36 stator oluklu, 2 kutuplu uzay harmonik etkisi azaltılmış asenkron makina başarımında rotor oluk sayısı etkisinin tespiti

Abstract

Son yıllarda elektrik enerjisinin tüketimi daha çok artmış ve gelecekte de hızla artmaya devam edecektir. Elektrik enerjisi tüketiminin büyük kısmını oluşturan elektrik makinalarının önemi, bireysel ve toplu ulaşımda elektrikli araçların tamamen benimsendiğinde kat ve kat artacaktır. Bu yüzden bir asırdan daha fazla üzerinde çalışılan elektrik makinalarının başarımlarının iyileşmesine katkılar son yıllarda hızlanmıştır. Sanayide, ev uygulamalarında ve hatta elektrikli araçlarda geniş yer tutan asenkron makinalardan daha yüksek başarım elde edilmesinin önemi üreticiler için oldukça büyüktür. Asenkron makinelerinin tasarımına ilişkin küçük detayların makine başarımının artırılmasında çok kilit bir rol oynamaktadır. . Asenkron makinalardaki hava aralığı amper-sarım ifadesinin rotor açısına göre değişiminin statorun oluklu yapısı ve iletkenlerin oluklara dağılımı nedeniyle bir adım fonksiyonu şeklinde sinüse yaklaşmaya çalışan bir fonksiyondur. Elektrik makinalarında bu yapısal durum makine saf sinüs gerilimle beslense bile hava aralığındaki amper-sarım fonksiyonunun sinüs biçimli olmamasına neden olur ve hava aralığında uzay harmonikleri oluşur. Bu harmonikler makinalarda stator ve rotor oluk açıklığı, sayıları ve yapısından kaynaklı olarak çıkış momentinde titreşimler görülmesine neden olur. Bu titreşimler makinada akustik gürültüler ortaya çıkarırken kayıp artışlarından dolayı verimi de düşürür. Bu nedenle asenkron makinalarda uzay harmonikleri kaynaklı titreşim ve gürültü problemlerinin üstesinden gelmenin bir yolu da oluk sayılarının optimizasyonudur. Bu çalışmada 36 oluklu 2 kutuplu asenkron makineler için rotor oluk sayılarının seçimi uzay harmonik etkiler göz önüne alınarak incelenmiştir. Geleneksel ve uzay harmonik etkileri azaltılmış asimetrik oluk ve sargı yapısına sahip olan stator yapısı ile farklı rotor oluk sayılarındaki rotorların çalışma durumları incelenerek en iyi başarımı veren stator-rotor oluk kombinasyonu tespit edilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi sayesinde incelenen kombinasyonların manyetik açıdan başarımı, moment karakteristikleri, akım değişimleri ve hava aralığı akı yoğunlukları sayısal olarak incelenmiştir. Öncelikle 4 kW, 380 V/50 Hz, 2 kutuplu ve 36 stator oluklu geleneksel bir asenkron makina ele alınmış ve rotor oluk sayısının değişiminin hava aralığındaki uzay harmoniklerine olan etkisi incelenmiştir. Dahası detaylı bir mukayese yapabilmek için moment titreşimleri ve işletme başarımı da verilmiştir. Tüm analizlerde rotor oluk sayısı dışındaki tüm geometrik ve elektriksel büyüklükler sabit tutulmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde ise yine aynı plaka değerlerine sahip uzay harmonik etkileri azaltılmış asimetrik oluk ve sargı yapısına sahip olan makinada rotor oluk sayısının hava aralığındaki uzay harmoniklerine olan etkisi incelenmiştir. Geleneksel makina ile benzer olarak yine moment titreşimleri ve işletme başarımları da detaylı olarak sunulmuştur. Çalışma kapsamında rotor oluk sayısındaki değişiminin makinadaki uzay harmoniklerine ve moment titreşimlerine etkisini incelemenin yanı sıra asenkron makine tasarımına ilişkin detaylar ve incelikler de verilmiştir. Seçilebilecek manyetik malzemelerin motordan başarımına bağlı olarak nasıl değişebileceği, toplam kayıpları en aza indirebilmek adına çeşitli yöntemler önerilmiş, tasarımsal inceliklere yer verilmiştir.