Aksiyel lamine relüktans ve mıknatıs rotorlu hibrit makinanın tasarımı ve uygulaması

Abstract

Bu tez çalışmasında, öncelikle literatürdeki mıknatıs destekli relüktans makinaları hakkında günümüze kadar yapılan çalışmalar incelenmiştir. Literatüre farklı bir bakış açısı getirmek ve yapılan çalışmalara katkı sağlamak amacıyla, aksiyel lamine relüktans ve mıknatıs rotorlu hibrit makinanın tasarımı gerçekleştirilmiştir. Önerilen hibrit makina yapısı mıknatıs ve relüktans olmak üzere birbirinden bağımsız, tek rotor mili üzerine yerleştirilmiş iki kısımdan oluşmaktadır. Mıknatıs ve relüktans kısımları ise 6 parça halinde üretilmiş bulunmaktadır. Bu parçaların rotor üzerinde farklı sayıda bir araya gelmesi neticesinde rotor üzerindeki hibritleşme oranı değiştirilebilmektedir. Hibrit makinanın bir başka önemli özelliği, mıknatıs ve relüktans kısımlarının birbirlerine göre konumlarının değiştirilebilmesidir. Bu sayede mıknatıs ve relüktans kısımlarının farklı hibritleşme oranlarında ve birbirlerine göre farklı konumda bulunmasıyla oluşan hibrit rotor yapıları incelenebilmektedir.Bu amaçla ilk olarak hibrit makinada bulunan mıknatıs ve relüktans kısımlarının tasarımını gerçekleştirebilmek amacıyla manyetik analiz çalışmaları yapılmıştır. Yapılan manyetik analizlerden sonra, hibrit makinanın a,b,c faz sistemindeki matematiksel modeli oluşturulmuştur. Önerilen hibrit makinanın ve sürücü devresinin prototipi gerçekleştirilmiştir. İmalatı gerçekleştirilen makinanın parametreleri ölçülmüş ve gerçeğe en yakın sonuçları elde edebilmek amacıyla ölçülen büyüklükler periyodik fonksiyonlar haline getirilerek makina modeli içine dahil edilmiştir. Oluşturulan makina modeli simülasyon yolu ile incelenmiştir.Motor prototipinin deneysel çalışmaları iki aşamalı olarak gerçekleştirilmiştir. İlk olarak statik moment ölçümleri yapılmıştır. Mıknatıs ve relüktans kısımlarının rotor üzerinde farklı hibritleşme oranlarında ve farklı konumlarda bulunmasıyla oluşan rotor tiplerinde yapılan statik moment ölçümleri neticesinde, hibritleşme ve mıknatıs ve relüktans kısımlarının farklı durumda konumlandırılmasının motor momenti üzerine etkisi incelemiştir. Statik moment ölçümlerinden sonra farklı hibrit rotor yapıları kullanılarak oluşturulan motor tipleri, sürücü prototipi ile birlikte çalıştırılarak farklı yük durumundaki çalışması incelenmiş ve birbirleri ile karşılaştırılmıştır.Anahtar Kelimeler: Aksiyel Lamine, Hibrit Makina, Hibritlesme, Mıknatıs,Relüktans.

In this thesis, first, existing studies about permanent magnet assisted reluctance machines in the literature are examined. To bring a different viewpoint to the literature and make a contribution to the existing studies, design of a hybrid machine having an axially laminated reluctance and magnet rotor is realized. Proposed hybrid machine structure consists of two separate parts named as magnet and reluctance parts placed on the same rotor shaft. Both magnet and reluctance parts are manufactured as 6 pieces. These pieces can be arranged on the rotor in various numbers so that the rotor hybridization ratio can be modified. Another considerable feature of the hybrid machine is that the position of the parts can be modified with respect to each other. These features make it possible to examine various hybrid rotor types having different rotor hybridization ratio and different position of the magnet and reluctance parts.For this purpose, magnetic analysis was carried out for designing the magnet and reluctance parts. After the magnetic analysis, a mathematical model of the hybrid machine is formed in terms of a,b,c phase system. Prototypes of the proposed hybrid machine and machine driver are manufactured. The parameters of the produced machine are measured, transformed into the periodical functions and included into the machine model to converge the real system. The machine model is studied through simulations.Experimental studies for the motor prototype were realized by two steps. First, static torque measurements were carried out. As a result of static torque measurement of the rotors having different hybridization and different position of the magnet and reluctance parts, the effects of these parameters on the motor torque were examined. After the static torque measurements, motor types with various hybrid rotor structures were operated by the motor driver for different loaded conditions and compared to each other.Keywords: Axially Laminated, Hybrid Machine, Hybridization, Magnet, Reluctance.