Çıkık kutuplu senkron generatörün sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi

Abstract

Elektrik enerjisi üretim sistemlerinin ana teçhizatlarından biri senkron generatörlerdir. Enerji üretiminde kullanılan bu donanımların iyi analiz edilmesi hem ekonomik hem de işletme anlamında büyük önem taşımaktadır. Son dönemde süper hızlı bilgisayarlar ve benzetim programlarındaki gelişmeler, imalattan önce generatöre ait verilerin doğrulukla analiz edilmesi, parametrelerin hesaplanması, sanal ortamda daha gerçekçi benzetimler ile imalatından önce generarörün görülmesine imkân sağlamaktadır. Bu benzetimler ile generatörlerin istenilen değerlere ulaşma durumları, negatif yanlarının görülmesi anlamında büyük kolaylık sağlanmaktadır. Çıkık kutuplu senkron generatör analizinde değişik bilgisayar yazılımlarından faydalanılmaktadır. Bu yazılımlar generatörlerin kararlı durum, geçici durum parametreleri, akı değişimi, manyetik alanın değişimlerinin, elektrik alan değişimi, moment değişimleri, demir kayıpları vb. durumların daha erkenden görülmesi, analiz edilmesine imkân vermektedir.Bu tez çalışmasında halen işletmede olan kırk kutuplu, üç fazlı çıkık kutuplu senkron generatör, Maxwell programında iki boyutlu ve üç boyutlu tasarım yöntemi kullanılarak modellenmiş, sonlu elemanlar yöntemi (SEY) ile analiz edilmiş, elde edilen sonuçlar ile generatör katalog ve işletme değerleri karşılaştırılmıştır. Çalışmada, öncelikle Türkiye'deki enerji sektörü durumu, senkron makinaların genel yapısı, çalışma prensipleri, sonlu elemanlar yöntemi ve Maxwell programı incelenmiş, daha sonra Seyrantepe Hidroelektrik Santralinde kullanılan senkron generatör bilgisayar ortamında modellenmiştir. Analiz sonucunda geçici ve kalıcı durum, moment, akım, gerilim, manyetik akı dağılımları ortaya konmuştur. Sonuç olarak işletmede olan, çıkık kutuplu senkron generatörün benzetim sonuçları ile işletmede sağlanan veriler karşılaştırılmış ve sonuçların benzeştiği gözlemlenmiştir.

One of the main equipment of electric energy production systems is synchronous generators. Good analysis of these equipment used in energy production is of great importance both in economic and operational sense. Recent developments in super-fast computers and simulation programs allow for accurate analysis of generator data prior to manufacturing, calculation of parameters, more realistic simulations in the virtual environment and the ability to see the generators before their manufacture. With these simulations, it is possible to achieve great convenience in terms of reaching the appropriate values of the generators and seeing the negative sides.Different computer software is used in the analysis of synchronous generator of discrete poles. This software's can be used to determine the steady state, transient state parameters, flux exchange, changes in magnetic field, electric field exchange, moment changes, iron losses, etc. allowing them to be seen and analyzed earlier.In this thesis, the forty-pole, three-phase salient pole synchronous generator, which is still in operation, is modeled using two-dimensional and three-dimensional design method in Maxwell program and analyzed with finite element method (FEM). The obtained results and generator catalog and operating values are compared.In this study, primarily energy sector situation in Turkey, the overall structure of synchronous machines, working principles, examined the finite element method and Maxwell program, then modeled in synchronous generator computing environment used in Seyrantepe Hydroelectric Power Plant.As a result of analysis, transient and permanent state, moment, current, voltage and magnetic flux distributions are investigated. As a result, the simulation results of the salient pole synchronous generator in operation are compared with those obtained in the operation, and the results are similar.