Elektriki Otobüsler İçin Yüksek Verimli Altı Fazlı Asenkron Motor Tasarımı
Post on 07-Nov-2015
48 Views
Preview:
DESCRIPTION
Transcript
YILDIZ TEKNK NVERSTES
ELEKTRK ELEKTRONK FAKLTES
ELEKTRK MHENDSL BLM
ELEKTRKL OTOBSLER N AIR YK
KOULLARINDA ALIABLEN ALTI FAZLI YKSEK
VERML ASENKRON MOTOR TASARIMI
10013084 lker ZTRK
LSANS BTRME TEZ
Tez Danman: Do.Dr Nur BEKROLU
STANBUL, 2015
i
NDEKLER
Sayfa
SMGE LSTES ........................................................................................................................ 4
KISALTMA LSTES ................................................................................................................ 7
EKL LSTES ......................................................................................................................... 7
ZELGE LSTES .................................................................................................................... 8
ZET .......................................................................................................................................... 9
1 GR ..................................................................................................................... 10
2 ASENKRON MOTORLAR...11 3 ELEKTRK MAKNALARININ TASARIMINDA KULLANILAN PRENSP
YASALAR VE METOTLAR14 3.1 Elektrik Makinalar Tasarmnda Kullanlan Nmerik zmler ......................... 18 3.2 Maxwellin Stres Tensr: Radyal ve Teetsel Stres ............................................. 20
4 STATOR OLUK SAYISININ BELRLENMES ................................................. 22
5 ALTI FAZLI ASENKRON MOTORUN ANALTK TASARIMI..25 5.1 Stator Byklkleri ve Ak Hesab ........................................................................ 26 5.2 Stator Oluk Byklklerinin Hesab ..................................................................... 28 5.3 Sincap Kafesli Rotor Tasarm............................................................................... 30 5.4 Mknatslanma Akm ve Ak Hesab ................................................................... 33 6 MOTORUN PARAMETRELERN MATLAB/SIMULNK ZERNDEK
HESAPLAMA PROGRAMI ................................................................................ 36
7 ASENKRON MOTORLARIN STATOR OLUK SARGILARI HESABI .......... 43
8 ASENKRON MOTORUN SONLU ELEMANLAR YNTEM LE MODELLENMES VE VERMNN FAZLI MOTOR LE KARILATIRILMASI48 9 SONULAR..66
KAYNAKLAR 67
ZGEM 68
i
4
SMGE LSTES
Rotor ubuu Alan [2]
End Ring Alan [2]
Rotor Di Alan [2]
30 Merkezden 300 Mesafedeki Ak Younluu [T]
Rotor Dilerindeki Ak Younluu [T]
1/3 Statordan 2/3 lk Kesit karlnca Kalan ap [mm]
Soutma in Braklan Kenar Genilii [mm]
Oluk Ykseklii [mm]
Soutma in Braklan Kenar Ykseklii [mm]
0 Motorun Bota ektii Akm [A]
Bara Akm [A]
Mknatslanma Akm [A]
Rotor Akm Younluu [A/2]
Hava Aral Akl [mm]
Rotor Endktans [H]
Stator Endktans [H]
Rotor Oluk Says
Stator Oluk Says
End Ring Direnci [ohm]
Krlma Torku [Nm]
Nominak Tork [Nm]
Stator letken Says
Bir Oluktaki letkenin Enine Genilii [mm]
Motor Kalk Sabiti
Motor Sarg Faktr
5
Stator Sarg Faktr
Senkron Motor Hz [d/d]
Rotor Yarap [mm]
Stator Yarap [mm]
Manyetik Geirgenlik
A Manyetik Alan Potansiyeli
ATg Hava Aral Amper Dn Says
ATSC Stator Amper Dn Says
B Manyetik Ak Younluu [T]
C0 Motor k Katsays
D Elektriksel Alan Younluu [C/2]
E Elektriksel Alan [V/m]
e Elektro Motor Kuvveti [V]
eff Motor Elektriksel Verim
F Kuvvet [N]
f Frekans [Hz]
H Manyetik Alan iddeti [A/m]
I Akm [A]
nsS letken zolasyon Malzemesi Kalnl [mm]
J Akm Younluu [A/2]
K Karter Sabiti
L Motor Uzunluu [mm]
p ift Kutup Says
pf G Faktr
Q Oluk Says
q Her Faz Kuanda Bir Kutup a Den Oluk Says
R Diren [ohm]
6
S Yzey Alan [2]
V Faz Gerilimi [V]
Z letken Says
1/3 Rotor Di Akl [mm]
Manyetik Ak [wb]
Asal Hz [rad]
c Hava Aral ve Demir ekirdek Arasnda Kalan Yzey [mm]
dc Snr Yzeylerindeki Element Uzunluu [mm]
7
KISALTMA LSTES
IEEE Institute Of Electric and Electronic Engineers
AC Alternatif Akm DC Doru Akm IEC International Electrotechnical Commission
EKL LSTES
ekil 2.1 ki Fazl Asenkron Motorun Dner Alannn ncelenmesi
ekil 3.1 Lorentz Kuvvetinin Elde Edilii
ekil 3.2 Faraday'n Uygulanmasn Gsteren Bir ekil
ekil 4.1 Rotor oluk numaralarnn 2 ve 4 kutuplu makinalara gre seim tablosu
ekil 4.2 6 kutuplu bir makinann rotor oluk says seim tablosu
ekil 4.3 En avantajl oluk says seim tablosu
ekil 7.4.1 Lohys stamping elikleri iin mknatslanma erisi
ekil 7.4.2 Oluk aklna gre Carter sabitinin deiimi
ekil 2.1 ki Fazl Asenkron Motorun Dner Alannn ncelenmesi
ekil 7.1 iki kutuplu silindirik rotorlu senkron motorun ak deiimi
ekil 7.2.3 6 fazl bir asenkron motorun faz kuann gsterimi
ekil 8 Motor Tasarmnda Kullanlan Oluk ekilleri
ekil 8.2. Asenkron Motorun 1/6 snn grnm
ekil 8.3 Alt fazl asenkron motorun akmlarnn deiimi
ekil 8.4 Alt fazl asenkron motorun torkunun zamana bal deiimi
ekil 8.5 Motor Kayplarnn Zamana gre Deiimi
ekil 8.6 Motor 110 Amperlik akm kaynandan beslendiinde kayp deerleri(Dzenli
alma Rejimi)
ekil 8.7 Alt fazl motorun ak yollarnn 2 boyutlu olarak incelenmesi
ekil 8.8 Alt fazl motorun ak younluunun iki boyutlu olarak incelenmesi
8
TABLO LSTES
Tablo 7.1 Ortalama ak younluu ve metre bana amper iletken saylarnn deiimi
Tablo 7.2 Devir ve gce bal g faktrnn yaklak deeri
Tablo 7.3 Motor gc ve devrine bal yaklak verim deerleri
Tablo 7.2.1 Stator i yarapna gre deien akm younluu tablosu
izelge 3.1 Gerekli aklama izelge ile bir satr boluk braklarak izelge stne yazlr
izelge 3.1 Gerekli aklama izelge ile bir satr boluk braklarak izelge stne yazlr
izelge 3.1 Gerekli aklama izelge ile bir satr boluk braklarak izelge stne yazlr
izelge 3.1 Gerekli aklama izelge ile bir satr boluk braklarak izelge stne yazlr
izelge 3.1 Gerekli aklama izelge ile bir satr boluk braklarak izelge stne yazlr
izelge 3.1 Gerekli aklama izelge ile bir satr boluk braklarak izelge stne yazlr
9
ZET
Bu tez, Ar yk koullarna uygun ok fazl asenkron motor tasarm zerinedir. Gnmzde,
fosil yaktlarn tkenme eilimi ve giderek sertleen emisyon standartlar nedeni ile iten
yanmal motor teknolojisinin bu standartlara erimesinde yaanan teknik problemlerden dolay,
yakn tarihte toplu tama sistemlerinde elektrikli aralarn yaygnlaaca dnlmektedir.
Trkiyede bu konu zerine bir alma yaplmas adna IEC standartlarna uygun yksek
verimli asenkron motor tasarm gerekletirilmitir, sistemi tasarm bitirilmitir. Motor
verileri %97 verim, 1054 Nm nominal tork ve 110 kW, nominal g elde edilmitir.
Anahtar Kelimeler: ok fazl, , ndksiyon Motoru, Alt Fazl, Yksek Verimli
10
1. GR
Tez ana hatlaryla, geometrik tasarm, sarglar, sonlu elemanlar yntemi ile modelleme ve
sonularn karlatrlmasndan olumaktadr.
Motorun yksek verimli tasarm sebebi ile dk frekansl uygulamalarda tercih sebebi
olabilecek bir tasarma sahiptir. Ayn gte yksek motor hzlarnda daha kk hacimli
motorlar tasarlanabilir. Balangta motorun frekans 50 Hz olarak belirlenmitir. Bu kriterden
dolay toplam arlk 293 kg ve toplam verim %97 mertebesindedir. Elektrikli aralarn
kulland asenkron motorlarn maksimum devirleri yaklak olarak 10000 devir/dakika
mertebesindedir. Sabit g hz oranlar genel olarak 2 seilmitir. Bu deerin fiziksel anlam
motorun 5000 devir/dakika ya kadar olan hz aralnda sabit tork elde edilmesi ve bu hz
deerinden sonra motor sabit g blgesinde almasdr..
Vektr kontrolnde ama, sabit g hz deerinin yakalanmas ve aracn tork bazl
haritalanmasnn gerekletirilmesidir. Motorumuz yksek tork deerine sahip olduu iin
arada bir vites sistemine gerek yoktur. Basit bir dili mekanizmas ile retilen tork direk olarak
tekerlere iletilmektedir. Karlatrma asndan bir dizel tr yaklak olarak 700 Nm tork
retmektedir. Bu torku elde etmesi iin 400 ile 800 beygir aras bir motora ihtiya duymaktadr.
