Anahtarlı relüktans motorunun sargı yapısı değiştirilerek moment performansının iyileştirilmesi

Abstract

ANAHTARLI RELÜKTANS MOTORUNUN SARGI YAPISI DEĞİŞTİRİLEREK MOMENT PERFORMANSININ İYİLEŞTİRİLMESİ Kadir YILMAZ Anahtar Kelimler: Anahtarlı Relüktans Motor, Karşıt Kuplajlı Anahtarlı Relüktans Motor, Unipolar Uyarma, Bipolar Uyarma. Özet: Bu tez çalışmasında, klasik Anahtarlı Relüktans Motorunun (ARM) sargı yapısı değiştirilerek elde edilen Karşıt Kuplajlı anahtarlı Relüktans Motorunun (KKARM) analizi detaylı olarak ele alınmaktadır. Klasik ARM'undaki kısa kutup adımlı sargı yerine tam kutup adımlı sargı yapısı kullanılarak momentte artış amaçlanmaktadır. Kısa kutup adımlı ARM'unda fazlar birbirinden bağımsız olduğundan fazlar arasında manyetik kuplaj ortadan kalkmakta ve üretilen moment sadece öz endüktanslardan oluşmaktadır. Yeni sargı yapısına sahip KKARM'unda ise fazlar arasında manyetik kuplaj olup üretilen moment karşıt endüktanslardan elde edilmektedir. Karşıt Kuplajlı ARM yeni sargı yöntemi ile klasik Anahtarlı Relüktans Motorunun sahip olduğu üstünlüklere ek olarak ortalama momentte önemli bir artış sağlamaktadır. Ortalama çıkış momentinde sağlanan olumlu gelişmeye rağmen, yeni sargı yöntemi iki olumsuz yönü bereberinde getirmektedir. Birincisi, makinada üretilen akının sadece rotor pozisyonuna ve kendisini oluşturan akımın bir fonksiyonu olmayıp diğer fazların da bir fonksiyonu olması makinanın matematiksel modelini karmaşık hale getirmektedir.Diğeri ise klasik ARM'unda zaten varolan momentteki dalgalılık KKARM'unda uyarma yapısına bağlı olarak artış göstermektedir. Çalışmanın amacı, KKARM'undaki yeni sargı yöntemi ile momentteki artışı ön plana çıkartmak ve momentteki dalgalıhğı ortaya koymaktır. Bu amaçla, ilk olarak Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) tabanlı paket yazılım programı olan Maxwell 2D ile Klasik ARM ve KKARM'unun manyetostatik analizleri yapılarak çalışma karakteristikleri elde edilmektedir. Değişik uyarma yapıları altında yapılan analizler sonucunda her iki makinanın momentteki dalgalılık oranları ortaya konulmaktadır. Klasik ARM'unun fiziksel boyutlarını değiştirmeden sadece sargı yapısının değiştirilmesi yeni makinada önemli değişikler meydana getirmektedir. Bunlardan birisi de, sargıların tam kutup adımlı sarılmasından dolayı faz sargı direncindeki artıştır. Bu nedenle iki makinayı eşit bakır kayıplarında karşılaştırabilmek için faz direncindeki artışı ortaya koymamız gerekmektedir. Bu artışı iki boyutlu analiz ile belirlemek mümkün değildir. Çünkü üçüncü boyutu oluşturan sargı sonu etkisi vardır. Bu amaçla yeni makinada faz sargı direncindeki artış oranını bulmak için, SOLID WORKS paket yazılım programı ile üç boyutlu analiz yapılmaktadır. Her iki makinanın hacim artış oranları bu program ile üç boyutlu analiz sonucunda ortaya konularak hacimdeki artış oranlarından faz sargı dirençlerindeki artış oranı ortaya konulmaktadır. Yapılan statik analizler sonucunda, unipolar uyarma için KKARM Klasik ARM'una nazaran ortalama momentte %25'lik bir artış sağlamaktadır. Bipolar uyarma yapısı için ise bu artış akıma bağlı olarak %25-%70 değişmektedir. Ancak bipolar uyarma altında momentteki dalgalılık daha da artmaktadır. ıı

TORQUE IMPROVEMENT OF SWITCHED RELUCTANCE MOTOR USING NEW WINDING CONFIGURATION Kadir YILMAZ Keywords: Switched Reluctance Motor, Mutually Coupled SRM, Unipolar excitation, Bipolar excitation. Abstract: This thesis includes a detailed electromagnetic analysis of Mutually Coupled Switched Reluctance Motor (MCSRM) which is produced through out a modification of winding configuration of classical Switched Reluctance Motor (SRM). A significant increase in the moment output is being expected by using `full pitch` winding configuration instead of `pole pitch` winding in classical SRM. Since the phases are almost independent in classical SRM, the magnetic coupling is small and therefore, moment output is only due to the self inductances. On the other hand in MCSRM with new winding configuration, magnetic coupling exists between the phases, and the moment output is due to the mutual inductances. Mutually Coupled SRM along with the benefits of a classical SRM, has a significant increase in the average torque. In spite of this increase in the average torque, this new winding configuration has two disadvantages. First, mathematical model of the machine becomes more complex, because the flux produced in the machine is not only a function of rotor position but also a function of other phases. Second, existing ripple of the classical SRM increases with this modification. The goal is, to clarify the increase in the moment, which comes with the new winding configuration of MCSRM, and to heal the ripple characteristic of the moment output. For this purpose, at first stage, operating characteristics of SRM and MCSRM are obtained through out magneto-static analysis in Maxwell2D, Finite Element Analysis (FEA) based software package. As a result of analysis with various excitation combinations, ripple ratios in the moment output of each machine are obtained. Only changing the winding structure without modifying the dimensions of the machine causes some important changes in the machine. One of them is the increased resistance in the winding due to the full pitch structure. Therefore, in order to be able to compare these two machines under same copper losses, it is necessary to determine the increment in the resistance. This can not be done by 2D analysis, since there is winding end effect which pushes the 3rd dimension into the problem. SOLIDWORKS software package is utilized in order to solve this problem. Volumetric change, and accordingly the resistive change, due to winding end effect for each motor is determined by doing 3D analysis. As a result of static analyses, for unipolar excitation MCSRM produces around 25% increase in the moment output. For the bipolar excitation scheme, this changes between 25%-70% depending on the current. However, bipolar excitation comes with an increase in the moment ripple. m