Performans odaklı çok girişli kademeli konvertör ve gelişmiş doğrudan tork kontrol şeması kullanan anahtarlamalı relüktans motor tahriki

Niçin daha düzgün elektrikli tahrikler önemlidir

Elektrikli araçlar daha yaygın hale geldikçe sürücüler bunların yalnızca temiz ve verimli olmasını değil, aynı zamanda sessiz, düzgün ve güvenilir olmasını da bekliyor. Geleceğin EV’leri için umut vadeden motor türlerinden biri, sağlam, ucuz ve nadir toprak mıknatıslarından bağımsız olan anahtarlamalı relüktans motordur. Ancak bu motorlar sarsıntılı tork ve fazladan titreşim yaşayabilir; bu da yolculuğu daha az konforlu hale getirir ve mekanik parçalar üzerinde stres yaratır. Bu makale, bu tip motorları daha düzgün çalıştıracak, enerjiyi daha az israf edecek ve otomobillerde zorlu çekiş görevlerine daha iyi uyan yeni bir besleme ve kontrol yöntemi sunar.

Farklı bir elektrik motoru türü

Çalışma, iç yapısı daha tanıdık olan sabit mıknatıslı makinelerden oldukça farklı görünen anahtarlamalı relüktans motorlara odaklanır. Rotor üzerinde mıknatıslar kullanmak yerine bu motorlar, manyetik yolun daha kolay olduğu — yani endüktansın daha yüksek olduğu — bölgelere rotorun hareket etme eğilimine dayanır. Birden çok stator sargısı üzerinden akımı sırasıyla açık/kapalı yaparak denetleyici rotoru çeker ve tork üretir. Bu tasarım dayanıklı, basit ve ucuzdur; nadir toprak malzemelerine olan bağımlılığı ortadan kaldırır. Ancak hızlı açma-kapama anahtarlaması ve motorun güçlü doğrusal olmayan manyetik özellikleri tork ve akımda büyük dalgalanmalara yol açabilir; bu da elektrikli araçlarda gürültü, titreşim ve fazladan aşınmaya neden olur.

Motor için yeni bir güç “köprüsü”

Bu sorunları yatıştırmak için yazarlar, bataryayı motora bağlayan elektronik güç aşamasını yeniden tasarlar. Her faza ya tam gerilim ya da sıfır uygulayan geleneksel iki seviyeli konvertör yerine, yazarlar faz başına üst üste konulmuş alt modüllerden oluşan modüler çok girişli kademeli bir konvertör önerir. Her faz artık yalnızca açık/kapalı yerine birkaç ara gerilim seviyesini görebilir. Bu çok seviyeli yaklaşım gerilim dalga biçimini düzleştirir, anahtarlar ve izolasyon üzerindeki elektriksel stresi azaltır ve akımdaki istenmeyen harmonikleri düşürür. Modüler yapı ayrıca ölçeklenmesi daha kolay ve arızalara karşı daha toleranslıdır; bu da güvenlik açısından kritik çekiş sistemleri için önemlidir.

Daha akıllı gerçek zamanlı tork kontrolü

Donanım, güç anahtarları için hızlı bir trafik yöneticisi gibi çalışan geliştirilmiş bir doğrudan tork kontrol şemasıyla eşleştirilir. Geleneksel geri besleme döngüleriyle akımları yavaşça şekillendirmek yerine doğrudan tork kontrolü motorun manyetik akısını ve torkunu gerçek zamanlı tahmin eder ve torkun hangi yönde ve ne kadar değişmesi gerektiğine bağlı olarak bir dizi gerilim deseninden seçim yapar. Bu çalışmada yazarlar motorun doğrusal olmayan davranışının ayrıntılı matematiksel modellerini tasarlar ve olası gerilim desenlerini sekiz sektöre ve sekiz vektöre göre düzenler. Özel bir anahtarlama tablosu daha sonra her an için çok seviyeli konvertörden en uygun deseni seçer, torku ve akıyı sıkı bantlarda tutarken gereksiz anahtarlamayı en aza indirir.

Bilgisayar modelinden gerçek test tezgâhına

Ekibin yaklaşımını iki aşamada doğruladılar. Önce, yeni konvertör ve kontrol şeması ile tahrik edilen dört fazlı, 8/6 anahtarlamalı relüktans motorunun ayrıntılı bir simülasyonunu MATLAB/Simulink’te inşa ettiler. Sabit çalışma ve hızlı hız değişiklikleri altında hız, tork ve faz akımlarını incelediler ve sonuçları geleneksel bir konvertörle karşılaştırdılar. Ardından endüstriyel güç modülleri, sensörler ve enkoder içeren 2,2 kilovatlık bir laboratuvar kurulumu oluşturdular. Deneyler arasında dakikada 1000 devirde sabit seyir, 400, 1400 ve 2400 devir arasında adım değişimleri ile ivmelenme, frenleme ve yük bozucu etkiler yer aldı. Bu testlerin tümünde yeni tahrik, hızı hassas tutarken belirgin şekilde daha temiz akım dalga formları ve daha düzgün tork üretti.

Yol üzerindeki iyileşmelerin anlamı

Niceliksel olarak önerilen konvertör ve kontrol, geleneksel tasarımla karşılaştırıldığında tork dalgalanmasını yaklaşık %41,5’e kadar azaltarak dalgalanma değerlerini hız ve yüke bağlı olarak yaklaşık %16–25 aralığına düşürür. Aynı zamanda sistem, sürücü talebindeki değişimlere daha hızlı tepki, hız ayarlarında sınırlı aşım ve sabit, öngörülebilir bir anahtarlama frekansında çalışırken biraz daha iyi verimlilik gösterir. Günlük anlamda bu, böyle bir tahrik kullanan elektrikli bir aracın daha düzgün hızlanıp yavaşlayabileceği, daha az gürültü ve titreşim üreteceği ve bileşenleri üzerinde daha az stres oluşturacağı anlamına gelir. Yeni donanım standart konvertörlerden daha karmaşık ve maliyetli olsa da yazarlar, sağlamlık, pürüzsüzlük ve kontrol hassasiyetinin kombinasyonunun geleceğin yüksek performanslı elektrikli çekiş sistemleri için güçlü bir aday yaptığını savunur.

Atıf: Deepak, M., Santhakumar, K., Sathiyasekar, K. et al. Performance-driven switched reluctance motor drive using multiport cascaded converter and advanced direct torque control scheme. Sci Rep 16, 12211 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45141-9

Anahtar kelimeler: anahtarlamalı relüktans motor, elektrikli araç tahrikleri, tork dalgalanması azaltma, çok seviyeli güç konvertörü, doğrudan tork kontrolü