Aracn yol tutuunun artrlmas ve viraj performansnn iyiletirilmesi asndan elektronik
kontrol nitesinin eki kontrol uygulamas yeterli olacaktr. Bu kontrol iin gerekli olanlar
aracn arka ve n tekerleklerinde birer hz sensrleri ve bir adet aracn tam arlk merkezine
yerletirilen iki ya da eksenli bir gyro sensre ihtiyac vardr.
Ara ii haberleme sisteminde uluslararas standart olarak Canbus iletiim sistemi
kullanlmaktadr. Tm ara ii haberleme iki adet kablo vastas ile gereklemektedir.
11
2.ASENKRON MOTORLAR
Asenkron motorlar, bir fazl ve fazl olarak retilmektedirler. Sanayide en ok tercih edilen
motor tipidir. Bakm gerektirmez, kolayca yol verilir ve retimleri kolaydr. Dc motorlara gre
avantaj fra iermemesi ve tek fazl kk gteki uygulamalarda tercih edilen indksiyon
motorlarnn src gerektirmemesidir. Bir fazl asenkron motorlar ve fazl asenkron
motorlar yapsal olarak birbirlerine benzemektedir. Bir fazl asenkron motorlarda sincap kafesli
rotor ve stator blmleri vardr. Statorunda bir ana sarg olup N-S kutuplarn oluturur, ayrca
birde yardmc sarglar vardr. Yardmc sarglar, motorun yol alma srecinde devrede kalrlar.
Yardmc sargnn kutup says, ana sargnnki ile ayndr.
Bir fazl asenkron motorlarda, ana sarg kaln kesitli ve ok sarml, yardmc sarg ise ince
kesitli az sarml olup birbirlerine doksan derece a fark ile yerletirilir.
Asenkron motorlarn alma prensibini anlamak iin, iki fazl asenkron motorlarn almasn
aklamak uygun olacaktr. ki fazl asenkron motorlar birbirlerine 90 derece faz fark ile
yerletirilmi AA ve BB sarglarndan olumaktadr.
=cos(t) (2.1)
=cos(t-90)= =sin(t) (2.2)
Burada manyetik aknn tepe deeridir. Manyetik ak nn ye 90 derece dik olduunu
gstermitir. Referans olarak denklemde grld gibi herhangi bir X noktasndaki (
asnda) manyetik ak, o noktann referans eksenine olan asna baldr.
12
ekil 2.1 ki fazl asenkron motorun dner alann incelenmesi
Asenkron motorlarn 100 kW zeri gteki trleri, dk gerilimli yada zel uygulamalar iin
yksek gerilimli trleri mevcuttur. Dk gerilimli motorlar, genelde 400 V 50 Hz
mertebesinde iken, yksek gerilimli motorlarn alma gerilimi 4 ile 6 kV arasnda
deimektedir. stenilen gteki yksek gerilimli motorlarn sarglamasnda daha kk enine
kesit seilmesi sarglamay kolaylatrmaktadr. Bu sarglamann daha genel anlam ise daha
kk enine besleme kablolarnn seilmesidir. Ancak yksek gerilimdeki asenkron motorlarn
asl sorunu izolasyon iin stator oluklarnn doluluk oranlarnn ayn gte dk gerilimdeki
motorlara gre daha kk seilmesi gerektiidir. Bu durumun sonucu olarak, Motor
bykl artmakta ve beraberinde maliyet gibi problemleri ortaya karmaktadr. Gnmzde
yar iletken teknolojisinin gelimesi ile yksek devirlere ulaan motorlar tasarlanabilmektedir.
Bu tasarmn en byk yardmcs sabit gerilim deiken frekans kontroldr. Bylece motorlar
yksek frekanslara kabilmekte ve daha kk hacimlere sahip olabilmektedir. Kesit seimleri
ise dk gerilimli motorlarda (100 kW ve zeri ) 3 mm ve alt olarak belirlenmitir. Bu ynden
iletken maliyetleri yksek gerilimli motorlara gre ok daha dk seviyededir.
Kutup says ise motor gcne bal bir parametre olarak karmza kmaktadr. Motor gc
ykseldike genel olarak kutup saysnn arttn syleyebiliriz.
13
ou indksiyon motoru sincap rotor yapsna sahiptir ancak ar kalk koullar ve frekans
kontrolnn snrl olduu uygulamalarda silindirik rotor yaps karmza kmaktadr.
Motorun bir dier tasarm parametresi ise talep edilen krlma torku, nominal tork ve akm
deerleridir. / deeri 2.5 tan byk olmas ve Li/ deerinin byk seilmesi kaak
endktans deerini azaltmaktadr.
deeri, krlma torkunu, nominal torku, Li deeri stator ve rotor endktanslarnn
toplamn ise kutup akln ifade etmektedir. Krlma torkunun yaklak deerini denklem
2.3 ten elde edebiliriz.
=31
2(
)2.
1
; =1+1 (2.3)
1 ve 1 stator ve rotor kaak endktansn ifade etmektedir. Krlma torkundaki akmn
deerinin nominal akma oran krlma torkunun nominal torka oranna eit ya da byk olmas
gerekmektedir. Bunun sebebi motor tasarmnn gvenli snrlar iinde kalmasdr. Yukardaki
koullar saland taktirde kaak endktanslar rotor ve stator blgesinde yaklak %10 ile %15
arasnda azalacaktr.
Kalk torku ve kalk akm olarak ifade edersek;
=3.()=1
2.21
1 (2.4)
=1
+=12+1
2(+=12)
(2.5)
Genel olarak 100 kW zeri motorlarda deeri 0.95 ten 0.975 e kadar seilebilir. Hedef
verim deeri hesabnda stator ekirdek kayb, yaklak nominal kayma hesap edilebilir. Alt
fazl motorda bu denklemler 3 yerine 6 yazlarak dzenlenebilir.
14
3.ELEKTRK MAKNALARININ TASARIMINDA KULLANILAN PRENSP
YASALAR VE METOTLAR
Elektrik makinalarnn tasarmnda kullanlan yasalarn temelleri Maxwellin denklerine
dayanmaktadr. Elektromanyetik alann aklamas dier fiziksel byklkler ve bilim dallarn
kullanarak kolayca yaplabilmektedir. Tm alan eitlikleri, bir grup halinde kolayca
yazlabilmektedir. Bunun iin, be adet vektr ve bir adet skaler byklk yeterlidir.
Elektrik Alan E [V/m]
Manyetik Alan iddeti H [A/m]
Elektriksel Ak younluu D [C/m]
Manyetik Ak younluu B [V.s/2].[T]
Akm younluu J [A/2]
Elektriksel Yklenme younluu
[c/3]]
Elektrik alan ve manyetik alan analizini, akm tayan bir telde meydana gelen alann rettii
kuvvet zerinden yapabiliriz. Bu kuvvet Lorentz yasas ile hesaplanr. dQ
Birim yknn v hz ile hareket ettiini kabul ederek oluturduumuz vektr denklemi ile
aada kuvveti bulabiliriz.
dF =dQ(E+vxB)=dQE +
dt x B =dQE + xB (3.1)
Bu vektrel denklem, eitli elektrik makinalarnda tork retim prensibi olarak kabul edilir.
Akm tayan telin uzunluu, olarak kabul edersek, retilen kuvvet ile uzunluunun
arpm tm elektrik makinalarnda tork deerini vermektedir.
15
ekil 3.1 Lorentz kuvvetinin elde edilii, dF Lorentz kuvveti, i akm, dl akm tayan telin
uzunluu, ,ak younluu ile akmn arasndaki a deeridir. xB deeri Bsin
olarak yazlabilir.
Elektrik mhendisliinde, dier yasalar ncelikle empirik olarak elde edilir sonra yazya
dklr. Dier zelletirilmi yasalar Maxwellin denklemlerini kullanarak elde edeceiz.
Seilmi bir noktadaki akan akm, o noktadaki elektriksel yklenmeyi (arj) drmektedir.
Elektriksel yklenmenin korunmasn diverjans bir eitlikle elde edebiliriz.
.J=
(3.2)
Yukardaki denklem, elektrik akmnn srekliliini ifade etmektedir.
Maxwellin denklemlerinin diferansiyel formda yazlmas aadaki gibidir.
xE =
(3.3)
xH =J+
(3.4)
.D = (3.5)
.B=0 (3.6)
Denklem 3.3, Faraday yasasnn aklanmasdr. Deiken bir manyetik alann etrafnda oluan
elektrik alann nasl olutuunu gstermektedir.
16
Denklem 3.4 ise deiken elektriksel alan ve bu elektriksel alann etrafnda manyetik alan
iddetinden dolay meydana gelen akm gstermektedir. Amper yasas olarak adlandrlr.
Elektrik alan her zaman, pozitif ykten negatif yke doru meydana gelmektedir. Bu cmlenin
matematiksel anlam olarak denklem 3.5 i yazabiliriz. Gauss yasas olarak bilinmektedir.
Denklem 3.6 ise gauss yasasnn manyetik alana uygulanmas olarak yazlabilir. Bu denklemler
elektrik makinalar tasarmnn temelleridir. AC ya da DC akm altnda alan tm makinalar
bu kurallar erevesinde hareket etmektedir. Maxwellin denklemleri, Faradayn indksiyon
yasalarnn kantlanmasnda sklkla kullanlmaktadr.
. =
. .
=
(3.7)
Ancak, makine dizaynnda Amper yasas ile Faraday yasalarnn kullanm ayr bir yer
tutmaktadr. Bu yasalar, basit olarak bir elektrik makinasnn sarglarnda indklenen gerilimin
hesabnda, sarg kayplarnn belirlenmesinde ve son olarak deri etkisinin incelenmesinde
nemli bir yer tutmaktadr.
ekil 3.2 Faradayn uygulanmasn gsteren bir ekil, B manyetik ak younluu, dS bir daire
zerinde seilen alan, l akm tayan kapal bir telin uzunluu, manyetik ak, I ise E.dl
denkleminden meydana gelen akm deeri
Eer bir motor sargdaki dn saysna N dersek, ideal olarak meydana gelen aknn tm
dnlerle balants olmad kabul edilmektedir. Bu durumu bir oran ile ifade etmek gerekirse
gerekte bu oran bir den kktr, bu sebepten dolay bir elektrik makinasndaki etkin dn
says kw ile ifade edilmektedir. Literatrde bu sabite motor sarg faktr denmektedir.
