Design of synchronous reluctance machines with a wide speed range

Senkron relüktans makineleri (SenRM'ler), iyi güç yoğunluğu, düşük maliyeti ve yüksek verimliliği nedeniyle çekiş ve endüstriyel uygulamalar için iyi bir alternatiftir. Ancak, tek ikazlı yapıları nedeniyle yüksek tork dalgalanması, düşük güç faktörü ve düşük yüksek hız performansından muzdariptir. Bu zorlukların üstesinden gelmek için rotor geometrileri, düşük tork dalgalanması elde etmek için optimize edilmiştir ve daha yüksek güç faktörü ve daha iyi yüksek hız performansı elde etmek için akı bariyerlerine ferrit mıknatıslar yerleştirilmiştir. Bu tez, parametrik tarama ve optimizasyon yöntemini kullanarak geniş hız aralığına ve yüksek güç çıkışına sahip SenRM tasarlamak için bir metodoloji önermeyi amaçlamaktadır. Rotor tasarımının SenRM'lerin yüksek hız performansı üzerinde etkisi olduğu gözlemlenmiştir. Ancak optimize edilmiş makinenin maksimum gücü bile makinenin alan zayıflatma bölgesi genişledikçe keskin bir şekilde düşer. Ayrıca, bir SenRM'nin yüksek hız performansı söz konusu olduğunda, mekanik ve elektromanyetik tasarımların aynı anda gerçekleştirilmesi gerekir. Mekanik olarak sağlam bir rotor yapısı sağlamak için akı bariyerlerine radyal nervürler eklenmelidir ancak bu bağlantılar makinenin elektromanyetik performansında düşüşe neden olur. Bu nedenle, maksimum hız arttıkça akı bariyerlerindeki nervürlerin kalınlaşması gerektiğinden makinenin yüksek hız performansı daha da düşer. Bu bulgulara dayanarak, kabul edilebilir bir yüksek hız performansına ulaşmak için PM yardımının gerekli olduğu sonucuna varılmıştır. Bu nedenle, seçilen SenRM tasarımları için maksimum hızda tatmin edici bir çıkış gücüne ulaşmak için gereken mıknatıs miktarı belirlenir. Bu analizler hem ferrit hem NdFeB tipi sabit mıknatıslı malzemelerle yapılmakta olup, ferrit destekli SynRM tasarımının maliyetinin çok daha düşük olması nedeniyle uygun olduğu görülmüştür. Son olarak, bu çalışmada tasarlanan küçük ölçekli bir SenRM prototipinden alınan ölçümlerle analiz yöntemleri doğrulanmıştır.