Düşük moment dalgalanmasına sahip yüksek verimli tek stator tek rotorlu eksenel akılı asenkron motor tasarımı
Design of low torque ripple high efficiency single stator single rotor axial flux induction motor
Yazar: FATMA KESKİN ARABUL
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM ŞENOL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Asenkron motorlar = Induction motors ; Elektrik makineleri = Electric machinery ; Elektrik motorları = Electric motors

Özet:
Son yıllarda gelişen teknoloji ile birlikte her alanda olduğu gibi elektrik makinalarının da daha kompakt bir yapıya sahip olmaları ile birlikte verimlerinin yükseltilmesi ile ilgili birçok çalışma yapılmaktadır. Küresel enerji talebinin artması nedeniyle enerji verimliliği yüksek motorların kullanılması önem kazanmaktadır. Bu çalışmanın temel amacı, endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan Premium enerji verimlilik (IE3) sınıfında yer alan radyal akılı asenkron motor (RAAM) ile aynı enerji verimliliği sınıfına ait bir eksenel akılı asenkron motor (EAAM) tasarlamaktır. Farklı rotor oluk sayılarına sahip çeşitli EAAM'ler tasarlanarak, verimlilik ve moment dalgalanması açısından performans analizleri yapılmıştır. Elektrik makinaları tasarımı açısından moment dalgalanmasının düşük tutulması en önemli parametrelerden biridir. Ayrıca, yapılan çalışmada moment dalgalanmasının düşürülmesi için tasarımlar yapılırken, EAAM'lerin verimlerinin ve momentlerinin düşürülmemesine dikkat edilmiştir.  Bu bağlamda, bu çalışmada EAAM'lerin rotor oluklarına kaykı açıları uygulanmıştır. Kaykı açıları belirlenirken stator oluk sayılarına ek olarak rotor oluk sayıları da dikkate alınarak, rotora uygulanacak kaykı açıları hesaplanmıştır. Ayrıca tasarımda Yumuşak Manyetik Kompozit (YMK) malzemenin kullanılması da araştırılmıştır. Bu çalışma sonucunda, IE3 enerji verimlilik sınıfında EAAM'ler tasarlanmış olup bu modeller üzerinde; farklı rotor oluk sayısının, stator ve rotora göre kaykı açıları uygulanmasının ve YMK malzeme kullanımının performans üzerine etkileri irdelenmiştir. Sonuç olarak, uygulanan farklı tasarım yaklaşımlarıyla IE3 enerji verimlilik sınıfında ve düşük moment dalgalanmasına sahip yeni EAAM tasarımları elde edilmiştir.

Abstract:
In recent years, with the developing technology in the field of electrical machines, more efficient electric motors that occupy less volume than their power have been produced. The use of high energy efficiency motors gain importance due to the increase in global energy demand. Main purpose of this study is designing an Axial Flux Induction Motor with the same efficiency class as Radial Flux Induction Motor in premium efficiency (IE3) class which is used commonly in industrial applications. Various Axial Flux Induction Motors (AFIM) are designed with different rotor slots number and performance analyses as efficiency and torque ripple changes are investigated. It is known that torque ripple is one of the key parameter in electrical machine design which should be kept as low as possible. In addition, it is provided not to reduce the efficiency and torque values of AFIMs while making designs to reduce the torque ripple. In this regard, skew angles are applied to the rotor slots of AFIMs in this study. While determining the skew angles, in addition to the number of stator slots, the number of rotor slots is also taken into consideration for calculating the skew angles. In addition, use of Soft Magnetic Composite (SMC) material in the design process is also investigated. As a result of this study, IE3 energy efficiency class AFIMs are designed and on these models; effects of different number of rotor slots, application of skew angles due to stator and rotor slot number and use of SMC material on the efficiency and torque ripple performances are examined. Consequently, new AFIM designs with low torque ripple and IE3 energy efficiency class are obtained with different design approaches.