Analysis of the Influence of Different Manufacturing Methods on the Thermal Aspects of Permanent Magnet Electrical Machines
Farklı Üretim Yöntemlerinin Sabit Mıknatıslı Elektrik Makinelerinin Termal Davranışı Üzerindeki Etkilerinin İncelenmesi
- Tez No: 997746
- Danışmanlar: PROF. DR. NİCK BAKER, DR. JAMES D. WİDMER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Bilgisayar destekli termal analiz, Dönen makineler, Elektrik makineleri, Elektrik motorları, Sabit mıknatıslı senkron motorlar, Üç boyutlu simulasyon, Computer aided thermal analysis, Rotating machinery, Electric machinery, Electric motors, Permanent magnet synchronous motors, Three dimensional simulation
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Newcastle Unıversıty
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Sabit mıknatıslı elektrik makinelerinin doğru ve güvenilir termal modellenmesi; verim, tork/güç yoğunluğu ve aşırı yüklenme süresi kabiliyeti açısından makine tasarımının optimize edilmesinde kritik öneme sahiptir. Temel termal parametrelerin detaylı analizi, makine içerisinde homojen sıcaklık dağılımının sağlanmasına ve yerel sıcaklık yoğunlaşmalarının önlenmesine katkı sunmaktadır. Bu doktora çalışmasında, PM elektrik makinelerinin termal performansını iyileştirmeye yönelik olarak bobin sıkıştırma ve stator uç sargılarının kapsüllenmesi gibi farklı üretim yöntemleri sistematik olarak incelenmiştir. Makineye ait termal parametrelerin yeterli doğrulukla belirlenebilmesi amacıyla analitik yöntemler ile sayısal sonlu elemanlar analizi tabanlı hesaplamalı modelleme teknikleri birlikte kullanılmış ve elde edilen sonuçlar deneysel çalışmalarla doğrulanmıştır. Ayrıca, kritik termal parametrelerin belirsizlikleri ve duyarlılıkları kapsamlı biçimde değerlendirilmiştir. Bobin sıkıştırma yöntemi, iletkenlerin daha yüksek doluluk oranı ile daha kompakt bir oluk hacmine yerleştirilmesini sağlayarak ısı iletim karakteristiklerini iyileştirmektedir. Bununla birlikte, bu yöntem sargı yalıtımında mekanik ve termal zorlanmalara bağlı bozulmalara yol açarak makine güvenilirliğini olumsuz etkileyebilir. Bu kapsamda, öncelikle önerilen yöntemin mekanik bütünlük ve elektriksel dayanım üzerindeki etkileri değerlendirilmiştir. Devamında, sıkıştırılmış sargıların etkin termal iletkenliğinin belirlenmesine odaklanılmıştır. Ayrıca, hızlandırıcı değişken olarak sıcaklığın kullanıldığı hızlandırılmış ömür testleri gerçekleştirilerek diş üzerine yerleştirilmiş sıkıştırılmış stator sargılarının ömür performansı analiz edilmiştir. Stator uç sargılarının kapsüllenmesi, makinenin uç bölgesine termal arayüz malzemesi uygulanması yoluyla gerçekleştirilen ve özellikle aktif bir soğutma sistemine sahip olmayan makinelerde ısı uzaklaştırma kabiliyetini artırmayı hedefleyen alternatif bir yöntemdir. Bu kapsamda, havacılık uygulamalarına yönelik bir sabit mıknatıslı alternatör (PMA), termal macunlu ve macunsuz konfigürasyonlar için termal açıdan incelenmiştir. Makinenin termal performansındaki iyileşme, analitik ve sayısal sıcaklık tahmin yöntemlerinin birlikte kullanılmasıyla nicel olarak değerlendirilmiştir. Ayrıca, flanş montajlı bir PMA'da ısı transfer mekanizması, eşdeğer yığılmış parametreli (lumped parameter) termal model geliştirilerek açıklanmıştır.
Özet (Çeviri)
Accurate thermal modelling of permanent magnet (PM) electrical machines is of primary importance for improving the overall design in terms of efficiency, torque/power density and over-load time capability. The investigation of crucial thermal parameters leads to achieve a more homogenous temperature distribution and avoid hot spots in electrical machines. This doctoral research employs different manufacturing methods for improving machine thermal performance such as coil pressing and stator end windings encapsulation for PM machines. A number of thermal modelling approaches including analytical and computational finite element (FEA) methods are utilised to identify the machine thermal parameters within an acceptable accuracy and the results are validated experimentally. The effect of uncertainty and sensitivity of important thermal parameters have also been studied thoroughly. Coil pressing improves the thermal characteristic of PM machines by packing the conductors in a smaller slot volume but could lead to a degradation of winding insulation, affecting machine reliability. A first step for investigating the coil pressing is to ensure that the proposed method does not deteriorate the mechanical integrity and electrical durability. Then, attention is focused on the estimation of the effective thermal conductivity of compressed coils. Lastly, a set of accelerated life tests, when the acceleration variable is temperature have also been conducted to investigate the life expectancy of the on-tooth compressed stator windings. Encapsulation of the stator end windings by adding thermal paste into the machine end region is another method having potential for the thermal improvement of PM machines. This method aims to enhance the cooling capability of the machines, which do not have dedicated cooling instruments. A permanent magnet alternator (PMA) with and without thermal paste for an aerospace application has been investigated thermally in this case. Analytical and computational temperature estimation techniques have been employed simultaneously to analyse the thermal improvement of the machine quantitatively. The mechanism of heat flow through a flange mounted PMA is also described by developing an equivalent thermal lumped parameter model.
Benzer Tezler
- Farklı yöntemlerle üretilen protez kaide materyallerinin fiziksel, mekanik ve mikrobiyolojik özelliklerine protez dezenfektanlarının etkisinin incelenmesi
Evaluation of the effects of denture disinfectants on the physical, mechanical, and microbiological properties of denture base materials fabricated using different manufacturing techniques
SİNEM UZUN
Diş Hekimliği Uzmanlık
Türkçe
2025
Diş HekimliğiTrakya ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞEGÜL KURT
- CNC tornada talaş kaldırma işlemlerinde talaş kırıcı geometrisinin işlenebilirliğe etkilerinin deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
The effect of the chip breaker geometry on the machinability during chip removal process of cnc lathe by using experimental and fea methods
GÜRCAN ATAKÖK
Doktora
Türkçe
2008
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KURT
- The effect of different surface treatments and bonding agent combinations on the shear bond strength of titanium alloy to lithium disilicate glass-ceramics
Farklı yüzey işlemlerinin ve farklı simanların titanyum tam seramik bağlanma dayanımına etkisi
AFAF EMHAMED MILAD ALKHADASHI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Diş Hekimliğiİstanbul Yeni Yüzyıl ÜniversitesiProtetik Diş Tedavisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELAHAT ÇELİK GÜVEN
- Yük altındaki düz alın dişlilerde farklı profil tepe kesme modifikasyonlarının dişli çalışma frekansına etkisinin incelenmesi ve optimizasyonu
Investigation and optimization of the effect of different profile tip relief modifications on spur gear mesh frequency under load
HAKAN YARDIMCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ GÖKŞENLİ
DR. ALİ İMRE AYDENİZ
- Eriyik yığma modellemesi ile üretilen PLA numunelerde delik imalat yöntemlerinin mikroyapı ve çekme dayanımına etkisinin incelenmesi
Effect of hole manufacturing methods on microstructure and tensile strength of PLA specimens produced by fused filament fabrication
ENES KALYONCU
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİRGÜL AŞÇIOĞLU TEMİZTAŞ
DOÇ. DR. BERNA BOLAT