Günümüzde, giderek yaygınlaşan elektrikli araçların en büyük sorunlarından biri menzillerinin sınırlı olmasıdır. Batarya kapasitesinin arttırılması, aracın ağırlığını da arttırmaktadır. Devre kayıplarının düşürülmesi ve verimin arttırılması ile düşük boyutlarda batarya kullanılması veya aynı batarya ile daha fazla yol gidilmesi sağlanmaktadır. Elektrikli araçlarda, yüksek verim ve hassas kontrolleri sayesinde genellikle daimi mıknatıslı senkron motorlar (DMSM, PMSM) kullanılır. İnverter, DC elektrikli araç bataryasının çıkış gerilimini 3 faza çevirerek elektrik motorunu beslemektedir. İnverterde kullanılan IGBT anahtarlama elemanlarının iletim ve anahtarlama kayıpları, termal kayıpların kaynağıdır. PMSM motorların, sinüsoidal kontrol yöntemleri vektörel ve skaler olarak sınıflandırılmaktadır. Vektörel kontrol yöntemleri, alan yönlendirmeli kontrol (AYK, FOC) ve doğrudan moment kontrol (DMK, DTC) olmak üzere ikiye ayrılır. Motorun hızını ve konumunu tespit etmek için motor pozisyon sensörü kullanılır. Skaler kontrol yöntemi bir motor pozisyon sensörüne ihtiyaç duymazken, vektörel kontrol yöntemlerinde verim ve hassasiyeti arttırmak için motor pozisyon sensörü kullanma ihtiyacı vardır. Endüstriyel uygulamalarda, sistem maliyetinin düşürülmesi hedeflenmekte ve pozisyon sensörü yerine çeşitli algoritmalarla motor pozisyonunu tahmin edilmeye çalışılmaktadır. Ancak, bu çözüm her zaman verimli değildir. Bu sebeple, bu çalışmada sensörlü kontrol yöntemleri dikkate alınmıştır. Aynı zamanda, aracın sürüş verisi için, binek araçların resmi yakıt tasarrufu ve emisyon seviyelerini belirlemek için kullanılan Uluslararası Uyumlu Hale Getirilmiş Hafif Araç Test Prosedürü (WLTP) hız verisi, inverter kontrolündeki hız referansı olarak kullanılmıştır. Buna bağlı olarak, alan yönlendirmeli kontrol, doğrudan moment kontrolü ve skaler kontrol yöntemlerinin, elektrikli araç uygulamalarında kullanılan yüksek güçlü inverterlerdeki kayıpları incelenmiştir. Bu üç kontrol yöntemi kullanılarak bir elektrikli araç inverteri üzerinde kayıplar incelenmiş ve IGBT elemanlarının termal analizi yapılarak, karşılaştırılmıştır.
Anahtar Kelimeler: İnverter Kayıpları, Alan Yönlendirmeli Kontrol, Doğrudan Moment Kontrolü, Skaler Kontrol, Termal Analiz, PMSM Kontrol Yöntemleri
|
