Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması

Durmuş UYGUN, (Ege Dinamik Elektromekanik Enerji ve Robot Sistemleri A.Ş)
Yücel ÇETİNCEVİZ (Kastamonu Üniversitesi)
Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji
3 0
Yıl: 2018 Cilt: 6 Sayı: 3 Sayfa Aralığı: 605 - 620 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.29109/gujsc.391395 İndeks Tarihi: 25-02-2020

Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması

Öz:
Bu çalışmada, yüzey yerleştirmeli kalıcı mıknatıslı senkron generatörde meydana gelen tutmatorkunu azaltmak için stator nüvesinde gerçekleştirilen yapısal değişiklikler sunulmaktadır. Buyapısal değişikliklerin tutma torku ve generatör performansı üzerine etkisi araştırılmış, 2B-3Bsonlu elemanlar analiz (SEA) ve analitik sonuçları karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Tutmatorkunun hesaplanması için gerekli olan hava aralığı akı yoğunluğunun elde edilmesindemanyetik eşdeğer devre ve bağıl geçirgenlik modeli kullanılmıştır. Hava aralığı ve mıknatısbölgelerindeki manyetik alan öncelikle oluk etkisiz olarak hesaplanmış, daha sonra uygun birşekilde olukların dâhil edilmesiyle elde edilen bir bağıl geçirgenlik fonksiyonu (düzeltmefaktörü) dikkate alınarak tekrar ifade edilmiştir. Önerilen yapısal değişikliği ve analitik yöntemiuygulamak için, 4-kW, 24-kutuplu ve 72 oluklu radyal akılı makine tasarlanmış ve optimizeedilmiştir.
Anahtar Kelime:

Stator Configuration for Cogging Torque Minimization of Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Generators

