Manyetik kama kullanımının asenkron motor verimine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of magnetic wedge use on asynchronous motor effiency
Yazar: İSMAİL GÜRBÜZ
Danışman: DOÇ. DR. SİBEL ZORLU PARTAL
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

Özet:
Sanayileşme ve küreselleşmenin artması ile elektrik enerjisi tüketimi artmıştır. Bu tüketimin büyük bir kısmı da sanayide en yaygın kullanılan asenkron motorlara aittir. Dolayısıyla hem endüstriyel uygulamalarda hem de akademik çalışmalarda asenkron motorların verimlerini arttırmaya yönelik yeni yöntemler geliştirilmekte ve yeni tasarımlar yapılmaktadır. Özellikle 2021 ve 2023 yıllarında devreye giren regülasyonlarla birlikte, bu yeni motor tasarımlarında, verimin IE3 ve IE4 verim sınıflarına yükseltilmesi çalışmaları hız kazanmıştır. Bu sebeple bu çalışmada da manyetik kama malzemesinin asenkron motorlarda kullanımı konusu ele alınmış ve bu yöntemin asenkron motorun verimi üzerindeki etkisi incelenmiştir. Literatür araştırmalarında bu yöntemin daha çok büyük güçlü, orta gerilimli ve açık oluklu stator yapısındaki motorlarda denendiği görülmüştür. Bu çalışmada ise düşük güçlü ve yarı kapalı stator oluklarına sahip motorlarda manyetik kama malzemesinin etkileri araştırılmıştır. Çalışmada, referans olarak 7.5 kW gücünde, 4 kutuplu ve IE2 verim sınıfına sahip sincap kafesli bir asenkron motor kullanılmış ve bu referans motorun Ansys Maxwell programında sonlu elemanlar yöntemiyle elektromanyetik analizleri yapılmıştır. Daha sonra, 5 farklı bağıl manyetik geçirgenlik değerine sahip manyetik kamalar referans motorun stator oluklarına yerleştirilerek, elektromanyetik analizler tekrarlanmış ve elde edilen sonuçlar referans motora ait sonuçlarla karşılaştırılmalı olarak verilmiştir. Bu analizlerin yanında motorun kalkış akımı, kalkış momenti, manyetik akı yoğunluğu vb. değerleri de incelenmiş ve sonuçlar grafiklerle verilmiştir. Tüm analiz sonuçları birlikte değerlendirildiğinde, 5 farklı manyetik geçirgenlik değerine sahip kama ile yapılan tasarımlardan 3 tasarımın IE2 verim sınıfından IE3 verim sınıfına geçiş yaptığı ve bu yöntemin kayıpların azaltılıp, motor verimini arttırmada başarılı olduğu gözlemlenmiştir

Abstract:
Electric energy consumption has increased with the increase in industrialization and globalization. A large part of this consumption belongs to asynchronous motors, which are the most widely used in industry. Therefore, both in industrial applications and academic studies, new methods are being developed and new designs are being made to increase the efficiency of asynchronous motors. Particularly with the regulations that came into force in 2021 and 2023, efforts to increase the efficiency of these new motor designs to IE3 and IE4 efficiency classes have accelerated. Therefore, in this study, the use of magnetic wedge material in asynchronous motors is examined, and the impact of this method on the efficiency of the asynchronous motor is investigated. Literature research indicates that this method has been mostly investigated on high-power, medium-voltage motors with open stator slot openings. In this study, however, the effects of magnetic wedge material are investigated in low-power motors with semi-closed stator slot openings. A 7.5 kW, 4-pole, IE2 efficiency class squirrel-cage asynchronous motor is used as a reference in this study, and the electromagnetic analysis of this reference motor is performed using the finite element method in the Ansys Maxwell program. Subsequently, electromagnetic analyses were repeated by placing magnetic wedges with five different relative magnetic permeability values into the stator slots of the reference motor, and the obtained results were presented comparatively. In addition to these analyses, the motor's starting current, starting torque, magnetic flux density, and other parameters were examined, and the results were illustrated with graphs. Upon examining the obtained results, it was observed that three out of the five designs with different magnetic permeability values transitioned from the IE2 efficiency class to the IE3 efficiency class. This method has proven successful in reducing losses and increasing motor efficiency.