17
Bu bilgiler nda bir motorun sarglarnda indklenen gerilim ifadesini u ekilde yazabiliriz.
e =.N.
. =.N.
= -
(3.8)
Yukardaki denklemlerden sonra kolaylkla ak balantsn elde edeceiz. Ak balants
denklem 3.9 da grlmektedir.
=.N. =L.I (3.9)
Endktansn saysal deerini ise motorun Relktans zerinden hesap edeceiz.
L=(. )2 / (3.10)
Motor sarglar zerindeki toplam akm hesab, denklem 3.11 deki gibi yaplmaktadr.
. = . = (t) = (t) (3.11)
18
3.1 Elektrik Makinalar Tasarmnda Kullanlan Nmerik zmler
Elektrik makinalarnn, basit tasarm olarak ncelikle manyetik ve elektrik devreleri
hesaplanarak yaplr. Analitik formller bu devler zerine uygulanarak hesaplar yaplmaktadr
ancak performans analizlerinde tek bir parametrenin deiim hesabnn yaplmasnda birok
forml elektrik ve manyetik devrelere uygulanmas gerekmektedir. Bu zm yolu, karmak
sistem entegrasyonlarnda problem karmaktadr. Tasarm srecini uzatmaktadr. Gnmzde
ev bilgisayarlarnn gelimesi ile birlikte bilgisayar destekli sonlu elemanlar yntemi kolaylkla
tasarlanan motorun geometrisine uygulanarak gereki veriler elde edilmektedir. Bilgisayar
destekli sonlu elemanlar yntemi gnmzde popler bir tasarm arac olarak ortaya
kmaktadr. Analitik hesaplarla yaplan nmerik analizlerin doru sonular retememesinin
temel sebebi, elektromanyetik analizlerin boyutta gerekletirilmesidir. Fem analizlerinde
elektromanyetik analiz ksm boyutlu olabilmekte, transiyent ve zamana bal analizler
gerekletirilebilmektedir. Dier sebep ise, manyetik enerjinin tork retebilen ksm hava
aralnda depo edilmektedir. boyutta hava aralna atlan mesh sonucu retilen tork
deerini nemli lde etkilemektedir.
Sonlu elemanlar ynteminde kullanlan be farkl metot bulunmaktadr. Bu metotlar,
Maxwellin stres tensr metodu, Arkkio nun methodu, Manyetik coenerji fark, Colomb un
sanal i yntemi ve mknatslanma akm yntemidir.
Elektrik makinalarnda manyetik alan iki dzlemde ele alnmaktadr. Manyetik alann numerik
zmlenmesin de manyetik alan vektr potansiyeli kullanlmaktadr. Bu yntem zc iin
kolay ve kullanldr.
Manyetik vektr potansiyeline A dersek;
x A =B (3.1.1)
Colomb un vektr potansiyeli ak ekilde aadaki gibi tanmlanmaktadr.
.A=0 (3.1.2)
ndksiyon metodunda vektr potansiyelini yerine koyarsak;
x E = - +
(3.1.3)
Skaler elektrik potansiyeline dersek, elektrik alan iddeti vektr potansiyeline gre denklem
3.1.4 teki gibi yazlabilir.
E = -
- (3.1.4)
19
Denklem 3.1.4 elektrik alan iddetinin iki paradan olutuunu gstermektedir. Manyetik
alanda zamana bal meydana gelen dner alan ve dielektrik materyalin
polarizasyonlamasndan ve elektrik yklerinden dolay meydana gelen sabit alandr.
Akm younluu, elektrik alan iddetine baldr.
J = .E = -
- (3.1.5)
Amper yasasn vektr potansiyeli olarak ifade edersek
x (1
x A) = J (3.1.6)
Yukardaki denklemlerde grld zere iki boyutta incelenen elektrik makinalarn tek bir
deiken olan A ya gre yazdk. Alan zmleri (B,H) xy dzlemlerinde gsterilmektedir.
J, A ve E ise z dzlemi olarak gsterilir. J ve A, z dzlemine paralel olarak modellenmektedir.
Analizlerimizde vektr potansiyelini yukardaki kurallar erevesinde motorumuza sonlu
elemanlar ynteminde uygulayacaz.
20
3.2 Maxwell in Stres Tensr : Radyal ve Teet Stres
Maxwell in stres tensr, elektrik makinalarnda manyetik alandan tork ve kuvvet retmesinde
kullanlan genel matematiksel ifadedir. Elektrik makinalarnda dner alann nasl tork ve kuvvet
rettiini bir nceki blmde gstermitik. Lineer ak younluu metal yzey zerinde, teet
stres faktrn oluturmaktadr. Bu metot, ak yolu zerinde meydana gelen strese gre
Faradayn kanunlarna dayanmaktadr.
=1
20
2 (3.2.1)
Stres kuvvet izgilerinin ynnde meydana gelmektedir. Stres kuvvet izgilerine dik olarak
oluur. Stres normal ve teet birleenler olarak iki ksmdan oluur.
=1
20(
2 2 ) (3.2.2)
=0 (3.2.3)
Fem analizlerinde kolay zmlenmesinden dolay tork retiminde Arkkio nun metodu
kullanlmaktadr. Bu metotta Maxwellin stres tensrne dayanmaktadr. Hava aralndaki
hacim boyunca rotor ve stator yaraplar ile alnan integral sonucunda tork deeri elde
edilmektedir.
T= 1
0() (3.2.4)
ve srasyla S yzeyindeki radyal ve teet ak younluklarn vermektedir. ve ise
stator ve rotor yaraplarn vermektedir.
Maxwellin stres tensr metodunda kullanlan dier bir yntem ise mknatslanma akm
yntemidir. Bu metot element keleri zerindeki mknatslanma akm ve ak younluunun
hesaplanmasndan meydana gelmektedir. Bu durum demir ya da daimi mknatslar ile hava
arasnda bir snr oluturmaktadr. Genel olarak tork aadaki denklemde grld ekilde
FEM yntemi ile hesaplanmaktadr.
21
l makine uzunluu, c, hava aral ile demir ya da daimi mknatslar arasndaki ara yz
belirlenmekte kullanlr, dc, snr zerine yerletirilmi element kelerinin uzunluudur. r ise
rotor tarafnda retilen kuvvetin mile olan uzakldr.
Verilen tm denklemleri dzenlediimiz zaman motorun byklklerini hesaplamamzda
kullanacamz forml denklem 3.2.6 da verilmitir.
Yukardaki denklem, elektrik makinalar tasarmnn temel hesabdr. Bu denklemlerden elde
edilen sonularla rotor, stator aplarna, motor uzunluuna ve hava aralnn byklne
karar verilmektedir.
22
4 STATOR VE ROTOR OLUK SAYILARININ BELRLENMES
Stator ve rotor oluklarnn says motorun alma karakteri zerinde byk bir neme sahiptir.
Belirtilen kriterler dnda rotor ve stator oluklarnn seimi tork dalgalanmalarna ve rahatsz
edici motor alma rejimlerine sebep olmaktadr. Harmonik asenkron motor torkunu azaltmak
iin rotor oluk says mmkn olduunca kk seilmelidir. Genel olarak denklem 4.1 deki
eitlie bal oluk tayini yaplmaldr.
< 1.25 (4.1)
Motor hz kaybederken stator oluklarnda oluan harmoniklerden dolay retilen senkron
torku nlemek iin rotor oluk says seiminde aadaki kriter gz nnde bulundurulmaldr.
=6pg (4.2)
g, herhangi pozitif bir tamsaydr.
Stator ve rotor oluk saylar birbirlerine eit olamaz, rotor oluk says stator oluk saysnn
yars ya da iki kat olamaz.
(4.3)
1
2 (4.4)
2 (4.5)
Motor alrken senkron torku nlemek iin aadaki eitlii gz nnde bulundurmak
gerekir.
6pg 2+
g, herhangi pozitif bir tamsaydr, 2p kutup saysn ifade etmektedir.
Motorun rotor oluklar zerinde meydana gelen tehlikeli harmonikleri nlemek adna aada
verilen eitliklere dikkat edilmelidir. Formllerde belirtilen art iareti pozitif ynde dnen
motor iin, eksi iareti negatif ynde dnen motorlar iindir.
(4.6)
23
ekil 4.1 Rotor oluk numaralarnn 2 ve 4 kutuplu makinalara gre seim tablosu
[Richard,1954]
ekil 4.2 6 kutuplu bir makinann rotor oluk says seim tablosu [Richard,1954]
24
ekil 4:3 En avantajl oluk says seim tablosu [Richard,1954]
25
5 ALTI FAZLI ASENKRON MOTORUN ANALTK TASARIMI
Asenkron motorlar temelde sincap kafesli ve bilezikli asenkron motor olmak zere iki tipte
tasarlanmaktadr. Motor tasarmnda ncelikle karar vereceimiz nokta motor tipidir. Bilezikli
asenkron motorlarn kalk torklar sincap kafesli motorlara gre daha yksektir. Faz sarglarna
diren eklenerek motor devir ayar yaplabilir, ancak bu gnmzde yaplan en kt devir
ayardr. Src sistemleri gelitii iin, bu ynteme bavurulmaz. Tasarm kolayl ve
yaygnlndan dolay sincap kafesli motor tasarm zerinde almamz yapacaz.
ncelikle stator byklklerinin hesaplamasn, ardndan motorun stator sarglarnn
hesaplanmas, nc adm olarak rotor byklklerinin hesab ile son admda kayplar ve
optimizasyon problemin zmlenmesini Matlab ortamnda gerekletireceiz.