Öz:
In this study, we present the structural changes in the stator core to reduce the cogging torque in a surface-mounted permanent magnet synchronous generators. The effect of these structural changes on cogging torque and generator performance has been investigated, 2D-3D finite element analysis (FEA) and analytical results have been given comparatively. The magnetic equivalent circuit and the relative permeability models have been used to obtain the airgap flux density required for the calculation of cogging torque. Airgap and magnetic field in the magnet area have been firstly calculated as slotless effect and then re-expressed taking into account a relative permeability function (correction factor) obtained by appropriately adding slots. A 4- kW, 24-pole, 72-slot radial-flux machine has been designed and optimized to implement the proposed structural change and analytical method.
Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
  • L. Dosiek, P. Pillay, Cogging torque reduction in permanent magnet machines. IEEE Transactions on industry applications, 43: 6 (2007) 1565-1571.
  • D. Wang, X. Wang, S. Y. Jung, Cogging torque minimization and torque ripple suppression in surface-mounted permanent magnet synchronous machines using different magnet widths. IEEE Transactions on Magnetics, 49: 5 (2013) 2295-2298.
  • E. Muljadi, J. Green, Cogging torque reduction in a permanent magnet wind turbine generatör. In ASME 2002 Wind Energy Symposium, American Society of Mechanical Engineers, USA, (2002) 340-342.
  • S. J. Arand, M. Ardebili, Multi-objective design and prototyping of a low cogging torque axial-flux PM generator with segmented stator for small-scale direct-drive wind turbines. IET Electric Power Applications, 10: 9 (2016) 889-899.
  • D. R. McIntosh, Skewing For Both Cogging Torque Components In Permanent Magnet Machines. Proceedings of the COMSOL Conference, Boston, (2010) 1-5.
  • N. Bianchi, S. Bolognani, Design techniques for reducing the cogging torque in surface-mounted PM motors. IEEE Transactions on Industry Applications, 38: 5 (2002) 1259-1265.
  • W. Fei, P. C. K. Luk, A new technique of cogging torque suppression in direct-drive permanentmagnet brushless machines. IEEE Transactions on Industry Applications, 46: 4 (2010) 1332-1340.
  • Z. Q. Zhu, D. Howe, Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines. IEEE Transactions on energy conversion, 15: 4 (2000) 407-412.
  • A. B. Proca, A. Keyhani, A. El-Antably, W. Lu, M. Dai, Analytical model for permanent magnet motors with surface mounted magnets. IEEE transactions on energy conversion, 18: 3 (2003) 386-391.
  • T. L. Tiang, D. Ishak, M. K. M. Jamil, Complete subdomain model for surface-mounted permanent magnet machines. In Energy Conversion (CENCON), (2014) 140-145.
  • Y. Zhou, H. Li, G. Meng, S. Zhou, Q. Cao, Analytical Calculation of Magnetic Field and Cogging Torque in Surface-Mounted Permanent-Magnet Machines Accounting for Any Eccentric Rotor Shape. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62: 6 (2015) 3438-3447.
  • B. Ackermann, R. Sottek, Analytical modeling of the cogging torque in permanent magnet motors. Electrical Engineering (Archiv fur Elektrotechnik), 78: 2 (1995) 117-125.
  • Z. Q. Zhu, L. J. Wu, Z. P. Xia, Z.P., “An accurate subdomain model for magnetic field computation in slotted surface-mounted permanent-magnet machines”, IEEE Transactions on Magnetics, 46(4): 1100-1115 (2010).
  • A. Bellara, Y. Amara, G. Barakat, B. Dakyo, Two-dimensional exact analytical solution of armature reaction field in slotted surface mounted PM radial flux synchronous machines. IEEE Transactions on Magnetics, 45: 10 (2009) 4534-4538.
  • Z. Q. Zhu, D. Howe, E. Bolte, B. Ackermann, Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet DC motors. I. Open-circuit field. IEEE transactions on magnetics, 29: 1 (1993) 124-135.
  • Y. Zhou, H. Li, W. Wang, Q Cao, S. Zhou, Improved Method for Calculating Magnetic Field of Surface-Mounted Permanent Magnet Machines Accounting for Slots and Eccentric Magnet Pole. Journal of Electrical Engineering & Technology, 10: 3 (2015) 1025-1034.
  • Z. J. Liu, J. T. Li, Analytical solution of air-gap field in permanent-magnet motors taking into account the effect of pole transition over slots. IEEE Transactions on Magnetics, 43: 10 (2007) 3872- 3883.
  • H. K. Yeo, D. K. Woo, D. K. Lim, J. S. Ro, H. K. Jung, Analysis of a surface-mounted permanentmagnet machine with overhang structure by using a novel equivalent magnetic circuit model. Journal of Electrical Engineering & Technology, 9: 6 (2014) 1960-1966.
  • R. Qu, T. A. Lipo, Analysis and modeling of airgap & zigzag leakage fluxes in a surface-mountedPM machine. In Industry Applications Conference, 37th IAS Annual Meeting, USA, (2002) 2507- 2513.
  • X. F. Ding, G. L. Liu, H. Guo, H. Bai, A 3-D Magnetic Equivalent Circuit of an Axial-Flux MEMS Micromotor. Applied Superconductivity and Electromagnetic Devices, China, (2016).
  • Z. Q. Zhu, Y. Pang, D. Howe, S. Iwasaki, R. Deodhar, A. Pride, Analysis of electromagnetic performance of flux-switching permanent-magnet machines by nonlinear adaptive lumped parameter magnetic circuit model. IEEE Transactions on magnetics, 41: 11 (2005) 4277-4287.
