Yüksek hızlı kalıcı mıknatıslı generatör tasarımı ve analizi
Design and analysis of high speed permanent magnet generator
Yazar: SAMİ ARSLAN
Danışman: PROF. DR. OSMAN GÜRDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son yıllarda insanoğlunun gelişen teknolojiyi üst düzeyde kullanma isteği gittikçe artmaktadır. Enerji kaynaklarının sürekli azalmasına karşılık enerji ihtiyacının hızla artması ise yeni enerji kaynakları arayışını ve var olanların en verimli halde kullanımını zorunlu kılmaktadır. Kalıcı mıknatıslı senkron generatörler son yıllarda gelişen mıknatıs teknolojisi ile birlikte nispeten düşük maliyetlerine bağlı olarak bu anlamda daha yaygın kullanım alanı bulmaya başlamışlardır. Generatörlerde enerji verimlilik çözümleri ve moment yoğunluğu göz önüne alındığında ise endüstriyel alanda en çok tercih edilen yüzey yerleştirmeli sürekli mıknatıs teknolojisine dayanan elektromekaniksel güç dönüşümü kaçınılmazdır. Güç elektroniği teknolojisinin, mıknatıs teknolojisinin, kaplin teknolojisinin, sac teknolojisinin gelişmesi ise yüksek hızlı kalıcı mıknatıslı senkron generatörlerin tasarımını ve üretimini daha da önemli hale getirmiştir. Kullanılacak sisteme göre tasarlanıp üretilecek yüksek hızlı kalıcı mıknatıslı generatör sisteme direkt akuple edilebilecek ve böylece sistem doğrudan tahrik mekanizmalarının taşıdığı tüm avantajlara sahip olacaktır. Bu tez çalışmasında evsel türbo kojenerasyon sistemlerinde kullanılmak üzere yüksek hızlı yüzey yerleştirmeli kalıcı mıknatıslı senkron generatörün tasarımı üzerinde durulmuştur. Çalışmada gerçekleştirilen tasarım modeli, yüksek verimli yüksek hızlı kalıcı mıknatıslı generatörlerin analitik ve sonlu elemanlar yöntemiyle elektromanyetik tasarımını, analizini ve prototip üretimi yapılan generatörün testlerini içermektedir. Üretimden kaynaklanan birkaç küçük hatanın dışında elde edilen deneysel sonuçlar ile yazılım programları ile hesaplanan değerler, test sonuçları bölümünde ayrıntılı olarak görüleceği gibi birbirine çok yakındır. Bu da kullanılan RMxprt, Maxwell 2D ve Maxwell 3D yazılımları ile elde edilen sonuçlar ile deneysel sonuçlar arasında çok iyi bir düzenlemenin olduğunu göstermektedir. Ayrıca, yüksek hızlı kalıcı mıknatıslı generatörlerler yüksek verimli ve yüksek güç yoğunluğuna sahip olmalarından, muadillerine nazaran çok daha küçük boyutlu ve düşük ağırlıklı olmalarından, portatif olabilmelerinden, basit mekaniksel tasarımlarından ve kolay bakımlarından dolayı özel tasarımla birlikte endüstriyel alanda tercih önceliğine sahip olacaklardır.

Abstract:
During the recent years, desire of the using technology at the highest level is rapidly and exponentially increasing. Finding out new energy sources and effective usage of them are crucial and obligatory since not only for the increasing energy needs but also for the decreasing energy sources. With the developing of the magnet technology and relatively lower production costs, usage areas of permanent magnet synchronous generators are starting to expend. In generators when energy efficiency solutions and moment densities are considered, it is obvious that the electromechanical power transformation based on surface mounted permanent magnet technology must be used as most used technology in industry. With the help of development of technology in power electronics, coupling and sheet metal industries, design and manufacture of high speed permanent magnet synchronous generators become much more significant. High speed permanent magnet synchronous generators, which are designed for a specific system, can be coupled directly thus it will have all advantages of direct drive systems. This thesis focuses on designing a novel high speed surface mounted permanent magnet synchronous generator topic in order to use in domestic turbo-cogeneration systems. Design model performed in this thesis includes electro-magnetic design, analysis and tests of prototype production with using analytic and finite element methods for high efficiency high speed permanent magnet synchronous generator. Obtained results are very close that can easily be seen on test result section, to the results calculated by software except small mistakes caused by production. This shows that there is very good arrangement between results obtained from RMxprt, Maxwell 2D and Maxwell 3D and results obtained experimentaly. Beside this, high speed permanent magnet generators will be preferred in industry due to their higher efficiencies and power densities, smaller dimensions, lower weight, portability, more basic mechanical design and ease of maintenance requirements with a specified design compared to its competitors.