İnsansız hava aracı uygulamaları için eksenel akılı sürekli mıknatıslı motor tasarımı ve akustik performansının farklı kontrol yöntemleriyle incelenmesi
Axial flux permanent magnet motor design for unmanned aerial vehicle applications and investigation of acoustic performance with different control methods
Yazar: SADETTİN FARUK KURTULUŞ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM AKBOY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik motorları = Electric motors ; Elektronik hız kontrol sistemi = Electronic speed control system ; Güç elektroniği = Power electronics ; Motor kontrol = Motor control ; Vektör kontrol yöntemleri = Vector control methods ; İnsansız hava aracı = Unmanned aerial vehicle

Özet:
Sürekli mıknatıslı senkron motorlar, yüksek verim, moment yoğunluğu ve güç kapasitesi ile düşük hacim özelliklerinden dolayı endüstride sıkça tercih edilmektedir. Son yıllarda sürekli mıknatıslı senkron motorların, radyal akılı ve eksenel akılı varyasyonları üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Bu motorlar özellikle enerji verimliliği ve güç yoğunluğu gibi özellikleri sebebiyle diğer motor türlerine göre avantajlıdır. Sürekli mıknatıslı senkron motor tiplerinden biri olan eksenel akılı sürekli mıknatıslı senkron motorlar, geometrik avantajları, yüksek verimleri ve yüksek güç yoğunlukları nedeniyle radyal akılı motorlara göre daha avantajlı olup, endüstriyel ve akademik alanlarda yaygın bir şekilde tercih edilmektedir. İnsansız hava araçlarında düşük ağırlıklı ve düşük hacimli itki sağlayıcı kullanılması uygulamalarda büyük avantaj sağlamaktadır. Ayrıca insansız hava araçları için akustik gürültünün düşük düzeyde olması da önem arz etmektedir. Literatür araştırmasında akustik gürültüyü azaltmak amacıyla komütasyon yöntemleri üzerinde çalışmalar yapıldığı görülmektedir. Yapılan bazı çalışmalarda teorik ve deneysel olarak optimum yöntemi geliştirmek için çeşitli komütasyon yöntemleri elde edilmiştir. Akustik gürültüye sebep olan tork dalgalanmalarını azaltmak için yeni uzay vektör darbe genişlik modülasyonu kontrol stratejileri önerilmektedir. Aynı amaçla farklı akım kontrol algoritmaları kullanmış olup tork dalgalanması üzerindeki olumlu etkilerini rapor eden çalışmalar da mevcuttur. Bu tez çalışmasında, insansız hava aracı uygulamalarında kullanılmak üzere düşük akustik gürültü yayma kapasitesi olan yeni bir çekirdeksiz eksenel akılı sürekli mıknatıslı senkron motor tasarlanmış ve gerçeklenmiştir. Altı adımlı komütasyon yöntemi ve vektör kontrol yöntemi kullanan bir sürücü devresi ile aynı sürüş rejimine tabi tutularak bu çekirdeksiz eksenel akılı sürekli mıknatıslı senkron motor sürülmüş ve akustik performansı karşılaştırılmıştır. Çekirdeksiz eksenel akılı sürekli mıknatıslı motorlarda altı adımlı komütasyon yöntemi yerine vektör kontrol yöntemi kullanılarak gürültü emisyonlarının azaltıldığı gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, insansız hava aracı uygulamalarında, tasarlanan yeni motor ile kontrol yöntemlerinin değişmesinin, gürültü emisyonunu oldukça azalttığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
Permanent magnet synchronous motors are frequently preferred in the industry due to their features such as high efficiency, low volume, high power capacity and torque density. In recent years, many studies have been carried out on radial flux and axial flux motor types of permanent magnet synchronous motors. These motors are advantageous compared to other motor types, especially with their features such as energy efficiency and power density.. Axial flux permanent magnet synchronous motors, one of the permanent magnet synchronous motor types, are the subject of many researches due to their geometric advantages, high efficiency and high power density. Using a low weight and low volume propulsion provider in unmanned aerial vehicles provides a great advantage. It is also important for unmanned aerial vehicles to have low acoustic noise. A review of the literature reveals that a number of research has been conducted on commutation techniques to minimize acoustic noise. In some studies, various commutation methods have been obtained to develop the optimum method theoretically and experimentally. New space vector pulse width modulation control strategies are proposed to reduce torque fluctuations that cause acoustic noise. There are also studies that used different current control algorithms for the same purpose and report positive effects on torque ripple. In this thesis study, a new coreless axial flux permanent magnet synchronous motor with low acoustic noise emission capacity has been designed and implemented. This coreless axial flux permanent magnet synchronous motor was driven by subjecting it to the same driving regime with a drive circuit using the six-step commutation method and vector control method, and its acoustic performance was compared. It has been observed that noise emissions are reduced by using the vector control method instead of the six-step commutation method in coreless axial flux permanent magnet motors. As a result of the study, it is clearly seen that even just changing the commutation technique reduces the noise emissions of unmanned aerial vehicles.