Farklı kesme yöntemleri ile üretilen silisli sac paketlerinin elektrik makinelerinin performansı üzerine etkisi
Effect on to performance of electrical machines of silicon sheet packages manufactured with different cutting methods
Yazar: ŞENOL BAYRAKTAR
Danışman: YRD. DOÇ. DR. YAKUP TURGUT
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Elektrik makineleri = Electric machinery ; İleri imalat teknolojisi =

Özet:
Bu çalışmada, silisli saclar; lazer, aşındırıcılı su jeti, tel erezyon ve kesme kalıbı ile kesilerek, kesme yöntemlerinin asenkron elektrik motorunun performansı üzerindeki etkileri araştırılmıştır. 5,5 kW asenkron elektrik motoru referans alınarak, her bir kesme yöntemi ile 255'er adet stator sacı kesilmiş, bu saclar üst üste dizilerek sıkıştırılmış ve elektrik ark kaynağı ile birleştirilerek paketlenmiştir. Daha sonra, asenkron motora ait, gövde, rulman, pervane gibi mekaniksel elemanların montajı yapılarak motorlar verimlilik testlerine tabi tutulmuştur. Verimlilik testleri, kayıpların toplanması ve doğrudan ölçme yöntemleri dikkate alınarak yapılmıştır. Kayıpların toplanması yöntemi ile motor verimliliğinin belirlenmesinde, sabit 50 Hz frekans ve altı farklı yükleme (% 25-50-75-100-115-125) değerleri kullanılmıştır. Doğrudan ölçme yöntemi ile verimliliğin belirlenmesinde ise frekans konvertörü vasıtası ile dört farklı frekans (50-75-100-125 Hz) ve beş farklı yükleme (% 25-50-75-100-125) değerleri kullanılmıştır. Yapılan testler sonucunda, kayıpların toplanması metoduna göre en yüksek motor verimliliği, tel erezyon kesme yöntemi ile üretilen motorda nominal yükleme değerinde % 85,61 olarak ölçülmüştür. Yükleme oranının artması ile toplam kayıpların arttığı buna bağlı olarak motor verimliliğinin azaldığı gözlenmiştir. Doğrudan ölçme yönteminde ise frekans değerinin yanı sıra motor yükleme oranının artması ile toplam kayıpların arttığı ve buna bağlı olarak motor verimliliğinin azaldığı belirlenmiştir. En yüksek motor verimliliği, 50 Hz frekans ve nominal yükleme değerlerinde % 89,68 ile tel erezyon kesme yönteminde, en düşük motor verimliliği ise % 48,76 ile 125 Hz frekans ve % 25 yükleme değerlerinde aşındırıcılı su jeti kesme yöntemi ile üretilen motorda ölçülmüştür. Her iki ölçme yönteminde motor verimlilikleri, en yüksek sırasıyla; tel erezyon, kesme kalıbı, lazer ve aşındırıcılı su jeti olduğu tespit edilmiştir. Doğrudan ölçme yönteminde toplam kayıplar ve motor verimliliği için YSA ile tahmini matematiksel modeller geliştirilmiştir. Matematiksel modelleme sonucunda gerçek deney sonuçlarının YSA'da tahmin edilen sonuçlarla örtüştüğü belirlenmiştir. ANOVA (Analysis of variance) sonuçlarına göre, motor verimliliği ve toplam kayıpları etkileyen en önemli bağımsız değişkenin, frekans olduğu belirlenmiştir. Ansys Maxwell Electromagnetic Design yazılımı ile entegreli çalışabilen RMxprt modülü ile farklı frekans (50-75-100-125 Hz) ve nominal yükleme değerleri kullanılarak, çıkış gücü ve motor hızının verimlilik üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Ayrıca, yüksek adetlerde motor üretimi için kesme kalıbı ile üretim yöntemi diğerlerine göre maliyetinin daha az olduğu, prototip veya özel amaçlı motorların üretiminde tel erezyon ve lazer kesme yönteminin kullanılabileceği belirlenmiştir. Tel erezyon ve aşındırıcılı su jeti ile üretilen motorun verimlilikleri arasındaki % 2,51'lik fark, bir motor için 487 TL'lik yıllık enerji tasarrufu yapılabileceğini ortaya koymuştur.

Abstract:
In this study, silicon stator sheets were cut by laser, abrasive water jet, wire electrical discharge machining and mechanic cutting and the effects of cutting methods on the performance of induction electrical motor were investigated. 5,5 kW induction electrical motor was taken as a reference and 255 pieces  of stator sheets were cut by each cutting method, then the sheets were stacked on top of each other and packaged by joining using electrical arc welding. Then, mounting of mechanical parts such as housing, bearing, rotor belonging to induction motor was carried out and subjected to efficiency tests. Efficiency tests were made by considering summation of losses (indirect) and direct measuring methods. In the determination of motor efficiency by the method of summation of losses, constant 50 Hz frequency and six different loading (25-50-75-100-115-125%) values were used. In the determination of efficiency by direct measurement method, four different frequency (50-75-100-125 Hz) and five different loading (25-50-75-100-125%) values were used by frequency convertor. At the end of the tests, the highest motor efficiency according to the method of summation of losses was measured as 85,61% (at nominal loading) on the motor produced by wire electrical discharge machining cutting method. It was observed that the total losses increased with the increase of loading ratio and consequently the motor efficiency decreased. In the direct measuring method, with the increasing frequency value and motor loading ratio, total losses increased and the motor efficiency decreased accordingly. The highest motor efficiency was measured in the wire electrical discharge machining method at 50 Hz frequency and nominal loading values as 89,68% whereas the lowest motor efficiency was measured on the motor produced by abrasive water jet cutting method at 125 Hz frequency and 25% loading values as 48,76%. The motor efficiencies in both of the measuring methods were determined to be (starting from the highest); wire erosion discharge machining, mechanic cutting, laser and abrasive water jet respectively. In the direct measuring, estimated mathematical models were developed with YSA for the total losses and motor efficiency. At the end of mathematical modelling it was seen that actual test results matched with the estimated results in YSA. According to ANOVA (Analysis of variance) results, the most important independent variable affecting the motor efficiency and total losses came out to be the frequency. The effects of output power and motor speed on frequency were determined by using RMxprt module (integrated with Ansys Maxwell Electromagnetic Design software), different frequencies (50-75-100-125 Hz) and nominal loading values. Besides, It was also determined that for a large number of motor production, cost of production method by mechanic cutting was lower and wire electrical discharge machining and laser cutting method could be used in the production of prototype or special purpose motors. Difference of 2,51% between the efficiencies of motor produced by wire electrical discharge machining and abrasive water jet cutting method put forward a 487 TL of annual energy saving for one motor.