Eksenel Akılı Sürekli Mıknatıslı Generatörlerde Mıknatıs Açısı ve Gruplama Tekniğinin Vuruntu Momenti Üzerine Etkisi

Abstract

"Günümüzde enerjiye olan ihtiyacın giderek artması, enerjinin üretim aşamasından başlayarak her alanda verimli olarak kullanılmasını gerektirmektedir. Eksenel akılı sürekli mıknatıslı generatörlerin kompakt yapısı, yüksek güç yoğunluğu, kullanım alanına uygun düşük boyut ve ağırlıkta tasarlanabilme olanağı, enerji kayıplarının azlığı gibi avantajları bulunmaktadır. Rotor ve stator, generatörleri oluşturan temel parçalar olup disk yapıya sahiptir. Tek rotor-tek stator yapılı, tek rotor-çift stator veya çift rotor-tek stator yapılı ve multi disk yapıda çoklu rotor-çoklu stator yapılı şekilde oluşmaktadır. Eksenel akılı sürekli mıknatıslı generatörlerin yapısındaki sürekli mıknatıslar ek uyartım ihtiyacını ortadan kaldırmakta ve verim üzerinde olumlu etki yaratmaktadır. Avantajlarının yanı sıra rotor ve stator etkileşimi sonucu meydana gelen vuruntu momenti bir dezavantaj oluşturmaktadır. Mıknatıslar aracılığıyla oluşan vuruntu momenti generatörde moment dalgalanması, gürültü ve titreşim meydana getirmektedir. Vuruntu momenti ile makine performansı ve verimliliği arasında önemli bir ilişki vardır. Vuruntu momentini azaltmak için rotor ve stator taraflarında kullanılan farklı teknikler mevcuttur. Stator tarafında kullanılan teknikler kaydırılmış oluklar, yardımcı oluklar ve farklı oluk aralıklarıdır. Bu yöntemler yüksek maliyet ve zorlu üretim koşulları nedeniyle yerini rotor tarafındaki tekniklere bırakmaktadır. Rotor tarafında mıknatıs açısı uygulanması (yerleştirme açı), rotorun kaydırılması ve mıknatıs gruplama tekniği uygulanabilecek yöntemlerdir. Bu çalışma ile eksenel akılı sürekli mıknatıslı generatörlerde mıknatıs açısının ve gruplama tekniğinin vuruntu momenti üzerine etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Mıknatıs açısı ve gruplama teknikleri birlikte kullanılarak hibrid bir yöntem önerilmiştir. Mıknatıslara gruplama ve yerleştirme açı verme teknikleri uygulanarak mıknatıslar 2'li, 4'lü 6'lı şekilde her grup arasında 30 derecelik açı olacak şekilde gruplama açısı belirlenmiş ve her dikdörtgen tip mıknatısa 0°'den 22°'ye kadar kendi ekseni etrafında yerleştirme açısı verilmiştir. Bu yöntemler ile tasarımın uygulanmasında hat akımı, hat gerilimi, akım harmoniği, gerilim harmoniği, çıkış gücü, verim ve vuruntu momenti değerleri deneysel olarak elde edilerek yorumlanmıştır. 3D Maxwell Sonlu Elemanlar Yöntemi ile optimum vuruntu momenti analizi yapılmıştır. Elde edilen değerler ışığında eksenel akılı sürekli mıknatıslı generatörde 2'li, 4'lü, 6'lı mıknatıs gruplamaları için optimum mıknatıs açısı belirlenmiştir. Mıknatıs gruplama sayısı ve mıknatıs yerleştirme açı derecesi arttıkça generatörün performansında iyileşme görülmüştür. Mıknatıs gruplaması arttıkça yerleştirme açı derecesinin azalarak optimum değerlerin elde edildiği görülmüştür. 2'li gruplama 16°, 4'lü gruplama 12°, 6'lı gruplama 8° de optimum mıknatıs yerleştirme açısı olduğu bulunmuştur. "

Increasing need for energy today requires energy to be used efficiently in every field starting from the production phase. "Axial Flux Permanent Magnet Generators" are frequently used in industrial workplaces. Axial flux permanent magnet generators have advantages such as compact structure, high power density, low size and weight that can be designed for use, and low energy losses. Rotor and stator are the basic parts that make up the generators and they have a disc structure. It consists of single rotor-single stator structure, single rotordouble stator or double rotor-single stator structure and multi-disc structure, multiple rotor-multiple stator structure. Permanent magnets in the structure of axial flux permanent magnet generators eliminate the need for additional stimulation and have a positive effect on efficiency. In addition to its advantages, the knock moment caused by the rotor and stator interaction creates a disadvantage. The knock moment generated by magnets creates moment fluctuation, noise and vibration in the generator. There is an important relationship between the knock moment and machine performance and efficiency. There are different techniques used on the rotor and stator sides to reduce the knock moment. Techniques used by the stator are shifted grooves, auxiliary grooves and different groove spacing.These methods are replaced by the techniques on the rotor side due to the high cost and difficult production conditions. Techniques used by the stator are shifted grooves, auxiliary grooves and different groove spacing. Applying magnet angle (slide) on the rotor side, shifting the rotor and magnet grouping are methods that can be applied. In this study, it is aimed to determine the effect of magnet angle and grouping technique on knock moment in axial flux permanent magnet generators. The application of magnet angle and grouping techniques together is the difference of the study. Magnets are grouped in a 2, 4, 6, and 30 degree angle between each group by applying grouping and skimming techniques, and each magnet is lost around its axis from 0° to 22°. In the application of the design with these methods, the values obtained by measuring the line current, line voltage, current harmonic, voltage harmonic, output power, efficiency and knock moment values are shown and interpreted graphically. Optimum knock moment analysis was performed by 3D Maxwell Finite Element Method. In the light of the obtained values, the optimum magnet angle has been determined for 2, 4 and 6 magnet groupings in the axial flux permanent magnet generator. As the number of magnet grouping and magnet slip degree increased, the performance of the generator was improved. As magnet grouping increases, it is seen that the degree of loss decreases and optimum values are obtained. It was found that optimum grouping angle of magnet was found in 2 grouping 16°, 4 grouping 12°, 6 grouping 8°.