Asenkron motorlarda kullanılan rotor malzemelerinin elektrikselözelliklerinin iyileştirilmesi ve enerji verimliliğine etkilerininincelenmesi
Improving the electrical properties of rotor materials used in induction motors and investigating their effects on energy efficiency
Yazar: YUSUF ZEYBEK
Danışman: DOÇ. DR. EGE ANIL DİLER
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Alüminyum alaşımları = Aluminum alloys ; Bor = Boron ; Elektriksel iletkenlik = Electrical conductivity ; Isıl işlem = Heat treatment ; Üç fazlı asenkron motorlar = Three phase induction motors

Özet:
Asenkron elektrik motorları otomotiv gibi endüstriyel uygulamaların birçoğunda kullanılmakta olup, bu motorlarda yer alan rotorların elektriksel iletkenlikleri motorun verimi üzerinde son derece etkilidir. Ticari saflıkta alüminyum yüksek yoğunluk/elektriksel iletkenlik oranına sahiptir ve bu özelliğinden dolayı asenkron motorların rotorlarının üretimindeki kullanımı artış göstermektedir. Bu tez çalışmasında asenkron elektrik motorlarında bulunan ve alüminyum malzemeden üretilen rotor bileşeninin elektriksel iletkenliğinin iyileştirilmesi ve motorun verimliliğine etkisi incelenmiştir. Rotorların üretimi yüksek basınçlı döküm yöntemiyle gerçekleştirilmiş olup, alüminyumun saflığını arttırmak için içerisine %0,05 ve %0,1 oranlarında bor içerek şekilde AlB8 master alaşımı ilave edilmiştir. Elektriksel iletkenliklerinin artırılması amacıyla üretilen rotorlara tane irileştirme tavlaması ısıl işlemi uygulanmıştır. Tavlama ısıl işlemi parametrelerinin rotorun elektrik iletkenliği üzerindeki etkilerini belirlemek için, farklı tavlama sıcaklıkları ve bu sıcaklıklarda farklı bekletme sürelerinde tane irileştirme tavlaması ısıl işlemleri uygulanmıştır. Isıl işlem uygulanmış ve uygulanmamış rotorlarda elektrik iletkenlik ve motor verim testleri gerçekleştirilmiştir. Elektrik iletkenliği ile malzemenin tane boyutu arasındaki ilişkiyi incelemek için malzeme mikroyapıları incelenmiş ve tane boyutu ölçümü yapılmıştır. Elde edilen sonuçlarda, alüminyuma ilave edilen ağırlıkça %0,05 oranında B elementinin ticari saflıktaki alüminyumun elektrik iletkenliğinin iyileşmesinde olumlu bir etkiye sahip olduğu, ağırlıkça %0,1 oranındaki B elementinin ilave edilmesi durumunda ise ticari saflıktaki alüminyumun saflık oranının azaldığı ve bundan dolayı ağırlıkça %0,1 B elementi ilavesinin rotorların elektriksel iletkenliğin iyileştirilmesi üzerinde etkisinin daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Isıl işlem sıcaklığı ve bekletme süresinin artmasıyla birlikte, malzeme mikroyapısında tane boyutunun arttığı ve buna bağlı olarak elektriksel iletkenliğe direnç oluşturan tane sınırı sayısının azaldığı ve bunun bir sonucu olarak, malzemenin elektriksel iletkenliğinin arttığı saptanmıştır. Elektriksel iletkenliği artırılmış rotorlar ile üretilmiş olan asenkron motorlara motor performans testleri uygulanmış ve rotor bileşeni kaynaklı kayıpların azaltılmış ve enerji verimliliğinin iyileştirilmiş olduğu ortaya konulmuştur. 
Gerçekleştirilen bu çalışma; yenilikçi yaklaşım ile mevcuttaki üretim sistemini koruyarak asenkron elektrik motorlarının rotor bileşeninde kullanılan mevcut malzemeye kıyasla elektrik iletkenliği daha yüksek rotor malzemesi kullanılarak üretilmiş olan asenkron elektrik motorunun enerji verimliliğinin artırılmasını sağlamıştır.

Abstract:
Asynchronous electric motors are used in many industrial applications such as automotive, and the electrical conductivity of the rotors in these motors is extremely effective on the efficiency of the motor. Commercially pure aluminum has a high density/electrical conductivity ratio, and due to this feature, its use in the production of rotors of asynchronous motors is increasing. In this thesis study, the improvement of the electrical conductivity of the rotor component made of aluminum material in asynchronous electric motors and its effect on the efficiency of the motor were examined. The rotors were produced by high pressure casting method, and AlB8 master alloy containing 0.05% and 0.1% boron was added to increase the purity of the aluminum. Grain coarsening annealing heat treatment was applied to the rotors produced in order to increase their electrical conductivity. To determine the effects of annealing heat treatment parameters on the electrical conductivity of the rotor, grain coarsening annealing heat treatments were applied at different annealing temperatures and different holding times at these temperatures. Electrical conductivity and motor efficiency tests were carried out on rotors with and without heat treatment. To examine the relationship between electrical conductivity and grain size of the material, material microstructures were examined and grain size measurements were made. According to the results obtained, 0.05% by weight of element B added to aluminum has a positive effect on the improvement of the electrical conductivity of commercially pure aluminum, and if 0.1% by weight of element B is added, the purity of commercially pure aluminum decreases and therefore % by weight It has been observed that the addition of 0.1 B element has a lower effect on improving the electrical conductivity of the rotors. It has been determined that as the heat treatment temperature and holding time increase, the grain size in the material microstructure increases and accordingly the number of grain boundaries that create resistance to electrical conductivity decreases and as a result, the electrical conductivity of the material increases. Motor performance tests were applied to asynchronous motors manufactured with rotors with increased electrical conductivity, and it was revealed that losses due to rotor components were reduced and energy efficiency was improved.
This study carried out; by preserving the existing production system with an innovative approach, it has enabled to increase the energy efficiency of the asynchronous electric motor, which is produced by using rotor material with higher electrical conductivity compared to the existing material used in the rotor component of asynchronous electric motors.