IE4 verim sınıfı yeni nesil senkron relüktans motorun tasarımı, analizi ve üretimi

Abstract

Bu çalışmada; endüstride kullanılan IE3 verim sınıfı asenkron motor yerine küresel piyasaya yeni giren IE4 verim sınıfına uygun yüksek verimli, yerli ve milli yeni nesil senkron relüktans motor (SynRM) tasarlanması ve üretilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, tez çalışmasında 1.1 kW gücünde IE3 verim sınıfında bir asenkron motor ile aynı stator yapısını kullanan IE4 verim sınıfına göre yeni nesil senkron relüktans motor tasarımı ve üretimi yapılmıştır. Senkron relüktans motor sonlu elemanlar yöntemi tabanlı çalışan ANSYS Maxwell programında analiz edilmiştir. SynRM rotor tasarımı yapılırken akı bariyer sayısı, akı bariyeri ve segment genişlikleri, akı bariyeri konumu, uç köprü ve köprü genişlikleri, göz önünde bulundurularak en iyi çözüm bulunmaya çalışılmıştır. Analiz çalışmalarında yüksek çıkıntı orantı, verim, güç faktörü ve düşük tork dalgalanması hedeflenmiştir. En iyileştirme çalışmaları sonucunda en uygun rotor tasarımı elde edilmiş ve dört akı bariyerli SynRM üretilmiştir. Tasarımı ve üretimi yapılan SynRM'nin statoru, asenkron motor statoru ile aynı özellikte alınmıştır. Ayrıca, bakır ve alüminyum sargılı iki farklı stator kullanılmıştır. Üretilen SynRM ve asenkron motorun deneysel çalışmalarla motor performans analizleri yapılmış ve sayısal sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlara göre, asenkron motorun verimi %85.1 olarak IE3 verim sınıfını karşılarken SynRM'nin verimi %87.55 olarak IE4 verim sınıfı standardını karşıladığı gözlemlenmiştir. Bu anlamda, geliştirilen verimi yüksek elektrik motorları sayesinde enerji tüketimi azaltılarak, enerji kazancına, küresel ısınmanın azaltılmasına ve sağlıklı yaşama katkıda bulunulabilecektir.

In this study, it is aimed to design and manufacture a high efficiency, domestic and national new generation Synchronous Reluctance Motor (SynRM) suitable for the IE4 efficiency class, which has just got into the global market, instead of the IE3 efficiency class induction motor used in the industry. For this purpose, a new generation synchronous reluctance motor was designed and manufactured according to IE4 efficiency class, which uses the same stator structure as an IE3 efficiency class 1.1 kW induction motor. The synchronous reluctance motor was analyzed in the ANSYS Maxwell software based on the finite element method. While designing the SynRM rotor, it was tried to find the best solution for the synchronous reluctance motor by considering the flux barrier number, flux barrier and segment widths, flux barrier location, tangential rib and radial rib widths. In the analysis studies, high saliency ratio, efficiency, power factor and low torque ripple were targeted. As a result of optimization studies, the most suitable rotor design was obtained and SynRM with four flux barriers was manufactured. The stator of SynRM, which is designed and manufactured, is taken with the same feature as the induction motor stator. In addition, two different stators with copper and aluminum windings were used. Motor performance analysis of the manufactured SynRM and induction motor were carried out with experimental studies and compared with simulation results. According to the experimental results, it was observed that the efficiency of the induction motor was 85.1%, meeting the IE3 efficiency class, while the efficiency of the SynRM was 87.55%, meeting the IE4 efficiency class standard. In this sense, thanks to the high-efficiency electric motors developed, energy consumption will be reduced and it will be possible to contribute to energy gain, reduction of global warming and healthy life.