26
5.1 Stator Byklkleri ve Ak Hesab
Tasarm yaparken tablolardan faydalanacaz. Bu tablolar, ihtiyacmz olan baz deerleri
yaklak olarak verecektir.
kW 1 2 5 10 20 50 100 500
() 0.35 0.38 0.42 0.46 0.48 0.5 0.51 0.53
q(ac/m) 16000 19000 23000 25000 26000 29000 31000 33000
Tablo 7.1 Ortalama ak younluu ve metre bana amper iletken saylarnn deiimi
kW 5 10 20 50 100 200 500
1000 rpm 0.82 0.83 0.85 0.87 0.89 0.9 0.92
1500rpm 0.85 0.86 0.88 0.9 0.91 0.92 0.93
Tablo 7.2 Devir ve gce bal g faktrnn yaklak deeri
kW 5 10 20 50 100 200 500
1000rpm 0.83 0.85 0.87 0.89 0.91 0.92 0.93
1500rpm 0.85 0.87 0.88 0.9 0.91 0.93 0.94
Tablo 7.3 Motor gc ve devrine bal yaklak verim deerleri
6 kutuplu, 110 kW motor iin ortalama ak younluu Bav 0.506 T, q deeri 31754 olarak
hesaplanmtr.
Senkron hz hesab
= 120xf
p (7.1.1)
Senkron hz bu bilgiler dorultusunda 1000 devir/dakikadr.
Tablo 7.2 ve 7.3 n interpolasyon sonucu elde edilen deerleri g faktr 0.8935 ve verimi
27
0.9131 olarak belirlenmitir.
Motorun giri tarafndaki aktif gc, motor k aktif gcnn verime blnmesi ile elde edilir.
=
(7.1.2)
Faz akmnn hesab olarak, giri gerilimi belirlenmelidir. Bu deer 400 V olarak belirlenmitir.
Faz akm =1000
6 (7.1.3)
Motor sarg faktr her zaman bir den kk ve bir e yakndr. Elektrik makinalarnda genel
olarak 0.955 alnabilir.
Motor k katsays C0 n hesab denklem 7.4 te verilmitir.
C0=11xxx q x eff x pf x103 (7.1.4)
Motorun devir/saniye cinsinden hz
60 olarak bulunur.
2L=
0(
60) ( 7.1.5)
Toplam motor uzunluu L u ekilde hesap edilir.
L=.2
(0.135)2 (7.1.6)
L uzunluu 270 mm olarak hesap edilmitir.
Stator i yarap denklem 7.6 daki gibi elde edilebilir.
D=.2
(7.1.7)
Stator i yarap 430 mm olarak belirlenmitir.
Motor aksnn hesab olarak
=
106 (7.1.8)
0.0288 weber olarak hesap edilmitir.
28
5.2 Stator Oluk Byklklerinin Hesab
Stator oluk says blm 4 teki tablolar ve formller kullanlarak 72 olarak belirlenmitir.
=4.44 x f x x x N (7.2.1)
Yukardaki denklemden grld zere faz gerilimimiz, frekansmz, sarg datm
faktrmz, motor akmz bilinmektedir. Faz bana den iletken dn says N dir.
Hesaplamalarmzda kullanlmak zere bu deeri yukardaki formlden elde edebiliriz.
Faz bana den oluk says;
Qs
2p (7.2.2)
Olarak bulunur.
Oluk bana den iletken says ise denklem 7.2.3 te ki gibi hesaplanmaktadr.
Z = 2.(2)
olarak belirlenmektedir. (7.2.3)
Dn says olan N yi tekrar hesaplamak iin aadaki ifade kullanlr. Bu ekilde iletkenin
dn saysna son ekli verilmi olup, denklem 7.2.1 e bulunan ifade tekrar yazlarak, motorun
aksnn gerek deeri hesap edilmektedir.
= Z.
2.1
2 (7.2.4)
D(mm) 100 150 200 300 400 500 750 1000
A/2 4 3.8 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5
Tablo 7.2.1 Stator i yarapna gre deien akm younluu tablosu [Richard,1954]
Stator i yarapna gre belirlenen akm younluu J deerimiz 3.5 tur.
letkenin alan ifadesi
J=
(7.2.5)
olarak hesaplanabilir. Bu noktadan sonra standart tablolar kullanarak motorun, iletkenlerinin
kesiti belirlenmektedir.letkenin stator oluu boyunca olan yksekliinin, belirlenen kesite
oran 2.5 ile 3 arasnda olmaldr.
29
letken ykseklii, iletken alannn, kesite oran olarak bulunabilir.
=
(7.2.6)
letkenlerin izolasyonu iin kullanlan yaltkann kalnl 0.5 mm olarak belirlenmitir.
Bu noktadan sonra yukardaki bilgiler kullanlarak stator oluk genilii aadaki forml ile
kolayca tespit edilebilmektedir.
=[( + ) + ] (7.2.7)
slot ierisindeki iletken says, insS, izolasyon malzemesinin kalnl ve insW ise izolasyon
malzemesinin genilii olarak verilmitir.
Slot ykseklii parametresi ise,
= [( + )+ + + ] (7.2.8)
, bir oluktaki iletkenin enine geniliidir.
=
(7.2.9)
, oluk ierisindeki iletkenin yksekliidir. ve ifadeleri srasyla kenarlara ve st
noktaya braklan motorun soutma sistemi iin kullanlan noktalardr. Bu sayede hava ile olan
s transferi kolaylatrlmtr. Genel olarak,1 mm ve 4 mm deerleri sistemin soutulmasnda
uygundur.
30
5.3 Sincap Kafesli Rotor Tasarm
Tm elektrik makinalarnda en nemli tasarm parametresi olan hava aralnn hesabn
aadaki denklemde motor fiziksel parametrelerine gre hesaplayacaz.
=0.2+2x/106 (7.3.1)
Rotor ap, stator i yarapndan hava aralklarnn karlmas ile elde edilir. Bu noktada
dikkat edilmesi gereken nokta, motorun alt ve st noktalarn referans alrsak iki adet hava
araln stator i yarapndan karlmas gerektiidir..
= D- 2 (7.3.2)
Rotor akm , yaklak olarak stator akmnn 0.85 i kabul edilmitir.
Rotor sarg faktr bir, ve iletken says/oluk oran bir alnarak hesaplarmz gerekletireceiz.
ubuk ya da bar akm ifadesi;
=
(7.3.3)
, stator oluk says, stator iletken/oluk oran ve , rotor sarg faktr olarak sembolize
edilmitir.
Rotor ubuu zerindeki, akm younluu olarak ifade edilirse,
Rotor ubuu alan;
=
(7.3.4)
Bu noktadan sonra, rotor ubuunun yksekliine karar vermemiz gerekiyor. Bu tasarmcnn
kendi kriterine gre belirleyecei bir byklktr. Bu bykle dersek;
Rotor ubuunun genilii;
=
olacaktr. (7.3.5)
Rotor ubuu alannn, dzenlenmi yeni deerini hesaplarken, kelerin yuvarlak hale
getirilmesi iin, hesap edilen yuvarlama faktr 0.98 alacaz.
= . .0.98 (7.3.6)
31
Rotor ubuunun direncinin hesabn 7.3.6 nolu denklemden elde ediyoruz.
=0.021
1000 (7.3.7)
, rotor ubuunun uzunluu, olarak ifade edilmektedir.
End ring akmnn hesab; (7.3.8)
=
.
, rotor oluk says, p ift kutup saysdr. (7.3.9)
End ring alannn forml ile ifadesi amper yasasna dayanmaktadr.
=
(7.3.10)
, rotor akm younluudur.
End ring diren hesab denklem 7.3.11 kullanlarak yaplabilir.
=0.021
(7.3.11)
Rotor oluk byklkleri hesab yaparken yukardaki formllerden elde edilen bilgiler
kullanlarak yaplacaktr. Rotor apnn edeer hesabnda, end ring in olduu blgeyi kararak
elde edilen apn ortalama deerini kullanacaz. Bu sebepten dolay, tam u noktadan 1/3
orannda bir blm rotor apndan kararak hesaplarmz gerekletireceiz.
U noktadan 1/3. Di karlarak elde edilen rotor ap;
1/3=-2.2
3 (7.3.12)
Rotor oluk akl, 1/3 lk rotor ksmnda;
1/3=1/3
(7.3.13)
Di akl, rotorun 1/3 lk ksmnda;
W_tr13=1/3- (7.3.14)
Di alan, rotorun 1/3 lk ksmnda;
=13
(7.3.15)
32
Bir diteki ak younluunu hesap ederken, di alann ve nceden hesaplanan ak deerini
kullanmamz gerekmektedir.
=106
(7.3.16)
Bir diteki maksimum ak younluu ise yaklak olarak diteki ak younluunun 1.5 katna
eittir. Bu deer 1.2 ile 1.4 T aras olmas uygundur.
33
5.4 Mknatslanma Akm ve Ak Hesab
ekil 7.4.1 Lohys stamping elikleri iin mknatslanma erisi
ekil 7.4.2 Oluk aklna gre Carter sabitinin deiimi
34
Stator ekirdeindeki, amper-dnn hesab aadaki forml ile gerekletirilir.
ATSC=
261000 (7.4.1)
, ortalama stator apdr. , tablo 7.4.1 den gelen amper dn saysn temsil etmektedir.
Merkezdeki kutuptan 300 mesafedeki ak younluu;
30=1.513 (7.4.2)
13, Rotorun u ksmndan 1/3 nc dite meydana gelen ak deeridir.
Tablo 7.4.1 den yukardaki ak deeri kullanlarak yeni amper dn deeri belirlenerek
denklem 7.4.3 te ileme konularak stator dilerindeki amper dn says elde edilir.
ATST =atst
1000 (7.4.3)
Yukardaki denklemde, stator oluk yksekliidir. Birim dnm yaplarak basit bir orant
ile stator dilerindeki amper dn saysn elde ettik.
