Eksenel akılı sabit mıknatıslı alternatörlerde kutup açısının makine performansına etkisinin incelenmesi

Abstract

Rüzgar türbinlerinde kullanılan alternatörler, sisteme çeşitli mekanik sistemler ile bağlanabilirler. Bu mekanik parçaların kullanılması, türbin hacmini, sistem maliyetini, arıza ihtimalini arttırdığı gibi türbin güvenirliğini de azaltmaktadır. Günümüzde yapılan çalışmalar rüzgar türbinlerine doğrudan bağlanabilen, mekanik donanıma ihtiyaç duymayan alternatörlere yöneliktir. Bu alternatörlerden birisi de sabit mıknatıslı olarak üretilen Eksenel Akılı Sabit Mıknatıslı alternatörlerdir.Eksenel Akılı Sabit Mıknatıslı alternatörler günümüzde yaygın arge çalışmaları ile birlikte kullanımı yaygınlaşan sabit mıknatıslı alternatör tipidir. Rüzgar türbinlerinde doğrudan sisteme bağlanabilmesi, harici bir uyartıma ihtiyaç duymaması ve düşük dönme hızlarında yüksek güç üretebilmeleri bu alanda yapılan çalışmaların artmasının en önemli sebeplerindendir.Bu çalışmada sabit mıknatıslı makinelerin genel yapıları incelenmiş ve makine tasarımında kullanılan malzemeler tanıtılmıştır. Eksenel Akılı Sabit Mıknatıslı makine modelleri tanıtılarak makine performansını etkileyen faktörler üzerinde durulmuştur. Bunlardan en önemlisi olan vuruntu momenti açıklanarak bu davranışı giderici yöntemler üzerine çalışmalara yer verilmiştir. 14 kutuplu, toroidal sargılı, açık oluklu NN tip eksenel akılı sabit mıknatıslı alternatörün ANSYS firmasının Maxwell programı ile 3D tasarımı yapılarak modellenen alternatörün sonlu elemanlar yöntemi ile manyetik analizi gerçekleştirilmiştir. Tasarımın rotor-stator arasındaki farklı hava aralıklarında ve farklı mıknatıs açılarında analizi gerçekleştirilmiştir. Analiz sonuçları karşılaştırılarak en uygun değerlere karar verilmiştir. Yapılan 3D modellemeye göre üretilen alternatörün her bir üretim aşaması verilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen alternatör yüksüz durumda üretilen gerilim, vuruntu momenti ve harmonik gibi değerler ölçülmüş, grafiksel olarak verilerek açıklanmıştır. Alternatörün omik yük altında çektiği akım, gerilim, harmonik ve güç değerleri ölçülerek yine grafiksel olarak verilerek yorumlanmıştır. Elde edilen veriler sonucunda alternatörün en az vuruntu momentinde en çok güç üretilen mıknatıs açısı ve hava aralığı elde edilmiştir.

The alternators used in wind turbines can be connected to a variety of mechanical systems. Using of these mechanical parts increase turbine volume, system cost and the possibility of faults as well as decreasing the reliability of the turbine. The studies are made at the present day are for alternators which can connected to the wind turbine directly and can not need for mechanical equipment. One of these alternators is Axial Flux Permanent Magnet alternators which is produced as permanent magnet alternator.This day, Axial Flux Permanent Magnet alternators are type of permanent magnet alternator which widely used with extensive R&D work. Connected directly to the system on wind turbines, not needed an external stimulation and producted high power at low rotational speed are most important reasons for increasing of the work in this area.In this study, it has been examined the general structure of permanent magnet machine and it has been introduced the material used in mechanical design. Axial Flux Permanent Magnet machine models are introduced and focused on the factors which affecting the performance of the machine. Moment of detonation which is most important factor is explained and it is given way to studies on the behaviour relieving methods.It has been performed the magnetic analysis of the alternator with 14 poles, toridal winging, open slot, NN type axial flux, fixed magnet which designed its 3D model in Maxwell which is a program of ANSYS company by using the finite elements method. Analysis of design is materialized different air gap between the rotor-stator and different angles of magnet. Optimal values are decided by comparing analysis. According to 3D modelling, each production stage of the alternator that manufactured are given. It has been explained diagrammatically for the alternator which is produced to measure values about harmonic, cogging and the voltage that is produced no-loading state. Ohmic load current drawn by under the alternator measuring the voltage. Harmonics and power values still interpreted graphically. As a result, on at least detonation moment of alternator has been decided magnet angle which produced the most power and air gap.