Anahtarlı relüktans motorunun manyetik analizi ve simülasyonu

Magnetic analysis and simulation of switched reluctance motor

Tez No: 101384
Yazar: EDİZ GİZLİER
Danışmanlar: PROF.DR. A. FAİK MERGEN
Tez Türü: Yüksek Lisans
Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
Yıl: 2001
Dil: Türkçe
Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
Sayfa Sayısı: 94

Özet

ANAHTARLI RELÜKTANS MOTORUNUN MANYETİK ANALİZİ VE SİMULASYONU ÖZET Elektrik makinalannda relüktans prensibi ilk elektriksel deneylerden beri bilinmesine rağmen bu prensip île çalışan elektrik makinalan uzun yıllar sonra ortaya çıkmıştır. Bu prensip ile çalışan ilk makina senkron makinadır. 1843 yıllarda Taylor ve Davidson günümüz anahtarlı relüktans motorunun ilk örneklerini sunmuşlardır. Anahtarlı relüktans motoru çalışma prensibi itibariyle bir konum geri beslemesi gerektirmektedir. Bu açıdan bu ilk çalışmalarda mekanik komutatörler kullanılmaktaydı. Bu sebepten uzun yıllar makinanın üzerinde pek fazla çalışma yapılmamıştır. 1960 yıllarda güç elektroniği elemanlarının gelişimi ile makinaya olan ilgi giderek artırmıştır. Yapılan araştırmalar göstermiştir ki anahtarlı relüktans motoru yapısal ve sürücü devresi açısından olukça kullanışlı bir makinadır. Bir çok avantajının yanı sıra bazı önemli dezavantajlarda içermektedir. Bunlar moment dalgahlığı, yüksek hızlarda akustik ses, vibrasyon ve konum geri beslemesi zorunluluğu olmasıdır. Makinanın yapısı da klasik elektrik makinalanndan oldukça farklıdır. Bunun başlıca nedeni makinanın hava aralığından kaynaklanan manyetik nonlineerliğidir. Bunun için anahtarlı relüktans motorunun analizlerinde manyetik analizin oldukça büyük önemi vardır. Bu sayede ARM'nun akı-akım, moment-açı, ve koenerji eğrilerinden optimum çalışma koşullan belirlenebilir. Ayrıca, endüktans-açı değişimi sayesinde makinanın simulasyonunu gerçekleştirmek mümkündür. Tezin ilk kısmında anahtarlı relüktans motoru üzerinde yapılan çalışmalar hakkında kısaca bir özet verilmiştir. Bu çalışmalar günümüzde makinanın optimum tasarımı veya bu tasarıma etkiyen parametreler ve ayrıca konum geri beslemesi almadan yapılan kontrol algoritmaları üzerinde yoğunlaşmaktadır. Tezin ikinci kısmında ise ARM'nun yapısından bahsedilmiştir ve çalışma prensibine ilişkin bazı bilgiler verilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde elektrik makinalannda genel moment denklemi ortaya konmuştur. Tüm elektrik makinalan manyetik alanda depo ettikleri enerjiyle orantılı olarak bir elektromekaniksel dönüşüm yapmaktadırlar. Bu alanda depo edilen enerjilerden moment denklemleri elde edilmiş ve elde etme yöntemlerinden bahsedilmiştir. ARM için enerji veya koenerji eğrileri oldukça önemlidir. Bu kısımda bu eğriler üzerinden makinanın momentine etki eden kısımlar matematiksel olarakta gösterilmiştir. Tezin dördüncü bölümünde anahatarlı relüktans motorunun çalışma ilkesinden ve moment oluşumundan bahsedilmiştir. Bu bölüm içersinde aynı zamanda makinanın bir faz matematiksel modeli çeşitli çalışma durumlan için oluşturulmuştur. Akı-Akım eğrisi lineer ve nonlineer durum için ortaya konmuş ve makinanın bu durumlardaki moment grafikleri ortaya konuldu. Beşinici bölümde ARM'nin tasarım parametrelerinden bahsedildi. xıSonlu elemanlar yöntemi elektrik makinalannın analizinde son yıllarda oldukça etkili olmaktadır. Bu sayede en iyi tasarım gerçekleştirilerek prototip sayısı ve maliyet azaltılmış olunur. Altıncı ve yedinci bölümlerde sonlu elemanlar yöntemiyle yapılan manyetik analiz sonuçlan verilmiştir. Manyetik analiz flux 2 paket programında gerçeklendi. Altıncı bölümde verilen formüller ile manyetik analiz programının işleyişi hakkında fikir verilmiştir. Yedinci bölümde manyetik analiz sonuçlan 6/4 makina için değerlendirilmiştir. Bu bölümde aynca yeni tip bir anahtarlı relüktans motoru için manyetik analiz yapılmıştır. Bu yeni tasanmdaki amaç değişik bir konstriktif yapı ile moment dalgalılığım azaltmaktır. Bunun için bu makina ile yapılan manyetik analizler ortaya konmuştur. Yeni bir tasarım olduğundan diğer sonuçlar üzerinde çalışmalar devam etmektedir. Anahtarlı relüktans motorlan sürücü devresi olmaksızın düşünülemezler. Bu açıdan sekinci bölümde ARM'nun sürücü devreleri üzerinde duruldu. Sürücü devrelerinin birbirlerinden farkı, kullanılan anahtarlama elemanlan, gerilim, akım değerleri ve aynca çalışma şekilleri tanıtıldı. Son kısımda anahtarlı relüktans motorunun manyetik sonuçlan değerlendirilerek gerekli özeğriler çıkartılmıştır. ARM'nun simulasyonu için gerekli olan özeğrilerin deneysel yöntemlerle elde edilmesi açıklanmıştır. ARM'nun MATLAB-SIMULİNK programında 6/4 makina için simulasyonu evirici katı ile gerçeklenmiştir. Gerekli olan akım, akı, moment değişik ateşleme açılarında elde edilmiştir. Sonuç olarak anahtarlı relüktans motorunun manyetik analiz sonuçlan ile karakteristik eğrileri, ve bu eğrilerin kullanımı ile yapılan simulasyonda ARM'li tahrik sistemlerinin analizi gerçeklenmiştir. xıı

