Şebeke kalkışlı bir senkron relüktans motorun sonlu elemanlar analizi tabanlı en uygunlaştırılması ve işletme başarımının tespiti

Abstract

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.