Orta güçlü sincap kafesli asenkron motor tasarım programı geliştirilmesi
Development design software of  squirrel cage induction motor in medium power
Yazar: EMRE GÜRLEYEN
Danışman: YRD. DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektrik motorları = Electric motors

Özet:
Yaklaşık olarak 100 yılın üzerinde insanlığın hizmetinde olan asenkron motorların üretimi günümüz teknolojisi ile daha kolay ve hızlı hale gelmiş, böylelikle asenkron motorlar endüstrinin vazgeçilmez parçalarından biri olmuştur. Güç elektroniği teknolojisinin gelişmesi sonucu kontrol edilebilirliklerinin artması ile imalatı daha kolay olan ve az bakım gerektiren sincap kafesli asenkron motorlar her geçen gün daha fazla miktarda kullanılır hale gelmiş ve rotoru sargılı olan bilezikli asenkron motorların popülariteleri azalmıştır.
Üretimi yaygınlaşan asenkron makinenin tasarımı karmaşık ve zor bir iştir. Çoğu üretici firma daha çok üretilmiş bir motoru söküp aynısı yapmaya çalışarak piyasada tutunmaya çalışmaktadır. Kurumsallaşmış ve Araştırma-Geliştirme Bölümü olan firmalar ise yüksek maliyetli yazılımlar kullanmaktadırlar. Sincap kafesli asenkron motor tasarımı  yapabilen çok sayıda yazılım geliştirilmiştir. Ticari kaygılar sebebi ile tasarım yapan programların kodlarına erişme imkânı yoktur. Bir asenkron motoru tasarlama aşamasında gerekli olan denklemler ve parametreler son derece karmaşıktır. El ile hesap yapıldığında hata yapma olasılığı son derece fazladır.  Yazılım ücretlerinin pahalı olması ve el ile hesap yapmanın karmaşıklığı sebebi ile literatürde yer alan bilgi kaynaklarını kullanarak hızlı hesap yapan, sayısallaştırılmış bir veri tabanından veri okuyan gerekli hesaplamalar sonucunda üretilmiş bir motorla örtüşen değerler üreten bir yazılım hazırlanması düşünülmüştür.
Çoğu zaman asenkron motor tasarımı farklı gerilim ve frekansta çalışacak motor sargıları imal etmeyi gerektirmektedir. Özellikle yurtdışı ile çalışan motor üretim firmaları ve yeni motor tiplerine geçmek isteyen üreticiler, asenkron motor tasarımını farklı güç, gerilim ve frekansta çalışacak şekilde imal etme gereği duymaktadırlar. Böyle bir durumda yeni tasarımın hızlı ve güvenilir bir şekilde yapılması gerekir. Bu sebeple hesaplamaları doğru bir şekilde tasarlanmış, güvenilir bir bilgisayar program ile yapmak tasarımı hem hızlı hale getirecek, hem de olası hataları en aza indirecektir.
Motor plaka değerlerinden yola çıkılarak son aşamaya kadar, stator ve rotor çekirdek sargısı, mıknatıslanma akımı, yolverme büyüklükleri, kayıplar ve işletme büyüklüklerinin hesabı, hesap aşamalarının alt bileşen hesapları da gerçeklenerek tamamlanmıştır.
Kullanıcı dostu olması ve veri aktarımının kolaylığı, daha önceden elde edilmiş tecrübeler sebebi ile Visual Basic programlama dili kullanılarak hesaplar gerçekleştirilmiştir.
Program yazım aşamasında, kullanılmak üzere sayısallaştırılan görsel veriler taranarak çizim programına aktarılmış ve elde edilen sonuçlar Excel programında işlenerek uygun hale getirilmişlerdir.
Elde edilen son tasarım verilerinin doğruluğunun teyid edilmesi amacı ile Miksan Motor A.Ş. desteği ile tasarlanan örnek bir motor üretilmiş ve işletme verileri ile program çıktıları karşılaştırılmıştır. İki değer arasındaki fark beklentiler dahilinde çıkmış ve hazırlanan yazılımın başarı ile sonuca ulaştığı görülmüştür. Hesap hatası oranları yüzde olarak verilmiştir.
Bu çalışma ile kaynak kodları gizli tutulan yüksek fiyatlı ticari yazılımlar yerine kullanıcı dostu bir tasarım programı hazırlanması amaçlanmış, tasarım için mil gücü üst sınırı 50 kW olarak seçilmiş, seçilen kısıtlar dahilinde yazılım tamamlanmış ve uygulamalı bir örnek çalışma ile güvenilirliği test edilmiştir. Asenkron motor tasarımı için hızlı ve doğru hesap yapan farklı ve ulusal bir program hazırlanmıştır.

Abstract:
The production of induction motors which are in service of humanity approximately for 100 years became cheaper, easier and faster by today?s technology level, thus induction motors are one of the indispensable part of the industry. Squirrel cage induction motors which can be easily produced are widely used after the loss of intention for wound rotor induction motors having windings on the rotor and the improvements in power electronics.
