SPEED® Yazılımı ile Sürekli Mıknatıslı DC ve AC Motor
advertisement
MDS Bülten - No 2 Şubat 14 SPEED® Yazılımı ile Sürekli Mıknatıslı DC ve AC Motor Analizi Yücel Demir, Metin Aydın S ürekli mıknatıslı (SM) DC ve AC elektrik motorları, günümüzde birçok alanda kullanılmaktadır. Veriminin yüksek olması, moment yoğunluğu ve moment/ağırlık oranlarının fırçalı ve asenkron motorlara göre fazla olması, küçük boyutlarda, yüksek hızlarda tasarlanabilmeleri, yüksek güç faktörleri bu motorların endüstriyel uygulamalarda çokça tercih edilmelerinin temel sebepleridir. Bu motorların tasarımı uzmanlık gerektir ve tasarımda modern yazılımlara ihtiyaç duyulur. Uygulamanın gereksinimleri doğrultusunda tasarımcının bir ön modelleme yapması ve motor fiziksel boyutlarını belirlemesi, mümkünse parametrik iyileştirme gibi çalışmaları tamamlaması gerekir. Sonlu Elemanlar Analizi (SEA) gibi analizler yapılmaksızın motor tasarımın sonlandırılamayacağı, çoğu durumda yapısal ve ısıl analizlerin de tamamlanması gerektiği göz önünde bulundurulmalıdır. Sürekli Mıknatıslı Motorlar Şekil 1’de radyel akılı sürekli mıknatıslı bir senkron motor kesiti gösterilmiştir. Bu tip motorların rotor yapısı silindir şeklinde olup, mile geçirilen rotor saclarının üzerine mıknatıslar yapıştırılarak üretilir. Stator ise silisli sac yapıdan oluşur ve AC sargılar stator oluklarına yerleştirilir. Oluk-kutup kombinasyonuna bağlı olarak statorda dağıtılmış ya da konsantre sargı gibi farklı tip sargılar kullanılabilir. Şekil 1. SM motor kesiti SPEED® yazılımı, içerisinde birçok motor türüne ait modülleri barındıran bir motor tasarım yazılımıdır. Ayrıca, farklı motor türlerine ait çok sayıda tasarım alternatifleri yazılımın içerisinde mevcuttur ve bu motorlardan tasarlanacak yapıya uygun olanının seçilip, istenen boyutlara göre parametrelerinin değiştirilmesi tasarımcıya oldukça zaman kazandırır. Manyetik modelleme sonucu elde edilen ön tasarım boyutları, Şekil 2’de yer alan sürekli mıknatıslı motor SM Motorların SPEED Yazılımı İle Modellenmesi Ön tasarımı manyetik eşdeğer devre tabanlı bir süreç sonucunda elde edilen motorun SPEED® yazılımı kullanılarak performans kontrolü yapılır ve tasarım için kritik parametrelerin iyileştirilmesi sağlanır. 1 Şekil 2. SPEED® yazılımında yer alan örnek tasarım seçeneklerinden bazıları Telif Hakkı © 2014 MDS Motor Ltd. Tüm Hakları Saklıdır. MDS Bülten - No 2 Şubat 14 . Şekil 3. SPEED® yazılımı grafik ara yüzü çıktısı (2 ve 3 boyutlu) Şekil 4. 550W sürekli mıknatıslı motor sargı yapısı ve diğer veriler örnek tasarımlardan uygun olanı seçildikten sonra kolay bir şekilde modellenir. Bunun yanında model üzerinde birçok değişiklik hızlı bir şekilde yapılabilmektedir. Kritik fiziksel parametrelerin ve malzemelerin motor performansına olan etkisi de rahatlıkla bu yazılım ile incelenebilmektedir. Yapılan tasarımın kullanıcıya görsel olarak sunulması, tasarımcıya fikir vermekte ve tasarım ile ilgili hataları bir hayli azaltmaktadır. Bu çalışmada kullanılan 550W çıkış gücünde sürekli mıknatıslı senkron motora ait SPEED® grafik ara yüzleri Şekil 3’de gösterilmiştir. Tasarıma ait geometrik boyut bilgileri girildikten sonra sargı yapısının modellenmesi için SPEED® sargı editörü kullanılır. Sargı editörü kullanılarak sarım sayısı optimizasyonu yapılabilmekte, sargı yapısı türü, seri ve paralel bobinler modellenebilmektedir. Ayrıca, stator tarafı alan dağılımı MMF, uzay harmoniklerinin dağılımı ve sargının dengeli ya da dengesiz olup olmadığı kolaylıkla görülebilmekte ve modellenebilmektedir (Şekil 4). Bunun yanında sargı harmonikleri ve sargı faktörü gibi kritik sargı parametreleri de sargı editörü sayesinde hesaplanabilmektedir. Şekil 5. Motorun fırçasız DC motor olarak sürülmesi ile elde edilen zıt-EMK, çıkış momenti ve besleme akım dalga şekillerinin değişimi 2 Telif Hakkı © 2014 MDS Motor Ltd. Tüm Hakları Saklıdır. MDS Bülten - No 2 Şubat 14 Şekil 6. Motorun özelleştirilmiş çıktıları ve detaylı tasarım dosyaları Daha sonra motoru oluşturan bileşenlerde kullanılan malzemeler için malzeme ataması SPEED® malzeme editörü ile yapılır. Veri tabanında yer alan malzemeler kullanılabileceği gibi, kullanıcı tarafından da yeni malzemeler de oluşturulup, atanabilir. Modellemenin son aşaması ise sürücü bilgileri ve DC bara gerilimi, motor hat akımı, motor hızı gibi verilerin yazılıma girilmesidir. Motor girişlerine uygulanacak gerilim ya da akım türü, dalga şeklinin sinüzoidal veya kare dalga mı olacağı bu aşamada belirlenir. Bilindiği gibi fırçasız DC ve fırçasız AC motor arasındaki temel fark akım besleme şeklidir. Motor yapıları arasında ciddi farklılıklar mevcut değildir. Şekil 5’de bu çalışmada kullanılan 550W’lık fırçasız sürekli mıknatıslı senkron motorun kare ve sinüzoidal dalga ile beslenmesi sonucunda elde edilen zıt EMK ve moment değişimleri gösterilmiştir. Ayrıca SPEED yazılımı özelleştirilmiş çıktıları ve detaylı tasarım dosyaları sayesinde (Şekil 6), motor manyetik eşdeğer devre parametreleri, motor kontrol verileri, statik ve dinamik tasarım verileri, motor kayıpları, ısıl veriler gibi bir çok çıktıyı görmeye imkan tanır. Bu motorun SPEED® yazılımı ile elde edilen momenthız, güç-hız ve verim-hız karakteristiği gibi performans bilgileri Şekil 7’de gösterilmiştir. Özet Bu çalışmada SPEED® yazılımı kullanılarak sürekli mıknatıslı bir motorun kolaylıkla modellenebileceği, performans kontrolünün yapılabileceği, Moment-hız karakteristiği gibi kritik eğrilerin elde edilebileceği gösterilmiştir. Oluşturulan modelin SEA ile doğrulanması gerektiği ise unutulmamalıdır. Şekil 7. Tasarlanan sürekli mıknatıslı motorun moment-hız, güç-hız ve verim-hız grafikleri 3 Telif Hakkı © 2014 MDS Motor Ltd. Tüm Hakları Saklıdır.
