Beyaz eşya uygulamaları için alüminyum sargılı fırçasız doğru akım motoru tasarımı
Design of brushless direct current motor with aluminum wire for white goods applications
Yazar: SAMET GELME
Danışman: DOÇ. DR. SELİN ÖZÇIRA ÖZKILIÇ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Beyaz eşya = White goods ; Senkron motorlar = Synchronous motors ; Sürekli mıknatıslı senkron motorlar = Permanent magnet synchronous motors ; Çamaşır makineleri = Washing machines

Özet:
Bu tez çalışması kapsamında çamaşır makinası uygulamalarıiçin kullanılmakta olan universal motorların yerini alacak gömülü tip sabitmıknatıslı senkron motor tasarımı amaçlanmıştır. Beyaz eşya uygulamalarındaverimlilik ve ses seviyelerine ilişkin yönetmelik ve standartlar sürekli olarakiyileşme sağlamayı hedeflemektedir. Her geçen gün daha da kritik bir konu halinegelen enerji verimliliği güncelliğini korumakta olan temel araştırmaalanlarından birisidir. Yeniregülasyonların getirdiği enerji tüketimi ve ses seviyesi limitleriyle beraberüst segment enerji sınıfı seviyeli (A ve üzeri) çamaşır makinelerinde universalmotorlardan fırçasız senkron motorlara geçiş kaçınılmaz olmuştur. Ancak bugeçişin getirdiği sürücü ihtiyacı ile sistem maliyeti dezavantajı oluşmaktadır.Bu durum fiyat rekabetinin çok yüksek olduğu düşük yük kapasiteli (<7 kg),orta ve altı enerji sınıfı seviyeli (B ve altı) çamaşır makinelerinde universalmotor gibi doğrudan şebeke beslemeli motor teknolojilerinin kullanımına devamedilmesine sebep olmaktadır. Bu çalışma kapsamında bahsedilen dezavantajıortadan kaldırmak için düşük kapasiteli çamaşır makinelerinin yük profiliçevresinde optimize edilmiş, güç yoğunluğu ve malzeme maliyeti odaklı, gömülütip sürekli mıknatıslı senkron motor kullanımı değerlendirilmiştir.Çalışmadaspoke tipi gömülü mıknatıslı senkron motor topolojisi için 5 farklı oluk-kutupkombinasyonunda (9s6p, 9s8p, 12s8p, 9s10p, 12s10p) kesirli oluklu konsantriksargılı tasarım yapılmış; çözüm kümesinin çamaşır makinesi uygulaması içinkullanılabilirliğini değerlendirmek için güç yoğunluğu, verimlilik, termalkarakteristik, vuruntu momenti, harmonik distorsiyonu, vibro-akustik tepki,malzeme maliyeti gibi çok yönlü bir karşılaştırma yapılmıştır. İlkolarak analitik yöntem tabanlı tasarım programları desteği ile motorlar için önboyutlandırma ve nominal yük performansı değerlendirmesi yapılmıştır. Dahasonrasında ise nümerik çözüm tabanlı multi-fizik simülasyon programlarıdesteğiyle eş zamanlı elektromanyetik, termal ve vibro-akustik analizlergerçekleştirilmiş; kritik tasarım parametreleri üzerinde optimizasyonçalışmaları tamamlanmıştır. Optimizasyon çalışmalarından sonra tasarımçıktıları değerlendirilmiş ve seçilen 12s8p kombinasyonlu tasarım için prototipüretimi gerçekleştirilmiştir. Yapılan prototip motor ile dinamofren ve çamaşırmakinesi yüklerinde doğrulama testleri gerçekleştirilmiş, test sonuçları ileanaliz sonuçları karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçları ile üretilen prototipinperformans sonuçlarının tutarlı olduğu görülmüştür. Çalışma sonucunda mevcut sistemdeki fırçasızsenkron motora kıyasla daha düşük maliyetli ve kompakt; universal motora kıyasla ise daha verimli vesessiz çalışan birgömülü tip sürekli mıknatıslı senkronmotor modelielde edilmiştir.

Abstract:
The aim of this master thesis is to design a spoketype permanent magnet synchronous motor that will replace the universal motorsfor washing machine applications. Regulations and standards regardingefficiency and sound levels of white goods applications aim to a continuousimprovement. Energy efficiency, which is becoming more and more critical everyday, is one of the main research areas that is an everlasting trend topic. Withthe energy consumption and noise level limits brought by the new regulations,it has become inevitable to switch from universal motors to brushlesssynchronous motors in upper segment energy class (A and above) washingmachines. However, the need for drivers brought about by this transitioncreates a system cost disadvantage. This situation causes the use of mains fed motortechnologies such as universal motors in washing machines with low loadcapacity (7 kg and below), medium and lower energy class level (B and below)where price competition is very high. In order to eliminate the mentioneddisadvantage, the use of permanent type permanent magnet synchronous motor,which is optimized around the load profile of low capacity washing machines,focused on power density and material cost, has been evaluated.    Fractional slot concentric winding designs were madein 5 different slot-pole combinations (9s6p, 9s8p, 12s8p, 9s10p, 12s10p) forspoke type permanent magnet synchronous motor topology; In order to evaluatethe usability of the solution set for washing machine application, amulti-faceted comparison was made such as power density, efficiency, thermalcharacteristic, cogging moment, harmonic distortion, vibro-acoustic response,material cost etc.First, pre-sizing and rated load performanceevaluation of the motors were carried out with the support of analytical method-baseddesign programs. Afterwards, electromagnetic, thermal and vibro-acoustic simulationswere carried out with the support of numerical solution-based multi-physics analysisprograms. After the optimization studies, the design outputs were evaluated andprototypes were produced for the selected 12s8p combination design.Verification tests were carried out on the prototype motor with dyno-bench andwashing machine loads, and the test results and analysis results were compared.As a result of the study; compact,  moreefficient and less noisy embedded type permanent magnet synchronous motor modelis obtained compared to the universal motor.