Asenkron motorlar için soğutucu fan tasarımı ve analizi
Coolant fan design and analysis for asynchronous motors
Yazar: SÜMEYYE SAĞLAM
Danışman: PROF. DR. AHMET FENERCİOĞLU
Tokat Gaziosmanpaşa Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mekatronik Mühendisliği = Mechatronics Engineering

Özet:
Günümüzde endüstride kullanılan motorların yaklaşık %80 den fazlası asenkron motorlardır. Asenkron motorların fazlasıyla tercih edilen bir motor olmasının başlıca sebepleri verimli olması, maliyetinin düşük olması ve endüstride kolaylıkla bulunmasıdır. Bu projede, 2.2 kW gücünde, 4 kutuplu, 3 fazlı, sincap kafesli bir asenkron motor için bir soğutucu eksenel fan tasarımı analitik olarak yapılmıştır. Tasarım modeli sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile analiz edilerek tasarım doğrulaması sağlanmıştır. Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) ve termal analizi tamamlandıktan sonra 3B yazıcıda, tasarlanan eksenel fanın baskısı alınmıştır. Laboratuvar da hazırlanan test düzeneği ile motor termal testleri yapılmıştır. Testler üç aşamada ve aynı şartlar altında tamamlanmıştır. İlk olarak asenkron motor fansız olarak çalıştırılarak sıcaklık artışı termal kamera ile takip edilmiştir. İkinci aşamada asenkron motor radyal fan ile test edilerek sıcaklık artışı aynı periyotlar ile takip edilmiştir. Son aşamada ise tasarlanan eksenel fan ile aynı şartlar altında ve düzenli periyotlar ile test edilmiştir. Tüm veriler termal kamera ile kontrol edilmiştir. Öngörülen eksenel fanın daha iyi soğutma yaptığı analiz ve test sonuçlarına göre doğrulanmıştır. Motorun nominal yükündeki çalışma şartları altında öngörülen eksenel fan ile orijinal fana göre ortalama değer olarak 2.8°C derece daha fazla soğutma yapmıştır. Bu durumda eksenel fanın yaklaşık % 4.4 soğutma performansını artırdığı görülmüştür.

Abstract:
About 80% of the motors used in the industry today are asynchronous motors. The reasons why this engine is preferred are that its efficient, its cost is low and it is easily available in the industry. In this project, a cooling axial fan design will be made for a 4-pole, 3-phase, squirrel-cage asynchronous motor with a power of 2.2 kW. The design model will be analyzed by finite element method (FEM) and design verification will be provided. After the CFD and thermal analysis is completed, the designed axial fan will be printed on the 3d printer. Motor thermal tests will be carried out with the test setup prepared in the laboratory. The tests will be completed in three stages and under the same conditions. First, the asynchronous motor will be operated without a fan, the temperature increase will be monitored with a thermal imager. In the second stage, the asynchronous motor will be tested with a radial fan, and the temperature increase will be followed by the same periods. At the final stage, it will be tested under the same conditions as the designed axial fan and with regular periods. All data will be checked with a thermal camera. It will be verified according to analysis and test results thaht the proposed axial fan provides better cooling. Under the operating conditions at the rated load of the motor, the axial fan provided an average of 2.8°C more cooling than the original fan. In this case, it was observed that the axial fan increased the cooling performance by approximately 4.4%.