Senkron relüktans motorlarda rotor tasarımı ile performans arttırılması
Performance enhancement of synchronous reluctance motors with rotor design
Yazar: HELİN KAHRIMAN
Danışman: DOÇ. DR. FADIL KUYUCUOĞLU
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dünyada gelişen teknoloji ve sanayileşme ile beraber enerji ihtiyacı da giderek artmaktadır. Artan enerji ihtiyacı üreticileri mevcut kaynakları etkin kullanmaya başka bir deyişle enerji verimliliği kavramına zorunlu hale getirmiştir. Enerji tüketim verilerine baktığımızda ise endüstride enerjinin büyük bir miktarı elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren elektrik motorları tarafından kullanılmaktadır. Asenkron motorlar ise bu motorların başında gelmektedir. Bununla beraber endüstride yaygın olarak kullanılan asenkron motorlara alternatif olabilecek ve yüksek verimlilik sağlayabilecek motor tasarımları giderek önem kazanmaktadır. Yapılan gelişmeler ve araştırmalar doğrultusunda asenkron motorlara kıyasla daha iyi verimliliğe sahip olan senkron relüktans motorlar ilk akla gelen alternatif motor tipleri olmuştur. 

Son yıllarda verim ve güvenilirlikleri açısından asenkron motorlara kıyasla senkron relüktans motorların verimlerinde yapılacak olan küçük bir iyileştirmenin dahi yıllık enerji tüketiminde büyük verimlilikler sağlayacağı düşünülmektedir. Asenkron motora göre verimi ve moment yoğunluğu yüksek, sabit mıknatıslı senkron motora göre ucuz olan senkron relüktans motor endüstride güçlü bir alternatif olarak yerini almıştır.  SynRM'ler, yüksek verimlilikleri ve düşük üretim maliyetleri ile dikkat çeken modern elektrik motorlarıdır. Ancak, bu motorların performansı büyük ölçüde rotor tasarımına bağlıdır. Bu çalışmanın amacı, çeşitli rotor yapılarını analiz ederek SynRM'lerin performansını optimize etmektir.

Bu tez, Senkron Relüktans Motorlar için rotor tasarımının motor performansına olan etkilerini incelemektedir. Enerji verimliliği ve maliyet avantajları nedeniyle modern elektrikli motor sistemlerinde önemli bir rol oynayan senkron relüktans motorların performansı büyük ölçüde rotor tasarımına bağlıdır. Bu çalışmanın amacı, çeşitli rotor yapılarını analiz ederek SynRM'lerin performans karakteristiklerini optimize etmektir. Verimlilik, tork üretimi, güç faktörü ve soğutma gibi performans parametreleri üzerindeki etkilerini incelemektedir. Bu amaçla, bilgisayar destekli tasarım programları kullanılarak çeşitli rotor modelleri simüle edilmiş ve analizler gerçekleştirilmiştir. Simülasyon sonuçları, deneysel verilerle doğrulanmış ve analiz edilmiştir.

Elde edilen bulgular, rotor yapısının motorun performansını nasıl etkilediğini göstermektedir. Özellikle, optimum bariyer sayısı ve yerleşiminin tork dalgalanmalarını minimize ettiği ve güç faktörünü iyileştirdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, rotor malzemesinin manyetik özelliklerinin, motor verimliliği ve ısınma karakteristikleri üzerinde belirleyici bir rol oynadığı tespit edilmiştir.

Bu tez, SynRM tasarımında rotor yapısının optimize edilmesiyle motor performansının artırılabileceğini ortaya koymaktadır. Sonuçlar, endüstriyel uygulamalar için yüksek verimli ve düşük maliyetli SynRM'lerin geliştirilmesine katkı sağlamayı amaçlamaktadır.

Abstract:
With the developing technology and industrialization in the world, the need for energy is also increasing. The increasing need for energy has obliged producers to use existing resources effectively, in other words, the concept of energy efficiency. When we look at the energy consumption data, a large amount of energy in the industry is used by electric motors that convert electrical energy into mechanical energy. Asynchronous motors are at the forefront of these motors. However, motor designs that can be an alternative to asynchronous motors that are widely used in industry and that can provide high efficiency are becoming increasingly important. In line with the developments and researches, synchronous reluctance motors, which have better efficiency compared to asynchronous motors, have been the first alternative motor types that come to mind. 

In recent years, it is thought that even a small improvement in the efficiency of synchronous reluctance motors compared to asynchronous motors in terms of efficiency and reliability will provide large efficiencies in annual energy consumption. The synchronous reluctance motor, which has high efficiency and moment density compared to asynchronous motors and is cheaper than permanent magnet synchronous motors, has taken its place as a strong alternative in the industry.  SynRMs are modern electric motors that attract attention with their high efficiency and low manufacturing costs. However, the performance of these motors is highly dependent on the rotor design. The aim of this study is to optimize the performance of SynRMs by analyzing various rotor structures.

This thesis investigates the effects of rotor design on motor performance for Synchronous Reluctance Motors. The performance of synchronous reluctance motors, which play an important role in modern electric motor systems due to their energy efficiency and cost advantages, is highly dependent on the rotor design. The aim of this study is to optimize the performance characteristics of SynRMs by analyzing various rotor structures. It investigates their effects on performance parameters such as efficiency, torque production, power factor, and cooling. For this purpose, various rotor models were simulated and analyzed using Motor CAD, a computer-aided design program. Simulation results are verified and analyzed with experimental data.

The findings show how the rotor structure affects the performance of the motor. In particular, it is observed that the optimum number and placement of barriers minimizes torque ripple and improves the power factor. Furthermore, the magnetic properties of the rotor material are found to play a decisive role on the motor efficiency and heating characteristics.

This thesis demonstrates that motor performance can be improved by optimizing the rotor structure in SynRM design. The results aim to contribute to the development of high-efficiency and low-cost SynRMs for industrial applications.