Toplam amper dn says stator ekirdeindeki ve dilerindeki amper dn saylarnn
toplam ile elde edilmektedir.
ATS=ATSC+ATST (7.4.4)
Stator oluk ak (slot opening) tasarmc tarafndan belirlenir. Belirlenen bu deerin hava
aralna blm ile elde edilen deeri, ekil 7.4.2 de yerine koyarak Carter sabitini elde
edebiliriz.
k=
(7.4.5)
Hava aral iin amper dn says,
ATg=1.360.796Lg (7.4.6)
deeri, hava aral ortalama ak deerini gstermektedir.
Motorun zerindeki tm amper dn says ATT,
ATT= ATg+ATSC+ATST (7.4.7)
Bu noktadan sonra mknatslanma akm deeri;
=2
2.1.17. (7.4.8)
35
Yksz halde faz akm,
0=2 +
2 (7.4.9)
, motorun kayplardan dolay ektii akm deerini gsterir.
Yksz halde g faktr;
0=
0 (7.4.10)
36
6 MOTORUN PARAMETRELERN MATLAB/SIMULNK ZERNDEK
HESAPLAMA PROGRAMI
eitli kitaplar zerinden derlenen bilgiler dorultusunda oluturulan analitik tasarm program
Matlab ara yznde elde edilmitir. Programdan kan sonular dorultusunda Ansys Maxwell
program zerinden gelitirme yaplarak motorun son hali verilmitir.
%%ok fazl Asenkron Motor Tasarm %Aktif G 100kW f=50 Hz 6 kutuplu V=300V %**************************************** %* LKER ZTRK YILDIZ TEKNK NV. * %* ELEKTRK MHENDSL * %* ELEKTRK MAK ve G ELEKTRON ABD * %**************************************** %----------STANDART TABLOLAR----------% SKW=[1 2 5 10 20 50 100 500]; %Aktif G SBav=[0.35 0.38 0.42 0.46 0.48 0.50 0.51 0.53]; %ortalama ak yo. Sq=[16e3 19e3 23e3 25e3 26e3 29e3 31e3 33e3];%tangential kuvvet sbt SKWa=[5 10 20 50 100 200 500]; %grnr g SPF6P=[0.82 0.83 0.85 0.87 0.89 0.9 0.92]; %1000rpm 6kutup SEFF6P=[0.83 0.85 0.87 0.89 0.91 0.92 0.93];%1500rpm 6kutup SPF4P=[0.85 0.86 0.88 0.9 0.91 0.92 0.93];%1000rpm 4 kutup SEFF4P=[0.85 0.87 0.88 0.9 0.91 0.93 0.94];%1500rpm 4kutup
%-------------ANA BYKLKLER STATOR---------------------% KW=110; V=330; f=50; P=6; nvd=2;%mm havalandrma kanal says bvd=10; %havalandrma iin alan kanallarn uzunluklar mm ki=0.92; %demir faktr Kw=0.955; %sarg datm faktr Bav=interp1(SKW,SBav,KW,'spline'); %interpolasyon ortalama ak yo. q=interp1(SKW,Sq,KW,'spline'); %interp. q faktor pf=interp1(SKWa,SPF6P,KW, 'spline'); %g faktr interp. eff=interp1(SKWa,SEFF6P,KW, 'spline'); %interp. verim KWinp=KW/eff; %giri aktif gc Iph=(KWinp*1000)/(6*V*pf); %giri akm P=6VIcos(fi) Ns=120*f/P; %motor hz RPM cinsinden ns=Ns/60; %motor hz RPS cinsinden C0=11*Kw*Bav*q*eff*pf*1e-3; %tangential kuvvet sabiti DsqL=(KW/(C0*ns)); %D^2.L deerinin hesab L1=sqrt((DsqL)/((0.135*P)^2)); %Toplam uzunluk deeri L=floor(L1*100)*10; %Uzunluun tamsayya yuvarlanmas Ls=(L-nvd*bvd); %sogutma iin ayrlan yuzeyin ana uzunluktan karlmas Li=ki*Ls; %Net iron core uzunluu D1=sqrt((DsqL)/(L/1000)); %motor i yarap belierlenmesi D=ceil(D1*100)*10; %EN YAKIN TAMSAYIYA i yarap yaklastrma PP=pi*D/P; %pitch faktor LbyPP=L/PP; %Uzunluk ve pole pitch oran 1 e yakn olmal %if(LbyPP2) % continue; %end; v=pi*D*ns/1000; %periphoral hz deeri %if (v
37
%---------STATOR SARGI HESABI---------------------% Tstrip=1.9; %iletken kalnl deeri tasarma gre deiebilir insS=0.5; %mm cinsinden iletken yaltm deeri ISO standard insW=3.4; %mm cinsinden iletken enine genilik Zsw=3; %iletken enine gre ileken says spp=2; %slot number per pole per phase Hw=4; HL=1; insH=6; %-------------Tablolar---------------------------------% SD=[0.1 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.75 1]; % metre cinsinde inner stator buyuk. SCDSW=[4 3.8 3.6 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5]; %Akm younluu tablosu B=[0.8 1.2 1.6 2 2.4]; %Ak younluu WpKg=[7 15 24 34 50]; %kaybn kg basna w cinsinden deeri %----------------------------------------------------------%
Tphi=V/(4.44*f*FI*Kw); %faz basna iletken dn says CDSW=interp1(SD,SCDSW,D/1000,'spline'); %interpola. ak younluu
As1=(Iph/CDSW); %letken alan S=spp*P*6; %Stator slot says Spitch=pi*D/S; %sarg adm %if (Spitch25) %sarg adm kontrol % continue; %end; Zphi=Tphi*2; %faz bana iletken says sph=S/6; %faz bana den oluk says Zs1=Zphi/sph; %slot bana iletken says Zs=ceil(Zs1); %tam sayya yuvarlama Tph=Zs*sph/2; %dzeltilmi dn says FI=V/(4.44*f*Tph*Kw); %dzeltilmi ak deeri Hstrip1=As1/Tstrip; %serit ykseklii Hstrip=ceil(Hstrip1*2)/2; %tam sayya yuvarlama WbyT=Hstrip/Tstrip; %ykseklik/genilik oran slotun %if (WbyT =3.5) %oran kontrol % continue; %end; As=0.967*Hstrip*Tstrip; %dzeltilmi konnektr/erit alan Ws=(Zsw*(Tstrip+insS)+insW); %slot genilii Zsh=Zs/Zsw; %No of conductors height-wise Hs=(Zsh*(Hstrip+insS)+Hw+HL+insH+2); %slot ykseklii D13=D+2/3*Hs; %Dia at 1/3 ht from tooth tip sp13=pi*D13/S; %D13 teki slot akl Wt13=sp13-Ws; %di genilii 1/3 teki ksmn B13=FI*P*1e6/(Li*Wt13*S); %1/3 luk solt aklndaki ak deeri Btmax=1.5*B13; %maksimum ak deeri Lmt=(2*L+2.3*PP+240)/1000; %metre cinsinden iletkenin dn miktar Rph=0.021*Lmt*Tph/As; %faz bana diren deeri Pcus=6*(Iph^2)*Rph; %6 faz iin kayp deeri Wcus=Lmt*Tph*3*As*8.9e-3; % bakr arl kg cinsinden Flc=FI/2; %i ksmdaki ak younluu Bc=1.35; %i ksmdaki beklenen ak deeri Ac=Flc*1e6/Bc; %area of core Hc=Ac/Li; %heigth of core DOl=D+2*(Hs+Hc); %i ksm d cap DO=ceil(DOl/10)*10; %yuvarlama en yakn ust tam sayya Hc=(DO-D)/2-Hs; %dzeltilmi i ksm yukseklii
PitpKg=interp1(B,WpKg,Btmax, 'spline'); %interploasyon demir kayb sbt
dilerde PicpKg=interp1(B,WpKg,Bc, 'spline'); %interpolasyon i ksmdaki demir
kayb sbt
38
Wt=Li*Wt13*S*Hs*7.8e-6; %i ksm (core ) arl Dmcs=D+2*Hs+Hc; %core ortalama yarap Wc=Ac*pi*Dmcs*7.8e-6; %bakr arl Pit=PitpKg*Wt; %dilerdeki demir kayb Pic=PicpKg*Wc; %i ksmdak demir kayb %--------------------------------------------------------------------% % ***************************** % % *Sincap Kafesi Rotor Hesab * % % ***************************** % % 28/02/2015 % % 03.41 % %--------------------------------------------------------------------% kwr=1; %rotor sarg faktr Zr=1; %iletken/slot orani cdb=6; %bara ak youunluu atamas dd=50; Brc=1.35; Tb=6; %mm cinsinden bara kalnl cde=6; %kselerdeki ak younluu deeri kws=Kw; %sarg datm faktoru rotor==stator Ss=S; %Stator slotlarna yeniden isim verme Lgl=0.2+ 2*sqrt(D*L/1e6); %hava aral hesab Lg=ceil(Lgl*100)/100; %hava aral yuvarlama Dr=D-2*Lg; %rotor ap belirleme dl=Ss-3*P; %d8 e kadar rotor slot says aadaki d2=Ss-P; %denklemlere eit olamaz Sr=Ss-9 seilir d3=Ss-2*P; d4=Ss-5*P; d5=Ss-1; d6=Ss-2; d7=Ss-7; d8=Ss-8; Sr=Ss-9; sp2=pi*Dr/Sr; %rotor oluk adm Ir=0.85*Iph; %rotor akm yaklak olarak stator akmnn %85idir Ib=Ir*kws*Ss*Zs/(kwr*Sr*Zr); %bara akm deeri Abi=Ib/cdb; %bara alan mm^2 cinsinden Wb=ceil(Abi/Tb); %bara genilii Ab=Tb*Wb*0.98; %alann dzeltilmi hali 0.98 yuvarlama iin Wsr=Tb+0.5; %rotor slot genilii Hsr=Wb+0.5; %rotor slot yukseklii Lb=L+50; %bara uzunluu Rb=0.021*Lb/1e3/Ab; %ohm cinsinden bara direnci Pcub=(Ib^2)*Rb*Sr; %bara bakr kayb Ie=((Ib*Sr)/(pi*P)); %end ring akm Ae=Ie/cde; %end ring alan Dme=Dr-dd; %ORTALAMa end ring ap Lme=pi*Dme/1000; %ortalama end ring uzunluu Re=0.021*Lme/Ae; %end ring direnci Pcue=2*(Ie^2)*Re; %2 tane end ring oluu iin end ring bakr kayb Pcur=Pcub+Pcue; %rotor toplam bakr kayb Rr=Pcur/(6*(Ir^2)); %rotor direnci edeeri Dr13=Dr-2*2/3*Hsr; %u noktadan 1/3 nc uzaklktaki rotor ap spr13=pi*Dr13/Sr; %rotor slot akl Wtr13=spr13-Wsr; %Dr13 teki di genilii Atr=Wtr13*Li*Sr/P; %Dr13 teki di alan Brt=FI*1e6/Atr; %diteki ak younluu Brtmax=Brt*1.5; %diteki maksimum ak younluu Ac=FI*1e6/2/Brc; %rotor core alan dcr=Ac/Li; %core derinlii Pfw=0.01*KW*1e3; %srtnme vantilasyon kayb yaklak %1 dir PnL=Pit+Pic+Pfw; %no load kayb Iw=PnL/(6*V);
