Skaler kontrol metodu, stator frekansını sadece gerilim ve akımı kontrol sinyali uygulayarak sürer. Yani stator gerilimi, stator frekansı ile orantılı olarak değiştirilerek kontrol sağlanır. Burada tork ve akının sabit kaldığı esastır. Bu yöntemin avantajı tekniğin basitliğinden ve hesaplama kolaylığından kaynaklanır(Zidani vd., 2002). Temel kontrol amacı, dışarıdan gelebilecek herhangi bir bozulmaya karşı koyarak makineyi istenilen hızda tutmaktır.
Gerilim kaynaklı bir PWM inverter ile hem gerilim hem de frekans sabit bir oranda tutularak makinenin akısı aynı değerde tutulur(Garcia vd., 1998). Bu yöntemlere düşük performanslı yöntemler de denilmektedir. Bu yöntemler oldukça ucuz ve kolay gerçekleştirilebilmesine rağmen bu yöntemlerin kullanılması ile elde edilen değişken hızlı tahrik sistemlerinin performansı, doğru akım motorlu sürücülerden elde edilen performansı yakalayamamaktadır. Skaler kontrol yöntemlerinin temeli, motora uygulanan gerilim ve frekansın, gerilim/frekans (V/f) oranı sabit kalacak şekilde uygulanmasıdır. Asenkron motorda V/f oranının sabit tutulması, hava aralığı akısının sabit tutulması anlamına gelir. Stator akımı hem moment hem de akı ile ilişkili olduğundan bu yöntemde bağımsız olarak moment kontrolü yapmak mümkün değildir. Ayrıca momenti değiştirmek gerektiğinde akı değeri de değişeceğinden moment cevap süresi, akının değişim hızına bağlı olarak yavaş olacaktır. Skaler kontrol yöntemlerinin uygulanmasında, frekans referansının basamak şeklinde uygulanması gerektiğinden gerçek kayma değeri aşılması sonucunda kararsızlık oluşmaktadır. Ayrıca parametre değişimleri kontrolün sonuçlarını olumsuz etkilemektedir. Bu yöntemin geliştirilmesi için kayma kontrolü kullanılmaktadır. Skaler kontrol yöntemleri düşük hızların dışında, hızın yavaş değiştiği uygulamalar için elverişlidir. Fakat hassas hız ve moment ayarının gerektiği uygulamalarda kullanılması mümkün değildir(Kolbaş vd., 2011).
26 3.2.2. Vektör Kontrol
Vektör kontrolü, asenkron motorların yüksek performans sürücüleri için yaygın olarak kullanılmaktadır. Asenkron motorun kontrolünde kontrol edilecek büyüklük olarak akımın genliği, fazı ve frekansı düşünüldüğünde tanımlanan kontrol büyüklüğü akım vektörü olmaktadır. Bu kontrol literatürde vektör kontrol olarak isimlendirilmektedir ve uzay vektör teorisinin gelişmesi ile ortaya çıkmıştır. Bu teori ile akım vektörü ele alındığında moment ve akı olarak iki ayrı bileşene ayrılabilmektedir(Kolbaş vd., 2011). Asenkron motorlarda moment ve akı birbirine bağımlıdır. Asenkron motorlarda vektör kontrolün amacı, DC motorlar gibi moment ve akı arasındaki kenetlenme etkisini ortadan kaldırarak moment ve akının birbirinden bağımsız olarak denetlenebilir hale getirmektir(Jung ve Nam, 1999; Lin vd., 2000; Suwankawin ve Sangwongwanich, 2002). Güç elektroniği devreleri ile kontrol edildiği zaman elektrik motorlarının döndürme momenti, hızı ve ivmelenmesi iyileştirilebilir ve verimliliği artırılabilir. Vektör kontrolü, Doğrudan Moment Kontrolü (DMK) ve Alan Yönlendirmeli Kontrol (AYK) olmak üzere iki şekilde kontrol edilebilmektedir.