Özet (Çeviri)

MAGNETIC ANALYSIS AND SIMULATION OF SWITCHED RELUCTANCE MOTOR SUMMARY Reluctance principle for electrical machines are known from the early times electrical experiments. However tremendous amount of research has been done for to operate a electrical machine with reluctance principle. The first electrical machine operating with that principle is synchronous machine. At 1843 Taylor, after him Davidson has manufactured the first reluctance machines similiar to nowadays switched reluctance motor. Switched reluctance motor needs a position feed back because of its operating principle. At this applications mechanical commutators are used for to provide position feed back. Little interest was shown to switched reluctance motor till the improvements made on power electronic devices. The increasing power quality on power electronic devices has open up the application area of switched reluctance motor (SRM). The researchs made on SRM has shown that the structure and the power electronic driver of SRM is simple and low cost. This advantages made the motor find an application area at the industry. In addition to the advantages SRM has important disadvantages like high torque ripple, acoustic noise, vibration and the need for position feedback. The airgap in SRM shows high nonlineerity. Because of this, SRM magnetic structure differs from the classical electrical machines. Finite element solutions are used at magnetic analysis in order to show this non-lineer structure. The results obtained from magnetic analysis are used for to gather the flux-current, torque-angle, coenergy-angle, inductance-angle curves. In order to make simulation of SRM these curves are going to be used. At the first section summary of the search up to todays are given. These reseach are growing upon the optimum design criterion and control techniques without using position sensors. At the second section, structure and operating principle of SRM has been briefly mentioned. In the next section conservation of energy principle is used for to derive a general torque equation for all electrical machines. Electrical machines output is related with the stored magnetic energy at the airgap between its rotor and stator. SRM torque is directly proportional with coenergy. The effect of flux-current curve on the output torque is briefly explained with the help of energy curves. At the chapter 4 torque production of SRM is explained. Mathematical model of SRM for one phase is given at different operating points. In addition, the effects of lineer and nonlineer models on torque production capability is explained. At chapter S consideration of design parameters are made. Finite element methods (FEM) are widely used in analysis of electrical machines. FEM analysis provide a optimum design criterio with minimum number of prototypes which decreases the cost of projects. At section six and seven the magnetic analysis using FEM are explained and the results are given. Magnetic analysis are made on program flux 2. At chapter xnisix, equations in magnetic analysis are given. At chapter seven a new design approach is made on SRM. The purpose of this approach is to minimise the torque ripple by changing the stator structure. The magnetic analysis of this new approach is only given. SRM operation is bounded with its driver circuit because of its operation principle. At chapter 8 different driver circuit approaches are given. Driver circuit components current, voltage ratings are given for to compare them. At the last section the simulation and suggestions for future works are given. The results obtained from magnetic analysis are given to make a dynamic simulation. In simulation of switched reluctance motor inductance-angle curve is needed. At this section the experimental methods are explained to gather this curve. The simulation is made on 6/4 ARM with MATLAB-SIMULINK with its driver circuit. The current and torque profiles are obtained for different firing angles and speed. xiv

Benzer Tezler

Tez No
198662
Anahtarlı relüktans makinesinin simülasyonu ve dinamik davranışı
Simulation and dynamic characteristics of switched reluctance machine
MURAT ÜNLÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Kocaeli Üniversitesi
Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERİHA ERFAN KUYUMCU
Tez No
233144
Elektrikli taşıtın tekerlek tahriği için geliştirilen dış rotorlu anahtarlı relüktans motor tasarımı ve analizi
Design and analysis of an outer rotor switched reluctance motor developed for wheel traction of an electric vehicle
MEHMET AYTAÇ ÇINAR
Doktora
Türkçe
2008
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Kocaeli Üniversitesi
Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERİHA ERFAN KUYUMCU
Tez No
283031
Karşıtlı kuplajlı anahtarlı relüktans motorunun moment dalgalılığının azaltılması
Torque ripple reduction of mutually coupled reluctance motor
MEVLÜT KARAÇOR
Doktora
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Kocaeli Üniversitesi
Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERİHA ERFAN KUYUMCU
Tez No
154965
Anahtarlı relüktans motorunun sargı yapısı değiştirilerek moment performansının iyileştirilmesi
Torque improvement of switched reluctance motor using new winding configuration
KADİR YILMAZ
Doktora
Türkçe
2004
Teknik Eğitim Kocaeli Üniversitesi
Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF.DR. FERİHA ERFAN KUYUMCU
Tez No
259452
Katlı sargı yapısının anahtarlamalı relüktans motorunun çıkış performansına etkisi
The effect of multiple layer winding structure on output performance of switched reluctance motor
ADEM ÇALIKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Kocaeli Üniversitesi
Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
DR. KADİR YILMAZ

Geri Dön