Şebeke kalkışlı bir senkron relüktans motorun sonlu elemanlar analizi tabanlı en uygunlaştırılması ve işletme başarımının tespiti
Finite element analysis based optimization of a linestart synchronous reluctance motor and determination of operational performance
- Tez No: 725919
- Danışmanlar: DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ, DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Günümüzde enerji verimliliği azalan enerji kaynakları nedeniyle oldukça önemli bir hal almıştır. Üretilen elektrik enerjisinin yarısına yakın bir bölümü elektrik motorları üzerinde harcanmaktadır. Asenkron motorun endüstride en çok kullanılan motor olmasından dolayı alternatif ve daha verimli elektrik motorlarının geliştirilmesi önemli bir araştırma konusudur. Asenkron motora önemli bir alternatif olabilecek şebeke kalkışlı motorlardan biri şebeke kalkışlı senkron relüktans motordur. Normalde kendi kendine kalkış yapamayan senkron relüktans motorun rotoruna eklenen sincap kafes yapısı bu motora kendi kendine kalkış yapabilme özelliğini kazandırır. Rotorunda sincap kafes yapısına sahip senkron relüktans motorlar şebeke kalkışlı senkron relüktans motor olarak adlandırılır ve kendi kendilerine yol alabilme becerisine sahiptir. Şebeke kalkışlı senkron relüktans motorların rotorundaki sincap kafes yapısı bakır kayıpları yaratır ancak bu kayıplar sadece kalkış sırasında devrededir ve rotor senkron hıza ulaşılıdığında rotor kayıpları ortadan kalkar. Bu sayede şebeke kalkışlı senkron relüktans motor denk bir asenkron motora göre daha verimli olabilir. Şebeke kalkışlı senkron relüktans motorların senkron hızda ürettiği elektromanyetik moment relüktans momentidir. Bu moment, şebeke kalkışlı senkron relüktans motorların relüktans anlamında asimetriye sahip rotor yapıları nedeniyle oluşmaktadır. Stator sargılarının yarattığı dönen manyetik alan rotor eksenlerindeki relüktans farkının neticesi olarak moment üretir. Bu tez kapsamında seçilen bir asenkron motorun statorunun geometrik ve elektriksel parametreleri temel alınarak şebeke kalkışlı senkron relüktans motor tasarımı ve en uygunlaştırılması gerçekleştirilmiştir. Motor başarımının arttırılabilmesi için rotordaki akı bariyerlerinin geometrik değişkenleri tanımlanmış ve bu büyüklükler üzerinden en uygunlaştırma süreci tamamlanmıştır. Gerçekleştirilen tasarım sürecinin başında referans asenkron motorun rotorundan rotor tasarım parametrelerinin ilk değerleri atanarak türetilen referans bir şebeke kalkışlı senkron relüktans motor rotor yapısı belirlenmiştir. Bu yapı belirlenirken referans asenkron motordaki derin oluklu rotor yapısının şebeke kalkışlı senkron relüktans motorun yüksek başarımı için elverişsiz olduğu görülmüştür. Bu nedenle şebeke kalkışlı senkron relüktans motorda da bulunacak olan referans asenkron motorun rotor olukları, sonradan yerleştirilen akı bariyerlerinin relüktans anlamında en yüksek asimetreyi sağlaması için en az oranda değiştirilmiştir. xxi Şebeke kalkışlı senkron relüktans motor tasarımı belirlenen referansı üzerinden gerçekleştirilmiştir. Tasarım süresince rotor tasarım parametrelerinin motor başarımına etkisi karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Her rotor tasarım parametresi için en uygun değer seçilerek ilkesel olarak aşamalı bir tasarım süreci gerçekleştirilmiştir. Yapılan tasarım sonucunda referans şebeke kalkışlı senkron relüktans motora ve referans asenkron motora göre daha yüksek verime sahip bir şebeke kalkışlı senkron relüktans motor ortaya konmuştur. Elde edilen tasarım ile referans asenkron motorun başarım kriterleri karşılaştırılmıştır. Bu çalışma sonucunda elde edilen yeni tasarım şebeke kalkışlı senkron relüktans motor için farklı yükler ve eşdeğer ataletler için yol alma analizleri gerçekleştirilmiştir. Yapılan analizler sonucunda yükün hız-moment karakteristiğine bağlı olarak senkronizasyonun sağlanabileceği en büyük eşdeğer ataletin belirlenmesi için yaklaşımda bulunulmuştur. Gerçekleştirilen tasarımın referans asenkron motora kıyasla daha verimli olmasına karşın yol alma becerisinin kısıtlı yük karakteristikleri için uygun olabileceği görülmüştür. Sonuç olarak, bu tez çalışmasında muadil bir kafesli asenkron motordan yola çıkılarak şebeke kalkışlı bir senkron relüktans motor tasarımı yapılmış ve sonlu elemanlar analizi tabanlı en uygunlaştırma yapılmıştır. Elde edilen nihai tasarımın kalkış başarımı irdelenerek motor ve yükün beraber kalkış başarımı ve senkronlanabilme becerisi incelenmiş, sonuçlar karşılaştırmalı olarak sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Today, energy efficiency has become very important due to decreasing energy resources. Nearly half of the electricity produced is consumed by electric motors. Since the induction motor is the most widely used motor in industry, the development of alternative and more efficient electric motors is an important research topic. Line start synchronous reluctance motor is one of the significant line start motor that can be an alternative