3.2.2.1. Alan yönlendirmeli kontrol (AYK)
Alan Yönlendirmeli Kontrol, ilk olarak Hasse (1969) ve Blaskhe (1972) tarafından keşfedildi. Bu kontrol yöntemi ile asenkron motorların momenti ve akısı DC motorlar gibi birbirinden bağımsız moment ve akı bileşenleri olarak kontrol edilebilmektedir(Alsofyani ve Idris, 2013; Reza vd., 2014). Asenkron motorların üç fazlı gerilimleri, akımları ve akıları Uzay Vektör Darbe Genişlik kullanılarak α-β iki koordinatlı duran eksen takımındaki vektör bileşenleri d-q
27
iki koordinatlı dönen eksen bileşenlerine dönüştürülür. Dönen eksen takımına aktarım yapıldığında artık d ve q eksenlerinde sırasıyla akı ve momenti temsil eden iki bileşen elde edilir. Stator akımlarının dönüştürülmesi asenkron motorun kompleks üç fazlı motor gibi değil DC motor gibi modellenmesini sağlar(Artar ve Ertuğrul, 2010; Özçalık vd., 2013). AYK, doğrudan ve dolaylı alan yönlendirme kontrol olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Doğrudan alan yönlendirmeli kontrol (akı geri besleme kontrolü), ilk olarak Blasckhe (1972) tarafından uygulanmıştır. Doğrudan alan yönlendirme kontrol uygulanırken, yönlendirme akışı hall etkili duyargalar, sezici bobinler, stator geriliminin üçüncü harmoniği veya kademeli stator sargıları ya da stator akım-gerilim ve hız ölçümleri kullanan gözlemleyiciler üzerinden elde edilen akı bilgisi geri beslenir ve ayrıştırmanın temelini oluşturan dönüşümler gerçekleştirilir(Vas ve Alakula, 1990). Dolaylı alan yönlendirmeli kontrol (akı ileri besleme kontrolü), ilk olarak Hasse (1969) tarafından uygulanmıştır(Şit vd., 2015). Bu uygulama tarzında yönlendirme bilgisi, stator akımları ve hızını gözlemleyerek elde edilir (Demirtaş, 2002).
3.2.2.2. Doğrudan moment kontrolü (DMK)
Doğrudan Moment Kontrolü uygun stator gerilim vektörlerinin seçimi ile stator akısının ve momentin doğrudan kontrol edilmesi olarak adlandırılır(Korkmaz ve Korkmaz, 2008). DMK yönteminin temeli, stator akısı ile elektromanyetik momentin eşzamanlı olarak denetlenmesine dayanır(He ve Jiang, 2007). Alan yönlendirmeli vektör kontrolünde koordinat dönüşümleri, işlemi daha karmaşık hale getirmektedir. DMK yönteminde koordinat dönüşümleri yapılmadan doğrudan kontrol edilmektedir. Doğrudan moment kontrolü ile motor ve yük parametrelerinin değişimlerinden etkilenmeden, motorun moment ile akısını etkin bir şekilde ve istenen yörüngede doğrudan kontrol etmek mümkündür(Özçıra vd., 2012). Alan yönlendirmeli vektör kontrol yöntemiyle karşılaştırıldığında DMK’nın avantajları; daha basit denetim yapısı, daha hızlı moment cevabı, daha düşük harmonik kayıpları, daha hızlı tepki performansı ve parametre değişimine karşı hassasiyetinin daha az olması olarak sayılabilir(Korkmaz vd., 2008; Bian vd., 2007). Anahtarlama frekansının akı ve
28
moment histeresiz bandlarının genişliğine göre değişmesi ve moment dalgalanmalarının meydana gelmesi, geleneksel DMK’nın en büyük dezavantajıdır. DMK sürücü sisteminde, stator akı hatasının belirlenen histeresiz band içerisinde kalmasını sağlayacak invertör anahtarlama durumunun seçilmesi sağlanır. Histeresiz bandların genişliklerinin seçimi de oldukça önemlidir. Histeresiz bandların dar seçilmesi evirici anahtarlama frekansının artmasına, bunun sonucu olarak da güç elemanlarının ısıl sınırlarının zorlanmasına yol açmaktadır. Bandların geniş seçilmesi ise evirici anahtarlama frekansının düşmesine, bunun sonucu olarak da yüksek moment dalgalanmasına sebep olmaktadır. Bu durum özellikle düşük hız bölgelerinde daha fazla moment dalgalanmalarına yol açmaktadır. Akı ve moment histeresiz band genişlikleri evirici anahtarlama frekansını etkilediği için, histeresiz kontrolörlerinin band genişliklerinin uygun bir şekilde seçilmesi gerekir(Şit vd., 2015).