60 oluklu asenkron motorlarda uzay harmoniklerinin etkilerinin azaltılması ve işletme başarımının artırılması

Son yıllarda enerji verimliliğin ön plana çıkması ve teknolojik gelişmeler neticesinde motor uygulamalarındaki çeşitliğin artması asenkron motorların performansını artırmaya yönelik çalışmaları beraberinde getirmiştir. Asenkron motorların elektriksel ve mekanik performansını artırmaya yönelik hem sürüş hem de tasarım tarafında pek çok iyileştirme çalışması yürütülmekledir. Elektronik teknolojisindeki gelişmelerle birlikte asenkron motorlar saf sinüs dalga şekliyle sürüşe imkân verip zaman harmoniklerinin genliklerini düşük seviyelere indirgemek mümkündür. Asenkron makinalarda zaman harmoniklerinin yanı sıra hava aralığı amper sarım dağılımı saf sinüs biçimli olmadığından dolayı uzay harmonikleri etkisini göstermektedir. Uzay harmonikleri direkt olarak hava aralığı ampersarım (MMF) dağılımı ile ilişkilidir. Ampersarım dağılımı makine uzayı boyunca stator oluk konumu ve ilgili oluk içerisinden akan akımın bir fonksiyonu olarak ortaya çıkar. Makine uzayı içerisindeki ampersarım dağılımını değiştirmek için yapısal değişiklikler gereklidir. Bu tez çalışmasında stator oluk konumlarının değiştirerek hava aralığı ampersarım dağılımı içerisindeki harmonikleri yok etmek amaçlanmıştır. Tez kapsamında Arçelik A.Ş. tarafından üretilen 90kW 2 kutuplu 48 oluklu IE2 verim sınıfı asenkron motor referans motor olarak incelenmiştir. Referans motorun analitik ve sonlu elemanlar analizi yapıldıktan sonra test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Tasarım çıktıları ile motor test sonuçlarının örtüştüğü ispatlanmıştır. Tasarımı ve performansı doğrulanmış olan 48 oluklu motorun rotor geometrisi sabit tutularak stator ve rotor akı yoğunlukları sabit kalmak kaydı ile q/2=5 60 oluklu 2 kutuplu klasik sargılı asenkron motor tasarımı yapılmıştır. 60 oluklu klasik sargılı referans motorun tasarımı sonlu elemanlar analizinde doğrulandıktan sonra referans motor parametrelerine göre 60oluklu 2 kutuplu uzay harmonikleri azaltılmış motorun tasarımı yapılmıştır. Harmonikleri azaltılmış makinenin tasarımı daha önce q/2=5 için ortaya konulan oluk konumları ve ampersarım dağılımı referans alınarak yapılmıştır. Kullanılan tasarım yönteminde belirtilen oluk konumları ve amper sarım dağılımına göre q/2=5 için 29.harmoniğe kadar bütün harmoniklerin etkilerinin sıfırlandığı bilinmektedir. Yapılan analizlerin sonuçları ve eşdeğer devre parametleri her üç makina için karşılaştırmalı olarak verilmiş olup analiz çıktılarına göre harmonikleri azaltılmış makinede elde edilen sonuçlar tatmin edicidir. Harmonik etkilerinin azaltılmasın neticesinde hava aralığında sinüse daha yakın bir MMF dağılımı elde edilmekle beraber rotor akımları iyileştirilmiştir. Rotor akımlarının azalması neticesiyle rotor iletken kayıplarında ciddi oranda iyileşme görülmüştür. Yok edilen harmoniklerin bozucu momentlerinin iyileştirilmesi sonucu yol alma karakteristiğinde iyileşme gözlemlenmiştir. Yapılan yeni sargı tasarımıyla beraber bobin adımları kısalmış olmakla beraber daha az bakır kullanımı neticeyle bakır kayıpları azalmış olup motor veriminde artış görülmüştür. Kullanılan bakır miktarının azalmasından dolayı motor maliyetinde iyileşme ve aynı zamanda verim artışı sayesinde anlık güç tüketimindeki azalma sayesinde ülke ekonomisine katkıda bulunulmuştur.