An induction or asynchronous motor is an AC electric motor in which the electric current in therotor needed to produce torque is induced by electromagnetic induction from the magnetic field of thestator winding. An induction motor therefore does not require mechanical commutation or separate-excitation for all or part of the energy transferred from stator to rotor, as in universal, DC andsynchronous motors. An induction motor's rotor can be either a wire-wound type or a squirrel-cage type.
Three-phase squirrel-cage induction motors are widely used in industrial drives because they are rugged, reliable and economical. Single-phase induction motors are used extensively for smaller loads, such as household appliances like fans. Although traditionally used in fixed-speed service, induction motors are increasingly being used with variable-frequency drives (VFDs) in variable-speed service. VFDs offer especially important energy savings opportunities for existing and prospective induction motors in variable-torque centrifugal fan, pump and compressor load applications. Squirrel cage induction motors are very widely used in both fixed-speed and VFD applications.
The stator of an induction motor consists of poles carrying supply current to induce a magnetic field that penetrates the rotor. To optimize the distribution of the magnetic field, the windings are distributed in slots around the stator, with the magnetic field having the same number of north and south poles. Induction motors are most commonly run on single-phase or three-phase power, but two-phase motors exist; in theory, induction motors can have any number of phases. Many single-phase motors having two windings can be viewed as two-phase motors, since a capacitor is used to generate a second power phase 90° from the single-phase supply and feeds it to the second motor winding. Single-phase motors require some mechanism to produce a rotating field on startup. Cage induction motor rotor's conductor bars are typically skewed to reduce noise.
The main purpose of designing an induction motor is to obtain the complete physical dimensions of all the parts of the machine as mentioned below to satisfy the customer specifications. The following design details are required; The main dimensions of the stator, details of stator windings,  design details of rotor and its windings, performance characteristics.
Choice of power factor and efficiency under full load conditions will increase with increase in rating of the machine. Percentage magnetizing current and losses will be lower for a larger machine than that of a smaller machine. Further the power factor and efficiency will be higher for a high speed machine than the same rated low speed machine because of better cooling conditions. Taking into considerations all these factors the above parameters will vary in a range based on the output of the machine.
In todays designing programmes, user give informations about dimensions of the motor. With dimensions also customers give information about stator and rotor windings. Because most of the motor manufacturers have same type laminations so this kind of producers want to calculate motors which are appropriate for their laminations.
Designing the induction which production of it expanding is a complex and difficult task. Most of the producers try to copy the motor which produced before and try to survive in the market like that. Institutionalized companies having R&D department use high cost designing softwares. At the present time, a wide range of motor design software are developed for cage induction motors. It is mostly impossible to obtain the codes for these software depending on the commercial apprehensions. The equations and also the parameters used in the design procedure of an induction motor are too complex, thus calculation errors are likely when performed manually. Since the cost of design software are high and the calculation steps are too complicated , it is thought to design software making fast calculations by using resources in the literature, getting information from a digitalized database and also creating an output corresponding to that of a motor produced after the performed calculations.
Most of the time designers calculate motor winding for different voltages and frequency. Especially manufactureres working with overseas companies and manufactureres aiemed to produce new type motors, are needed to design motors for different power, voltage and frequency. In that situation it is needed to design new motor fastly and reliably. For that reason, designing motors with computer software will accelerate the speed of designing and minimaze potential errors.
In created software, calculations start from the motor nameplate values, and it calculates windings for stator and parameters for rotor, magnetizing current, starting values like torque, losses and efficiency, nominal values when working at nominal output power. Also sub-components of the stages of the account are calculated.
Also in created software, efficiency and power factors are updated to todays values. Because all of the calculations about to the induction motors starts from the output power, efficiency and power factors. And this values are taken from the motors which is manufactured in the past. 
In these days, energy-saver machines are important for all customers. In the international standards efficiency of the motors calculated as maximum as. For example, new efficiency categories are created. IE1, IE2, IE3 and IE4. For now the last category is not calculated. But others are determined. So if you want to calculate new motors you have to calculate it for nwe categories.
With all of these reasons, to make the design of squirrel cage type induction motor a program was created with a computer software. The selected computer software is, Visual Basic. The reasons for this choice; the software is user-friendly, this software works done before and the ease of transferring data can be shown.
In the stage of writing program, graphics scanned and sent to drawing programme, and the values converted to the formulas.
To check the acuuracy of the software with help of Miksan Motor Company,  a calculated motor produced and tested in laboratory. And test values compared with the calculation results.  The difference between two values seen like as expected. And in this thesis, all of the aims were succeeded with success. Also error rates was given in the percentages.
In this study, the source code is kept secret program has been developed that can be used instead of proprietary software. For design, the maximum output power was choosen 50 kW. The program is completed within the selected constraints. The reliability was checked with a practical working. A new and national program was prepared for designing asynchronous motor.