39
Wcur=Lb*Sr*Ab*8.9e-6; Wcue=Lme*2*Ae*8.9e-3; %-----------------------------------------------------------% %-----------AmperTurns ve manyetizasyon Akm Hesab---------%
Bc=1.35; Wss0=4; Wsr0=2; BB= [0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8
1.9 2]; H=[50 65 70 80 90 100 110 120 150 180 220 295 400 580 1000 2400 5000 8900
15000 24000]; semilogx(H,BB); grid; xlabel('AT/m==>'); ylabel('flux denstiy(T)-->'); title('lowhys standardndaki metaller iin magnetizasyon egrisi');
%------carter sabiti hava aral iin-----% Ratio=[0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12]; %oran CC=[0 0.18 0.33 0.45 0.53 0.6 0.66 0.71 0.75 0.79 0.82 0.86 0.89]; %carter
sabitleri YARI KAPALI CC1=[0 0.14 0.27 0.37 0.44 0.5 0.54 0.58 0.62 0.65 0.68 0.69 0.7]; %CARTER
SABITI TAM ACIK plot(Ratio,CC,Ratio,CC1); grid; xlabel('Slot Akl/hava_aral-->'); ylabel( 'Carter Katsays-->'); title ('Slotlar iin Carter Katsays'); legend('Yarkapal', 'Acik'); semilogx(H,BB); grid; xlabel('AT/m-->'); ylabel('Flux density(T)-->'); title('Lowhys Stamping Steel iin
Mknatslanma Erisi'); atsc=interp1(BB,H,Bc, 'spline'); Dcav=D+2*Hs+Hc; %ortalama uzunluk stator ATSC=(pi*Dcav*atsc)/(P*6*1000); %amperturns STator Core iin Bt30=B13*1.36; %merkez kutuptan 30 derece sonraki ak yo. deeri(?) atst=interp1(BB,H,Bt30, 'spline'); %interpolasyon ATST=atst*Hs/1000 ; %Stator dilileri iin amper turns hesab ATS=ATSC+ATST; %stator toplam amperturns rat1=Wss0/Lg; k01=interp1(Ratio,CC,rat1, 'spline'); %carter sabiti kgs=Spitch/(Spitch-Wss0*k01);%stator slotlar iin aralk katsays rat2=Wsr0/Lg; %slot aral/hava aral orann verir k02=interp1(Ratio,CC,rat2, 'spline'); %karter sabiti iin interpolasyon spr0=pi*Dr/Sr;%rotor slot pitch hava aralna yakndr kgr=spr0/(spr0-Wsr0*k02); %rotor iin aralk katsays kg=kgs*kgr; %hava aral katsays Lgd=Lg*kg; %efektif hava aral rat3=bvd/Lg; % havalandrma kanal kv=interp1(Ratio,CC1,rat3, 'spline'); Ld=L-kv*nvd*bvd; %efektif eksenel uzunluk Aag=pi*D/P*Ld; %hava aral alan /Pole Bg=FI*1e6/Aag;%hava aral flux denstiy B30d=1.36*Bg; %hava aral ak younluu ATg=0.796*B30d*Lgd*1e3; %hava aral amperturns Btr30=Brt*1.36; %rotor dilerindeki ak younluu maks atrt=interp1(BB,H,Btr30, 'spline'); ATRT=atrt*Hsr/1e3; %amperturns rotor dileri atrc=interp1(BB,H,Brc, 'spline'); Dcrav=Dr-2*Hsr-dcr; %rotor ortlama ap
ATRC=pi*Dcrav/1e3/P/3*atrc; %amperturns rotor core ATR=ATRC+ATRT; %AT rotor ATT=ATS+ATR+ATg; %toplam AT
40
Im=(P/2*ATT/(1.17*Kw*Tph)/100);%MIKNATISLANMA AKIMI
I0=sqrt(Iw^2+Im^2); %YUKSUZ FAZ AKIMI pf0=Iw/I0; %YUKSUZ HALDE POWER FACTOR %----------------PROGRAM SONU-----------------------% %---------------DIZAYN DOSYASI----------------------% fprintf( '110 Kw 300V 6 FAZLI 50 Hz Sincap Kafesli Ind. Motoru
Tasarm\n'); fprintf('******************************************************************
'); fprintf('\nGR DEERLER:'); fprintf('\n----------------'); fprintf('\nParamatreler
Deerler ') fprintf('\nNominal(KW)
%5.1f',KW); fprintf('\nVOLT(V)
%5.0f',V); fprintf('\nKUTUP SAYISI
%5.0f',P); fprintf('\nInterpolasyondan gelen tablo deerleri
Bav=%5.3f,q=%5.0f,eff=%5.3f,pf=%5.3f',Bav,q,pf,eff); fprintf('\nHesaplama Sonuclar:'); fprintf('\n--------------------'); fprintf('\nParametreler
Deerler'); fprintf('\nk Katsays(C0)
%6.2f',C0); fprintf('\nSenkron Hz(devir/saniye)
%5.2f',ns); fprintf('\nDsqL
%5.4f',DsqL); fprintf('\nBrt Uzunluk(mm)
%5.1f',L); fprintf('\nNet Iron Uzunluu(mm)
%5.1f',Li); fprintf('\nStator ap(mm)
%5.1f',D); fprintf('\nevresel Hz(m/s)
%5.2f (Maksimum 30)',v); fprintf('\nKutup aral(mm)
%5.1f',PP); fprintf('\nUZUNLUK/Kutup Aral oran
%6.4f(1 e yakn olmal)',LbyPP); fprintf('\nSlot Says
%5.0f',S); fprintf('\nSlot aral
%5.0f',Spitch); fprintf('\nletken/Slot oran
%5.0f',Zs); fprintf('\nDn/FAZ
%5.0f',Tph); fprintf('\nFlux/Pole
%6.5f',FI); fprintf('\nFAZ Akm
%5.1f',Iph); fprintf('\nBare Strip (w*t)mm
%5.2fX%4.2f',Hstrip,Tstrip); fprintf('\nGenilik/yukseklik oran
%5.1f',WbyT); fprintf('\nletken Alan (mm^2)
%5.1f',As);
41
fprintf('\nAkim Yogunlugu(A /mm^2)
%5.1f',CDSW); fprintf('\nW/kg in interpolasyon deerleri Statordisler=%5.2f
fandcore=%5.2f',PitpKg,PicpKg); fprintf('\nSerit says(genilikxderinlik yn)
%4.0fX%2.0f',Zsw,Zsh); fprintf('\nSlot genisligi(mm)
%6.1f',Ws); fprintf('\nSlot Yuksekligi(mm)
%5.1f',Hs); fprintf('\nd(1/3),SP(1/3),Wt(1/3)(m)
%6.4f,%6.4f,%6.4f',D13,sp13,Wt13); fprintf('\nStatator Ak younluu(1/3)
%6.4f',B13); fprintf('\nStator Maksimum Ak Yogunlugu
%6.4f',B13*1.5); fprintf('\nortalama iletken donus uzunluu (m)
%6.3f',Lmt); fprintf('\nFaz basna direc degeri
%6.4f',Rph); fprintf('\nStator Core derinlii
%6.2f',Hc); fprintf('\nStator Dis capi(mm)
%6.1f',DO); fprintf('\nStator Bakr Kayb (W)
%6.1f',Pcus); fprintf('\nStator toplam agrlk kg
%6.2+%6.2f=%6.2f',Wt,Wc,Wt+Wc); fprintf('\nDemir Kayb Kayp=Diler+Core
%5.1f+%5.1f=%5.1f',Pit,Pic,Pit+Pic); fprintf('\n---------------------------ROTOR SONUCLAR-----------------------
------------------------------------'); fprintf('\nHava araligi uzunlugu(mm)
%6.4f',Lg); fprintf('\nRotor Capi(mm)
%6.1f',Dr); fprintf('\nHesaplanan Rotor Slot Sayisi
%3.0f',Sr); fprintf('\nRotor Slot pitch(mm)
%6.4f',sp2); fprintf('\nEsdeger Rotor Akimi(A)
%6.2f',Ir); fprintf('\nRotor bar akimi(A)
%6.1f',Ib); fprintf('\nRotor bar alan (mm^2)
%6.4f',Ab); fprintf('\nBara (mm)
%5.1fX%4.1f ',Wb,Tb); fprintf('\nRotor Oluklari
%5.1fX%4.1f ',Wsr,Hsr); fprintf('\nBar uzunlugu(m)
%5.3f',Lb); fprintf('\nDirenc/bar orani (m.ohm)
%6.1f',Rb*1e3); fprintf('\nRotor barasindaki kayiplar(W)
%6.1f',Pcub); fprintf('\nEnd Ring Akimi(A)
%6.1f',Ie); fprintf('\nEnd Ring Alani(mm^2)
%5.1f',Ae); fprintf('\nEnd Ring Direnci(Ohm)
%6.4f',Re*1e3);
42
fprintf('\nRotor Bakir Kaybi = Baralar+End.Rings=%5.1f+%5.1f=%5.1f
',Pcub,Pcue,Pcur); fprintf('\nEsdeger Rotor Direci (Ohm)
%6.3f',Rr); fprintf('\nRotor(1/3) slot aciklii(mm)
%5.1f',spr13); fprintf('\nRotor(1/3) dis aciklii(mm)
%5.1f',Wtr13); fprintf('\nRotor (1/3) aki yogunlugu(T)
%6.4f',Brt); fprintf('\nRotor maksimum aki yogunlugu(T)
%6.4f',Brt*1.5); fprintf('\nRotor Core derinligi
%5.2f',dcr); fprintf('\nYuksuz Kayip (W)
%5.3f',PnL); fprintf('\nYuksuz Akim (A)
%6.4f',Iw); fprintf('\n----------------------Miknatislanma Akim Hesabi-----------------
---------------'); fprintf('\nat/m cinsinden interpolasyon degerleri
Stcore:=%5.1fandTeeth=%5.1f',atsc,atst);
%6.4f',Brt); fprintf('\nKarter Sabiti interpolasyon Sonucu
Katsayilar:k01=%5.3f,k02=%5.3f,kv=%5.3f',k01,k02,kv); fprintf('\nStator AmperTurns :Core+Disler=
%5.1f+%5.1f=%5.1f',ATSC,ATST,ATS); fprintf('\nROTOR AmperTurns :Core+Disler=
%5.1f+%5.1f=%5.1f',ATRC,ATRT,ATR); fprintf('\nToplam AT:stator+rotor+hava
araligi=5.1f+%5.1f+%5.1f=%5.1f',ATS,ATR,ATg,ATT); fprintf('\nYuksuz Akim (A) Iw=%5.2f,Im=%5.2f ve Io=%5.2f at
pf=%5.3f',Iw,Im,I0,pf); %% % % PREFORMATTED % TEXT %
43
7 ASENKRON MOTOR STATOR OLUKLARI SARGI HESABI
Tm elektrik makinalarnda, geometrinin yan sra sarglarn nemi byktr. Sarg ekilleri ve
datmlar performans zerinde byk bir etkisi vardr. Bu almamzda simetrik stator oluk
sarglamas zerinde duracaz. Sarglama yaplrken temel ama, mknatslanma ak
younluu fonksiyonunun cosinusoidal bir eriyi takip edecek ekilde oluturulmasdr. Ak
balants, edeer hava aralna uygulandnda hava aralnda alternatif ak geii gzlenir.
