştirilmesi
Development a field oriented controlled sensorless speed estimation method of induction motor
SADIK ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURETTİN UMURKAN
- Sürekli mıknatıslı senkron motorda algılayıcısız kontrol yöntemini geliştirmeye katkılar
Contributions to improve the method of sensorless control of PMSM
GÖKHAN ALTINTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Vektör kontrollü yöntemi ile denetime yönelik bir asenkron makina modeli
An Induction machine model for vector control methods
CEM TOLGA DURAK
Yüksek Lisans
Türkçe
1995
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. ATİLLA BİR
- Vektör kontrollü hız sensörsüz asenkron motor için HFSTSMC hibrit denetleyici ve AGSTSMO hız gözlemci tasarımı
HFSTSMC hybrid controller and AGSTSMO speed observer design for vector controlled speed sensorless induction motor
ABDÜLHAMİT NURETTİN
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKırıkkale ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİHAT İNANÇ
- Sensorless permanent magnet synchronous machine control based on stator feedforward voltage estimation
Sürekli mıknatıslı senkron makineler için ileri beslemeli stator gerilim tahmini metoduna dayalı sensörsüz kontrol yöntemi geliştirme
ÖMER CİHAN KIVANÇ
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOkan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SALİH BARIŞ ÖZTÜRK