Maliyet kısıtı altında yüksek güç yoğunluklu ve yüksek hızlı üçfazlı asenkron motor tasarımı
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HARUN ETÇİ
Danışman: Atiye Hülya Obdan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yaklaşık yüz yıl gibi uzun bir geçmişe sahip olan asenkron motorlar endüstride hareket enerjisinin temel taşı haline gelmiştir. Bununla beraber üretim tekniklerinin geliştirilmesi ve güç elektroniği devreleri kullanılarak kontrolünün kolaylaşması asenkron motorların pazardaki payını arttırmıştır. Özellikle sincap kafesli asenkron motorların dışardan uyartım gerektirmemeleri, buna bağlı olarak fırça ve bilezik gibi bakıma ihtiyaç duyan parçalarının bulunmaması bu motorların önemli avantajları arasında yer almaktadır. Ayrıca, sincap kafesli asenkron motorların herhangi bir güç elektroniği devresine ihtiyaç duymadan doğrudan şebekeye bağlı olarak kullanılabilmesinin de motorun yaygınlaşmasına büyük katkıları vardır. Malzeme teknolojisindeki ilerlemeler, üretim tekniklerinin gelişmesi ve bunların yanı sıra teknolojinin gelişimine bağlı olarak motor tasarımının kolaylaşması asenkron motorlarda yüksek verim seviyelerine ulaşılmasını sağlamıştır. Günümüzde asenkron motorlar IEC standardının tanımladığı IE3, IE4 verim seviyelerinde üretilebilmektedir. Motor pazarındaki tüm bu gelişmeler devam ederken yarı iletken teknolojisinde de büyük ilerlemeler kaydedilmiştir. Yarı iletken teknolojisinin gelişimi ile inverterlerin boyutları ve maliyetleri azalmıştır. Tüm bu gelişmelere bağlı olarak motorlarda hız kontrolü uygulamaları endüstride giderek yaygınlaşmıştır. Üç fazlı inverterden beslenen sincap kafesli asenkron motorlar, hız kontrolüne ihtiyaç duyulan uygulamalarda geniş bir pazar payına sahip olmaya başlamıştır. Özellikle elektrikli araçlarda kullanılan motorlarda, cer motorlarında, pompa ve kompresör motorlarında değişken hız ve yüksek hız uygulamaları sıklıkla kullanılmaktadır. Asenkron motorlarda hız kontrolü motora uygulanan gerilimin frekansının değiştirilmesi yöntemiyle gerçekleşmektedir. Asenkron motorun yapısı gereği motora uygulanan gerilim ve frekansın oranı (V/f) sabit tutulduğu sürece motor moment kaybetmeden yüksek hızlarda çalışabilmektedir. Ancak, inverterler yapısı gereği şebeke giriş geriliminden daha fazla çıkış gerilimi verememektedir. Özellikle yüksek hız uygulamalarında inverter çıkış geriliminin, şebeke giriş geriliminin üzerine çıkamaması ve bu duruma bağlı olarak skaler kontroldeki V/f oranının düşmesi nedeniyle asenkron motorun momentinde azalma meydana gelmektedir. Yüksek hızlarda moment değerinde azalma istenmediği durumlarda kullanıcılar daha büyük güçlü standart motorların kullanımına yönelmektedir. Büyük güçlerdeki standart motorların kullanımı ise ilk yatırım maliyetlerini arttırmaktadır. Ayrıca, standart motorların kullanımı boyutlarının büyük olması sebebiyle elektrikli araçlar, raylı sistemler ve kompresör uygulamaları gibi motorun bulunacağı hacminin sınırlı olduğu uygulamalarda tasarımcılara zorluk teşkil etmektedir. Bu çalışmada, belirtilen dezavantajların önüne geçmek ve kullanıcılara boyut ve maliyet açısından avantaj sağlamak için, skaler kontrol yönteminin kullanıldığı değişken hızlı uygulamalara yönelik yüksek güç yoğunluğuna sahip üç fazlı sincap kafesli motor tasarımı ve optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Motorun tasarımında geniş bir frekans bandında çalışma hedeflenirken, motorun boyutlarının ve aktif malzeme maliyetinin minimum seviyede kalmasına dikkat edilmiştir. Yapılan tasarım çalışması ile IEC 100 gövde büyüklüğünde 3 kW 50Hz 3000 d/d motorun, 100 Hz frekans 6000 d/d çalışma sırasında moment kaybı yaşamadan yaklaşık 6 kW güç verebilmesi sağlanmıştır. Böylelikle motorun sabit moment çalışma bölgesi 0-50 Hz bandından 0-100 Hz bandına genişletilmiş olup, IEC 132 gövde motorun standart gücü olan 5,5 kW gücün boyut olarak çok daha küçük bir yapıya sahip IEC 100 gövde büyüklüğündeki motorda elde edilmesi sağlanmıştır.