ekil 8.1 de silindirik rotorlu bir senkron makinann rotor akm balants ve uyarma akmnn
izledii yol gsterilmitir.
ekil 7.1 iki kutuplu silindirik rotorlu senkron motorun ak deiimi, , oluk ierisindeki
iletken says ve , alan akmdr.
Oluk akl , ve oluk as , sarglamadaki temel parametrelerdir. Oluk akl metre
cinsinden, oluk akl elektriksel a cinsinden ifade edilir.
Q stator oluk saysn ve D motor i apn ifade etmektedir.
=
(8.1.1)
=p2
(8.1.2)
p, ift kutup saysdr.
44
7.1 Faz Sarglamas
ok fazl oluk sarglamas AC makinada dner bir alan retmektedir. Her faz kua motor
zerinde 180 elektriksel derece alan kaplamaktadr. Faz says istee gre belirlenmektedir, m
ile sembolize edilir.
Kutup akl ile sembolize edilmektedir.
=
2 (8.2.1)
Bir fazn kaplad blgeye faz blgesi denir. Kutup aklnn faz saysna blm ile elde
edilir.
=
(8.2.2)
Bir faz kuanda, kutup bana den oluk saysna q dersek;
q =
2 (8.2.3)
Yukardaki formller dikkate alnarak yaplan 3 fazl bir asenkron motorun sarglamas
aadaki gibi gereklemektedir.
1 18
A A -C -C B B -A -A C C -B -B A A -C -C B B
A A -C -C B B -A -A C C -B -B A A -C -C B B
19 36
Tablo 7.1.1 36 oluklu 6 kutuplu bir asenkron motorun tek katman 3 fazl sarglamas
Grld zere motor faz sarglamas asenkron motorlarda temel olarak bu ekilde
gerekleir.
ayet fazl makinada iki katman olarak faz sarglamamz gerekletirseydik. Tablo 8.2.2
deki gibi bir sarglama tercih edecektik.
45
ekil 7.2.2 36 oluklu 6 kutuplu 3 fazl bir asenkron motorun iki katmanl kaydrmal
simetrik olmayan sarglamas
Yukarda tabloda grld zere iki katmanl sarglama gerekletirilirken bir oluu ikinci
katmanda kaydrarak sarglama ilemini gerekletirmek motorda istenmeyen harmonik
torklarn nne geecektir. Daha dzgn bir tork rejimi ve sarsntsz alma elde edilecektir.
46
Alt fazl asenkron motorun stator faz sarglamas da yukardaki kriterler erevesinde
gerekletirilecektir.
ekil 7.2.3 6 fazl bir asenkron motorun faz kuann gsterimi
47
72 oluklu 6 fazl 6 kutuplu bir makinada her faz kuana kutup bana den oluk says
ikidir.
Bu bilgiler nda motorun sarglamas u sra ile gerekleir.
AAXXCCZZBBYY
Motor src A ile X fazlar arasnda altm derece yerine otuz derecelik bir faz fark brakrsa
torkta salnmlar daha dk gerekleecektir.
1 24
A A. X X C C Z Z B B Y Y A A X X C C Z Z B B Y Y
Tablo 7.2.3 Alt fazl motorun tek katmanl olarak 72 oluundan 1-24 oluklar aras sarglama
48
8 ASENKRON MOTORUN SONLU ELEMANLAR YNTEM LE
MODELLENMES VE VERMNN FAZLI MOTOR LE
KARILATIRILMASI
Analitik hesaplamalar sonucu elde edilen geometrik deerlerin sonlu elemanlar yntemi ile
Ansys Maxwell zerinden analizi gerekletirilmitir. Motorun stator oluk ekli yksek kalk
torku retebilmesi iin yamuk olarak modellenmitir. Rotor ksmnda oluklarn alanlarna gre
oluk ekli damla oluk ekli olarak modellenmitir.
49
Genel Motor Datalar
Kutup Says 6
Faz Says 6
Stator Oluk Says 72
Rotor Oluk Says 60
Hava Aral (mm) 0.796
Stator D Yarap (mm) 530
Stator Yarap (mm) 429.8
Hs0(mm) (stator) 1
Hs1(mm) (stator) 4
Hs2(mm) (stator) 22
Bs1(mm) (stator) 17.66
Bs2(mm) (stator) 15.46
Motor uzunluu (mm) 270
Hs0 (mm) (rotor) 1.5
Hs01(mm) (rotor) 0.5
Hs2(mm) (rotor) 18
Bs0(mm) (rotor) 0.5
Bs1(mm) (rotor) 16
Bs2(mm)(rotor) 2
Rotor ubuu U Uzunluu(mm) 30
End Ring Ykseklii (mm) 30
End Ring Genilii (mm) 40
50
a)Rotor Oluk ekli b)Stator Oluk ekli
ekil 8.1 Motor Tasarmnda Kullanlan Oluk ekilleri
ekil 8.2 Asenkron Motorun 1/6 snn grnm
51
Rmexpert Dizaynda gerekletirilen fazl motorun analiz sonular
Three-Phase Induction Machine Design
File: Setup2.res
GENERAL DATA
Given Output Power (kW): 110
Rated Voltage (V): 400
Winding Connection: Wye
Number of Poles: 6
Given Speed (rpm): 980
Frequency (Hz): 50
Stray Loss (W): 1100
Frictional Loss (W): 0
Windage Loss (W): 0
Operation Mode: Motor
Type of Load: Constant Power
Operating Temperature (C): 75
STATOR DATA
Number of Stator Slots: 72
Outer Diameter of Stator (mm): 530
Inner Diameter of Stator (mm): 429.8
Type of Stator Slot: 6
Stator Slot
52
hs0 (mm): 1
hs1 (mm): 4
hs2 (mm): 22
bs1 (mm): 17.66
bs2 (mm): 15.46
Top Tooth Width (mm): 3.29019
Bottom Tooth Width (mm): 5.64564
Length of Stator Core (mm): 270
Stacking Factor of Stator Core: 0.95
Type of Steel: steel_1008
Number of lamination sectors 1
Press board thickness (mm): 0
Magnetic press board No
Number of Parallel Branches: 3
Type of Coils: 10
Coil Pitch: 12
Number of Conductors per Slot: 16
Number of Wires per Conductor: 9
Limited Wires per Coil Side: 210
in width direction 10
in thickness direction 21
Wire Width (mm): 1.5
Wire Thickness (mm): 1.02
Wire Wrap Thickness (mm): 0
Wire Direction in Slot: Horizontal
Coil Wrap (mm): 0
53
Coil Width (mm): 15
Coil Height (mm): 21.42
Bottom Insulation (mm): 0
Wedge Thickness (mm): 0
Slot Liner Thickness (mm): 0
Layer Insulation (mm): 0
Slot Area (mm^2): 421.82
Slot Fill Factor (%): 64.7771
Wire Resistivity (ohm.mm^2/m): 0.0217
Conductor Length Adjustment (mm): 0
End Length Correction Factor 1
End Leakage Reactance Correction Factor 1
ROTOR DATA
Number of Rotor Slots: 60
Air Gap (mm): 0.8
Inner Diameter of Rotor (mm): 318.826
Type of Rotor Slot: 1
Rotor Slot
hs0 (mm): 1.5
hs01 (mm): 0.5
hs2 (mm): 18
bs0 (mm): 0.5
bs1 (mm): 16
54
bs2 (mm): 2
Cast Rotor: No
Half Slot: No
Length of Rotor (mm): 270
Stacking Factor of Rotor Core: 0.95
Type of Steel: steel_1008
Skew Width: 1.98
End Length of Bar (mm): 30
Height of End Ring (mm): 30
Width of End Ring (mm): 40
Resistivity of Rotor Bar
at 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0263158
Resistivity of Rotor Ring
at 75 Centigrade (ohm.mm^2/m): 0.0263158
Magnetic Shaft: Yes
MATERIAL CONSUMPTION
Armature Copper Density (kg/m^3): 8900
Rotor Bar Material Density (kg/m^3): 2689
Rotor Ring Material Density (kg/m^3): 2689
Armature Core Steel Density (kg/m^3): 7872
Rotor Core Steel Density (kg/m^3): 7872
Armature Copper Weight (kg): 74.29
Rotor Bar Material Weight (kg): 14.0879
55
Rotor Ring Material Weight (kg): 8.01251
Armature Core Steel Weight (kg): 91.1902
Rotor Core Steel Weight (kg): 97.5155
Total Net Weight (kg): 285.096
Armature Core Steel Consumption (kg): 280.672
Rotor Core Steel Consumption (kg): 292.951
RATED-LOAD OPERATION
