High Efficient Permanent Magnet Synchronous Motor Design, Electromagnetic and Noise-Vibration Analysis
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Fakültesi, Elektrik Müh.Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2021
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Atakan Şahin
Danışman: Yasemin Öner
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Sürekli mıknatıslı senkron motorlar endüstriyel uygulamalarda, beyaz eşya uygulamalarında ve elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Dünya üzerindeki enerji ihtiyacının son yıllarda hızla artması ve buna bağlı olarak enerji verimliliği konusunun daha fazla önem kazanmasıyla birlikte performans ve verim açısından diğer motor tiplerine göre daha iyi olmasından dolayı sürekli mıknatıslı motorlar üzerindeki çalışmalar artarak devam etmektedir. Endüstriyel uygulamalara bakıldığında asenkron motorların kullanım oranının sürekli mıknatıslı senkron motorlara göre çok daha yüksek olduğu belirgin olarak gözlemlenebilmektedir. Düşük üretim ve bakım maliyeti, şebekeye direkt olarak bağlanabilmesi açısından açısından endüstriyel uygulamalarda yüksek oranda asenkron motorlar tercih edilmektedir. Yakın gelecekte IEC tarafından yapılacak verim düzenlemelerinde belirli güç aralıklarında IE4 verim sınıfına sahip motor kullanma zorunluluğu ortaya çıkacaktır. Bu durumda asenkron motorlarla bu verim seviyelerine ulaşmak ancak çok büyük hacimlerde motor tasarlanmasıyla mümkün olacaktır. Sürekli mıknatıslı senkron motorlarda rotor iletken kayıplarının olmaması ve mıknatıs kayıplarının çok düşük seviyelerde olmasından dolayı verimleri yüksektir. Ek olarak mıknatısların sahip olduğu yüksek enerjiden dolayı asenkron motorlara göre çok daha küçük hacimlerde daha yüksek moment elde edilebilecek şekilde tasarlanıp üretilebilirler. Beyaz eşya, elektrikli araç ve özel endüstriyel uygulamalarında sürekli mıknatıslı senkron motorlardaki gürültü ve titreşim parametreleri hem motorun ve bağlantı elemanlarının ömrü hem de çevre sağlığı açısından önemlidir. Bu motorların hava aralığındaki radyal elektromanyetik kuvvetlerin stator dişlerinde meydana getirdiği kuvvet, motordaki en büyük gürültü kaynaklarından biridir. Yüksek moment dalgalanması ve vuruntu momenti, hava aralığındaki elektromanyetik kuvvetlerin yüksek harmonikli olmasına sebep olmaktadır. Özellikle bu vuruntu momentini ve moment dalgalanmasını azaltmaya yönelik yapılan çalışmalar motordaki gürültü ve titreşime de olumlu yönde etki etmektedir. İlk olarak literatürde bulunan sürekli mıknatıslı senkron motorlara ait çalışmalar incelenmiştir. Yapılan bu çalışmalara bakıldığında tasarımsal olarak stator yapılarının birbirlerine benzer olduğu, rotor yapılarının ise mıknatıs şekillerine göre ve mıknatıs konumlarına göre farklılaştığı gözlemlenmiştir. Yapılan tasarım optimizasyonları incelendiğinde, optimizasyon ihtiyacının temel sebepleri vuruntu momenti, moment dalgalanması, kayıplar, maliyet ve verim parametrelerindeki iyileştirmeler olduğu belirlenmiştir. Yapılan literatür incelemelerinden sonra motorun moment, akım, devir sayısı, hedef verim değeri gibi başlangıç parametreleri ile birlikte yapılan analitik hesaplamalardan sonra motorun ana boyutları, sarım şeması, stator laminasyon yapısı ve mıknatıs geometrisi belirlenmiştir. Elde edilen tasarım iki boyutlu olarak 'ANSYS Electronics' yazılımı kullanılarak sonlu elemanlar yöntemiyle motorun elektromanyetik performansı analiz edilmiştir. Ardından ANSYS Workbench programın 'Modal' ve 'Harmonic Response' modülleri kullanılarak gerçekleştirilen 3 boyutlu sonlu elemanlar analizleri ile doğal ve zorlanmış frekans analizleri yapılarak hava aralığındaki radyal elektromanyetik kuvvetlerin, gürültü ve titreşime etkileri yorumlanmıştır. Bu bağlamda, ele alınan ilk tasarım, vuruntu momenti, momet dalgalanması, verim, gürültü ve titreşim parametrelerinde istenilen seviyelere göre optimize edilmiştir.