Sabit mıknatıslı çift beslemeli senkron makine analiz ve tasarımı
Analysis and design of double-fed permanent-magnet synchronous machine
Yazar: ALİ BAKBAK
Danışman: PROF. DR. ERKAN MEŞE
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında yüksek verim ve moment yoğunluğu gibi önemli avantajlar sunan sabit mıknatıslı senkron generatörlerin (SMSG) çift beslemeli bir yapısı önerilmiştir. SMSG'lerin mevcut avantajlarına ek olarak, sistem veriminde artış ve maliyette azalış sağlaması hedeflenen makinenin, detaylı analizi ve tasarımı sunulmuştur. Çift beslemeli sabit mıknatıslı senkron generatör (ÇBSMSG) birbirinden manyetik ve elektriksel olarak izole iki adet üç fazlı sargı seti içerir. Sargılardan biri doğrudan şebekeye bağlıyken, diğeri sırt sırta bağlı bir güç dönüştürücüsü üzerinden bağlıdır. ÇBSMSG'nin gerçeklenebilmesi için kendine özgü tasarım problemleri analiz edilmiş, analitik çözümler sunulmuş ve bir prototip üzerinde deneysel testleri gerçekleştirilmiştir.
Güç dönüştürücüsü kullanılmadan doğrudan şebeke bağlantısının getirdiği dönüştürücü kayıp ve maliyetinin azalması gibi avantajlar, beraberinde enerji üretiminde düşüşe sebep olacak sorunlar doğurabilir. Bu sorunların en önemlilerinden birisi makinenin hızının değiştirilerek maksimum güç noktası takibi (Maximum Power Point Tracking - MPPT) yapamamasıdır. Tez kapsamında MPPT eksikliğini telafi edecek yeni bir tasarım yaklaşımı önerilmiştir. ÇBSMSG için oluk/kutup kombinasyonun optimizasyonu ve yeni bir kıyas terimi olan uygunluk faktörü anlatılmıştır. Diğer bir önemli doğrudan şebeke bağlantısı sorunu da sabit mıknatıslardan ötürü reaktif gücün kontrol edilememesidir. Problem analitik olarak ele alınmış ve ÇMSMSG'nin geniş bir aralıkta yüksek güç faktörüne sahip olabilmesi için tasarım teknikleri sunulmuştur. Son olarak ÇBSMSG'e özel, sargı setleri arasında güç paylaşımına imkan tanıyan kontrol yöntemleri önerilmiş ve deneysel olarak gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a double-fed structure of permanent magnet synchronous generators (PMSG), which offers significant advantages such as high efficiency and torque density, is proposed. In addition to the common advantages of PMSGs, the proposed machine offers increased system efficiency and cost reduction. The double-fed permanent magnet synchronous generator (DFPMSG) contains two three-phase winding sets that are magnetically and electrically isolated from each other. While one of the winding sets is directly connected to the grid, the other is connected via a back-to-back power converter. Design problems specific to DFPMSG are analyzed, analytical solutions are presented, and experimental tests are performed on a prototype.
The advantages of converter-free direct-grid connection, such as efficiency and cost, may cause problems that lead to a decrease in energy production. One of these problems is the lack of maximum power point tracking (MPPT). This paper proposes a novel PMSG design philosophy such that optimizing PMSG design at the initial stage would compensate for the drawback arising due to the lack of MPPT. Optimization of the slot/pole combination and a new benchmark, the adequacy factor, are explained for DFPMSG. Another important direct grid connection problem is the uncontrollable reactive power due to permanent magnets. The problem is handled analytically and design techniques are presented to enable DFPMSG to have high a power factor in a wide range of operating power. Finally, control methods that allow power-sharing between winding sets, specific to DFPMSG, are proposed and experimentally implemented.