Stator Resistance (ohm): 0.0478671
Stator Resistance at 20C (ohm): 0.0393745
Stator Leakage Reactance (ohm): 0.169255
Rotor Resistance (ohm): 0.0334098
Rotor Resistance at 20C (ohm): 0.0274823
Rotor Leakage Reactance (ohm): 0.203664
Resistance Corresponding to
Iron-Core Loss (ohm): 5.90893e+006
Magnetizing Reactance (ohm): 3.20436
Stator Phase Current (A): 210.833
Current Corresponding to
Iron-Core Loss (A): 3.44673e-005
Magnetizing Current (A): 63.5585
Rotor Phase Current (A): 189.35
Copper Loss of Stator Winding (W): 6383.14
56
Copper Loss of Rotor Winding (W): 3593.55
Iron-Core Loss (W): 0.0210593
Frictional and Windage Loss (W): 0
Stray Loss (W): 1100
Total Loss (W): 11076.7
Input Power (kW): 121.082
Output Power (kW): 110.005
Mechanical Shaft Torque (N.m): 1084.79
Efficiency (%): 90.8519
Power Factor: 0.821403
Rated Slip: 0.0316337
Rated Shaft Speed (rpm): 968.366
NO-LOAD OPERATION
No-Load Stator Resistance (ohm): 0.0478671
No-Load Stator Leakage Reactance (ohm): 0.169718
No-Load Rotor Resistance (ohm): 0.0334014
No-Load Rotor Leakage Reactance (ohm): 0.562203
No-Load Stator Phase Current (A): 68.4378
No-Load Iron-Core Loss (W): 0.0244167
No-Load Input Power (W): 1805.97
No-Load Power Factor: 0.0148892
No-Load Slip: 7.72308e-006
No-Load Shaft Speed (rpm): 999.992
57
BREAK-DOWN OPERATION
Break-Down Slip: 0.12
Break-Down Torque (N.m): 1968.15
Break-Down Torque Ratio: 1.81432
Break-Down Phase Current (A): 520.585
LOCKED-ROTOR OPERATION
Locked-Rotor Torque (N.m): 660.871
Locked-Rotor Phase Current (A): 779.046
Locked-Rotor Torque Ratio: 0.609217
Locked-Rotor Current Ratio: 3.69509
Locked-Rotor Stator Resistance (ohm): 0.0478671
Locked-Rotor Stator
Leakage Reactance (ohm): 0.159824
Locked-Rotor Rotor Resistance (ohm): 0.0411229
Locked-Rotor Rotor
Leakage Reactance (ohm): 0.12838
DETAILED DATA AT RATED OPERATION
Stator Slot Leakage Reactance (ohm): 0.0567947
Stator End-Winding Leakage
Reactance (ohm): 0.0964567
58
Stator Differential Leakage
Reactance (ohm): 0.0160035
Rotor Slot Leakage Reactance (ohm): 0.0916125
Rotor End-Winding Leakage
Reactance (ohm): 0.0320817
Rotor Differential Leakage
Reactance (ohm): 0.0289087
Skewing Leakage Reactance (ohm): 0.0510516
Stator Winding Factor: 0.957662
Stator-Teeth Flux Density (Tesla): 1.78543
Rotor-Teeth Flux Density (Tesla): 0.86809
Stator-Yoke Flux Density (Tesla): 1.27673
Rotor-Yoke Flux Density (Tesla): 0.158615
Air-Gap Flux Density (Tesla): 0.378641
Stator-Teeth Ampere Turns (A.T): 186.078
Rotor-Teeth Ampere Turns (A.T): 8.42097
Stator-Yoke Ampere Turns (A.T): 47.8996
Rotor-Yoke Ampere Turns (A.T): 3.58219
Air-Gap Ampere Turns (A.T): 1545.41
Correction Factor for Magnetic
Circuit Length of Stator Yoke: 0.5198
Correction Factor for Magnetic
Circuit Length of Rotor Yoke: 0.7
59
Saturation Factor for Teeth: 1.12586
Saturation Factor for Teeth & Yoke: 1.15917
Induced-Voltage Factor: 0.881895
Stator Current Density (A/mm^2): 5.93632
Specific Electric Loading (A/mm): 59.9588
Stator Thermal Load (A^2/mm^3): 355.935
Rotor Bar Current Density (A/mm^2): 4.3943
Rotor Ring Current Density (A/mm^2): 3.09111
Half-Turn Length of
Stator Winding (mm): 612.052
WINDING ARRANGEMENT
Angle per slot (elec. degrees): 15
Phase-A axis (elec. degrees): 112.5
First slot center (elec. degrees): 0
TRANSIENT FEA INPUT DATA
For one phase of the Stator Winding:
Number of Turns: 192
60
Parallel Branches: 3
Terminal Resistance (ohm): 0.0478671
End Leakage Inductance (H): 0.000307031
For Rotor End Ring Between Two Bars of One Side:
Equivalent Ring Resistance (ohm): 7.5431e-007
Equivalent Ring Inductance (H): 1.70161e-008
2D Equivalent Value:
Equivalent Model Depth (mm): 270
Equivalent Stator Stacking Factor: 0.95
Equivalent Rotor Stacking Factor: 0.95
Estimated Rotor Inertial Moment (kg m^2): 6.95096
61
ekil 8.3 Alt fazl asenkron motorun akmlarnn deiimi
62
ekil 8.4 Alt fazl asenkron motorun torkunun zamana bal deiimi
63
ekil 8.5 Motor Kayplarnn Zamana gre Deiimi
Transient alma karakteri tamamen motor sarg direnlerine ve sarg endktanslarna baldr.
Motoru 110 A seviyesinde sinusioidal akmla beslediimizde motor zerinde oluan kayplar
ekil 9.6 da gsterilmitir.
ekil 8.6 Motor 110 Amperlik akm kaynandan beslendiinde kayp deerleri(Dzenli
alma Rejimi)
64
ekil 8.7 Alt fazl motorun ak yollarnn 2 boyutlu olarak incelenmesi
65
ekil 8.8 Alt fazl motorun ak younluunun iki boyutlu olarak incelenmesi
66
9 SONULAR
Motor IEC standartlarna gre tasarlanm ve yksek verimlilik snf bir motor olarak IEEE
nin belirttii Premium efficiency IE3 kodlu etiket ve verim deerlerine sahiptir. Tasarm
srecinde temel ama bu verim snfn yakalamak ve hem elektrikli otobs hem de ar
koullara alabilmesi iin retmesi gereken tork miktarn elde etmektir. Ayn stator ve rotor
gvdesine sahip fazl ve alt fazl motorlarn sonlu elemanlar yntemi ve analitik hesaplama
yntemi ile elde edilen baz datalar tabloda ek olarak verilmitir.
DEERLER FAZLI ALTI FAZLI
Faz gerilimi 400 V 400 V
Maksimum Tork Kayma 0.1 0.1
Krlma Torku 3000 Nm 3000 Nm
Verim %90.8519 %96.54
Nominal Tork 1054 Nm 1054 Nm
Stator Dileri Ak Yo. 1.78 T 1.78 T
Hava Aral Ak Yo. 0.38641 T 0.38 T
Tasarm balangcnda belirtilen verim, tork ve g hedefleri tutturulmutur. Soutma sistemi
yaklak 3- 4 kW lk kayplardan dolay iyi bir tasarmla hava soutmal ya da sus soutmal
olarak tercih edilebilir.
Gelecekteki almalar ise motorun direk tork kontrolnn gerekletirilmesi ve sistemin
inverter tasarmlarnn gerekletirilmesidir.
67
KAYNAKA
[1] Vishnu Murty K M, "Computer Aided Design of Electric Machines , Bs Publications
2008, Romanya
[2] Pyrhonen J,Jokinen T,Hrabovcova V, Design of Rotating Electric Machines John
Wiley & Songs LTD,2008, Finlandiya
[3] Boldea I, Nasar A. S, Induction Motor Design Hand Book, Crc Press, 2010, New
York,USA
[4] Nanoty A,Chudsama A.R, "Control of Designed Developed Six Phase Induction
Motor", International Journal of Electromagnetics and Applications, 2(5)-77 84,
Hindistan
68
ZGEM
Ad Soyad LKER ZTRK
Doum Tarihi 01.02.1992
Lise 2006-2010 Baclar Osman Gazi Lisesi
Staj Yapt Yerler USKOM HABERLEME SSTEMLER A. ( 4 HAFTA)
top related