  • Z. Q. Zhu, D. Howe, Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet DC motors. III. Effect of stator slotting. IEEE transactions on magnetics, 29: 1 (1993) 143-151.
  • D. Zarko, D. Ban, T. A. Lipo, Analytical solution for cogging torque in surface permanent-magnet motors using conformal mapping”, IEEE Transactions on Magnetics, 44: 1 (2008) 52-65.
  • D. Zarko, D. Ban, T. A. Lipo, Analytical calculation of magnetic field distribution in the slotted air gap of a surface permanent-magnet motor using complex relative air-gap permeance. IEEE Transactions on Magnetics, 42: 7 (2006) 1828-1837.
  • M. Markovic, M. Jufer, Y. Perriard, Reducing the cogging torque in brushless dc motors by using conformal mappings. IEEE transactions on magnetics, 40: 2 (2004) 451-455.
  • R. Rabinovici, Magnetic field analysis of permanent magnet motors. IEEE transactions on magnetics, 32: 1 (1996) 265-269.
  • A. Jabbari, Design optimization of a permanent magnet brushless generator for a gearless wind türbine. In Renewable Energy & Distributed Generation (ICREDG), (2016) 56-62.
  • J. F. Gieras, Permenant Magnet Motor Technology Desing And Applications. CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group, USA, (2010) 172-205.
  • D. Hanselman, Brushless permanent magnet motor design. Magna Physics Publishing, Lebanon, (2006) 151-181.
  • J. R. Hendershot, T. J. Miller, Design of brushless permanent-magnet motors. Magna Physics Publishing, New York, (1994) 94-200.
  • J. G. Wanjiku, Design of an axial-flux generator for a small-scale wind electrolysis plant. Diss. University of Cape Town, (2010).
  • C. Y. Hsiao, S. N. Yeh, J. C. Hwang, Design of high performance permanent-magnet synchronous wind generators. Energies, 7: 11 (2014) 7105-7124.
  • Z. Q. Zhu, D. Howe, Analytical prediction of the cogging torque in radial-field permanent magnet brushless motors. IEEE transactions on magnetics, 28: 2 (1992) 1371-1374.
  • Z.Q. Zhu, D. Howe, C.C. Chan, Improved analytical model for predicting the magnetic field distribution in brushless permanent-magnet machines. IEEE Transactions on Magnetics, 38: 1 (2002) 229-238.
  • Y. Cetinceviz, D. Uygun, H. Demirel, Optimal Design and Verification of a PM Synchronous Generator For Wind Turbines. International Journal of Renewable Energy Research (IJRER), 7: 3 (2017) 1324-1332.
  • J. F. Gieras, Analytical approach to cogging torque calculation of PM brushless motors. IEEE Transactions on Industry Applications, 40: 5 (2004) 1310-1316.
  • E. Yıldırız, M. T. Aydemir, Küçük Güçlü Bir Rüzgâr Jeneratöründe Kullanım İçin Eksenel Akılı Bir Sürekli Mıknatıslı Motorun Analizi, Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi. Gazi Üniversitesi MühendislikMimarlık Fakültesi Dergisi 24: 3 (2009) 525-531.
APA UYGUN D, ÇETİNCEVİZ Y (2018). Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. , 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
Chicago UYGUN Durmuş,ÇETİNCEVİZ YÜCEL Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. (2018): 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
MLA UYGUN Durmuş,ÇETİNCEVİZ YÜCEL Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. , 2018, ss.605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
AMA UYGUN D,ÇETİNCEVİZ Y Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. . 2018; 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
Vancouver UYGUN D,ÇETİNCEVİZ Y Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. . 2018; 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
IEEE UYGUN D,ÇETİNCEVİZ Y "Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması." , ss.605 - 620, 2018. 10.29109/gujsc.391395
ISNAD UYGUN, Durmuş - ÇETİNCEVİZ, YÜCEL. "Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması". (2018), 605-620. https://doi.org/10.29109/gujsc.391395
APA UYGUN D, ÇETİNCEVİZ Y (2018). Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6(3), 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
Chicago UYGUN Durmuş,ÇETİNCEVİZ YÜCEL Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 6, no.3 (2018): 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
MLA UYGUN Durmuş,ÇETİNCEVİZ YÜCEL Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, vol.6, no.3, 2018, ss.605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
AMA UYGUN D,ÇETİNCEVİZ Y Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2018; 6(3): 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
Vancouver UYGUN D,ÇETİNCEVİZ Y Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji. 2018; 6(3): 605 - 620. 10.29109/gujsc.391395
IEEE UYGUN D,ÇETİNCEVİZ Y "Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması." Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji, 6, ss.605 - 620, 2018. 10.29109/gujsc.391395
ISNAD UYGUN, Durmuş - ÇETİNCEVİZ, YÜCEL. "Yüzey Yerleştirmeli Kalıcı Mıknatıslı Senkron Generatörlerin Tutma Torkunun Azaltılması İçin Stator Yapılandırması". Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji 6/3 (2018), 605-620. https://doi.org/10.29109/gujsc.391395
Sayfa Oluşturulma Tarihi
23-04-2024 10:33

İLETİŞİM

TÜBİTAK ULAKBİM TR Dizin

Yüzüncüyıl, İşçi Blokları Mahallesi

Muhsin Yazıcıoğlu Caddesi No:51/C

06530 Çankaya / ANKARA +90 (312) 298 92 00

trdizin@tubitak.gov.tr

TÜBİTAK ULAKBİM Ulusal Akademik Ağ ve Bilgi Merkezi Cahit Arf Bilgi Merkezi © Tüm Hakları Saklıdır. Gizlilik Politikası Kullanım Şartları