Analysis, Measurement and Estimation of the Core Losses in Electrical Machines
Elektrik Makinalarındaki Demir Kayıplarının Analiz, ölçüm ve Tahmin Edilmesi
- Tez No: 825005
- Danışmanlar: DOÇ. DR. YILMAZ SOZER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: The University of Akron
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 128
Özet
Büyüyen enerji talebinin bir sonucu olarak enerji verimliliği en temel kaygı haline gelmiştir. Elektrik makinalarının en büyük enerji tüketicisi olduğu göz önüne alındığında, makine verimliliğinin ne kadar kritik olduğu görülmektedir. Elektrik makinelerindeki kayıplar bakır kaybı, mekanik kayıplar ve demir kayıplarından oluşmaktadır. Literatürdeki çalışmalara bakıldığında sinüzoidal voltaj kaynağı ile beslenen elektrik makinelerinin demir kaybının toplam kayıpların %20-%25'ini oluşturdu belirtilmiştir. Bu kayıplar darbe genişliği modülasyonlu değişken hız sürücüleriyle daha da artmaktadır. Demir kayıplarının karmaşık yapısı ve ölçüm kısıtlamaları eşit dağılımlı olmayan manyetik akı dağılımı olan elektrik manikalarında bu kayıpların analizini zorlaştırmaktadır. Buna ilaveten ikincil histerezis, yüksek frekans stator slot harmonileri ve DC ofset analizin karmaşıklığını artırmaktadır. Günümüzde sonlu eleman analizi yazılım paketlerinde demir kaybı tahmini her bir sonlu elemandaki akı yoğunluğu bilgisi kullanılarak yapılmaktadır. Bu yöntemler lineer olmayan denklem katsayılarının belli şartlar altında ölçülmüş demir kaybı bilgisi ile elde edilmesine dayanan Steinmez denklemi ve kayıp ayrıştırma prensibini kullanmaktadır. Bu yöntemler elektrik manikalarındaki demir kayıplarının hesaplanmasında kullanıldığında nominal çalışma durumunda dahi zaman zaman %100'e varan tahmin hatalarıyla karşılaşılmaktadır. Matematiksel histerezis modelleri toplam demir kayıplarını doğru tahmin edebilseler de, karmaşık yapıları, ve materyalin fiziksel özellikleriyle ilgili detaylı bilgi gerektirmelerinden dolayı bu modellerin sonlu eleman analizi yazılımlarına entegre edilmeleri ya çok zordur ya da mümkün değildir. Dolayısıyla demir kayıplarını hatasız tahmin edebilen ve daha az karmaşık bir prosedür gerektiren bir metot arzu edilmektedir. Bu tezde elektrik manikalarındaki gerçek manyetik akı dalga şekilleri temel alınarak demir kaybı ölçümleri ve tahmini ele alınmıştır. Her türlü çalışma durumundaki demir kaybını tahmin eden bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu çalışma ilgili üç alt görevle organize edilmiştir. Bunlardan ilki arzu edilen manyetik akı yoğunluğunu test edilen nüvede DC ofsetle veya ofsetiz oluşturabilen bir test sisteminin geliştirilmesidir. Bu görev deneysel donanımın ve kontrol algoritmasının geliştirilmesi aşamalarını içermektedir. İkinci görev test edilen elektrik makinesinin demir kaybı yoğunluğu dağılımının eşit dağılımlı olduğu çeşitli bölgelerindeki akı yoğunluğu dalga şekillerinin elde edilmesi daha sonra bu dalga şekillerinin makinada kullanılan materyalden yapılmış toroidal nüvede oluşturulmasıdır. Son görev ise bu koşullar altında demir kayıplarının ölçülmesidir. Bu görevlerin tamamlanmasından sonra bu tezde geliştirilen demir kaybı tahmin tekniğinin hatayı %10'un altına indirdiği gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Energy efficiency has become one of the main concerns as a result of growing energy demands. Since electric machines are one of the major energy consumers, their efficiency is critical. The losses in electric machines consist of copper loss, mechanical loss, and core loss. According to previous studies, core losses constitute 20%-25% of the total losses in sinusoidal voltage fed machines. These losses further increase when the machine is fed with pulse width modulated variable speed drives. The complex nature of core losses and the measurement limitations complicate the core loss analysis in electric machines due to the non-uniformity of flux densities. Moreover, some additional effects such as minor hysteresis loops, high-frequency slot harmonics, and DC bias further increase the complexity of the analysis. Currently, core loss estimations are performed in finite element analysis (FEA) software packages using flux density waveforms in each element of the model. These methods are based on Steinmetz equation and the loss separation principle, with the coefficients of the respective nonlinear equations determined using the core loss measurement data under certain conditions. When it comes to the electric machine core loss estimation, these models result in more than 100% estimation error in some cases, even at rated conditions. Although there are mathematical hysteresis models that can accurately estimate the total core losses, these models are very complex, they require detailed material information, and they are hard to integrate into the FEA software. Therefore, a better method that can accurately estimate the core losses in electric machines with a less complicated procedure is highly desirable. In this dissertation, core loss measurements and estimations based on the actual flux density waveforms of the electric machines are investigated. An approach has been developed to estimate the core losses under any operating condition. The study is organized as three related tasks. The first one is to develop a test system that can generate the desired flux density waveforms in a core under test (CUT) with/without a DC offset. This task includes hardware and control algorithm development sub-tasks. The second task is to obtain the flux density waveforms in the regions that have a uniform loss distribution in the machine, and then, estimate the total core loss by generating the flux density waveforms in a toroidal core made out of the same material as is used in the machine. The final task is to measure the core losses at the load conditions. After completing all three tasks, the results show that the core loss estimation technique developed in this dissertation decreases the estimation error to less than 10%.
Benzer Tezler
- Güç transformatörlerinin optimum tasarımına yönelik çalışmaların incelenmesi
Başlık çevirisi yok
LEVENT CAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURDAN GÜZELBEYOĞLU
- Multicolor fluorescence microscopy fortracking magnetic micro-agents
Başlık çevirisi yok
MERT KAYA
Doktora
İngilizce
1989
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolUniversity of TwentePROF. DR. SARTHAK MİSRA
- Darbeli detonasyon motoru (DDM) ile farklı konfigürasyonlarda detonasyon dalgası oluşturma
Creating detonation wave in different configurations with pulsed detonation engine (PDE)
ALİ CEM BULUT
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT ÇAKAN
PROF. DR. ONUR TUNÇER
- Lageos I ve lageos II için doğruluk analizi
Başlık çevirisi yok
GAYE KIZILSU
Doktora
Türkçe
1998
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiÖlçme Tekniği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUHAMMET ŞAHİN
- Ataköy-İkitelli metro hattındaki yeryüzü oturmalarının ampirik ve nümerik yöntemlerle tahmini
Estimation of the ground subsidence of the Atakoy - Ikitelli metro line by ampirical and numerical methods
UFUK CEMALİ ÇALIŞKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Maden Mühendisliği ve Madencilikİstanbul Teknik ÜniversitesiMaden Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMAL BALCI