to the induction motor. With the squirrel cage structure added to the rotor structure of the synchronous reluctance motor, which normally cannot start by itself, gives this motor the ability to start by itself. Synchronous reluctance motors with a squirrel cage structure in their rotor are called line start synchronous reluctance motors and have the ability to start by themselves. The squirrel cage structure in the rotor of line start synchronous reluctance motors produces copper losses in the rotor, but these losses are active only during starting and eliminates when the rotor reaches synchronous speed. In this way, a line start synchronous reluctance motor can be more efficient than an equivalent induction motor. The electromagnetic torque produced by a line start synchronous reluctance motors at synchronous speed is the reluctance torque. This torque occurs due to the rotor structure which has an asymmetry in terms of reluctance. The rotating magnetic field created by the stator windings produces torque as a result of the reluctance difference in the rotor axes. In this thesis, based on geometric and electrical parameters of the stator of an induction motor, a line start synchronous reluctance motor design and optimization is achieved. In order to increase the performance of the motor, the geometric variables of the flux barriers in the rotor are defined and the optimization process is achieved according to these variables. At the beginning of the design process, a reference line start synchronous reluctance motor rotor structure is determined, which was derived from the rotor of the reference induction motor by assigning the initial values of the rotor design parameters. While determining this structure, it is observed that the deep rotor slots in the reference induction motor is unsuitable for the high performance line start synchronous reluctance motor. For this reason, the rotor slots of the reference induction motor, which are also found in line start synchronous reluctance motor, is changed with minimum rate in order to place the flux barriers to provide the highest asymmetry in terms of reluctance. Line start synchronous reluctance motor design is achieved over the specified reference. During the design, the effect of rotor design parameters on motor xxiii performance is investigated comparatively. In principle, a step by step design is achieved by choosing the most appropriate value for each rotor design parameter. As a result of the design, a line start synchronous reluctance motor with higher efficiency compared to the reference line start synchronous reluctance motor and reference induction motor is presented. The performance criterias of the obtained design and the reference induction motor are compared. Line start analyzes are achieved for different loads and equivalent inertias for the line start synchronous reluctance motor which design is presented. As a result of the analyzes, an approximation was made for the maximum equivalent inertia that synchronization can be achieved depending on the speed-torque characteristic of the load. Although the new design is more efficient than the reference induction motor, it is observed that the starting ability is suitable for limited load characteristics. As a result, in this thesis, a line start synchronous reluctance motor is designed based on an equivalent squirrel cage induction motor and optimization based on finite element analysis is achieved. By analyzing the line start performance of the designed motor, the starting performance and synchronization ability of the motor and the load is examined and results are presented comparatively.
Benzer Tezler
- IE4 verim sınıfı şebeke kalkışlı sürekli mıknatıslı senkron motor tasarımı
Design of IE4 efficiency level line start permanent magnet synchronous motor
BURCU DURAK GEDİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Tek fazlı şebeke kalkışlı sürekli mıknatıslı senkron motor
Single phase line start permanent magnet synchronous motor
ASUMAN FIRAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ÖZGÜR ÜSTÜN
- Şebeke kalkışlı daimi mıknatıslı senkron motorun scada ortamında durum izlemesi yoluyla rulman arızası tespiti
Bearing fault detection of line start permanent magnet synchronous motor on scada environment by using online condition monitoring
SAADET GÜLSÜM GÖZÜOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZAFER DOĞAN
- Şebeke kalkışlı sürekli mıknatıslı senkron motorda stator sargı arızası teşhisi
Diagnosis of stator winding fault in line start permanentmagnet synchronous motors
KÜBRA TETİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ZAFER DOĞAN
- Şebeke kalkışlı radyal akılı sabit mıknatıslı senkron motor tasarımı ve prototip üretimi
Line start radial flux permanent magnet synchronous motor design and prototype manufacturing
BERKAN ZÖHRA
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTokat Gaziosmanpaşa ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET AKAR