HAVACILIK UYGULAMALARI İÇİN YÜKSEK HIZLI VE YÜKSEK GÜÇ YOĞUNLUKLU EMNİYET KRİTİK SÜREKLİ MIKNATISLI SENKRON GENERATOR TASARIMI

Abstract

Bu çalışmada havacılık uygulamaları için emniyet kritik yüksek hızlı ve yüksek güç yoğunluklu sürekli mıknatıslı senkron generatör tasarımı yapılması hedeflenmiştir. Amaç, 4kW/kg güç yoğunluğunda ve 50000rpm hıza sahip, kısa devre akımına dayanıklı bir generatör tasarlamaktır. Makinanın ilk tasarımı analitik yöntemlerle hesaplanan boyutlara göre yapılmış, daha sonra tasarım elektromanyetik analiz programı ile analiz edilmiş ve tasarım modifikasyonları gerçekleştirilmiştir. Makinanın isterleri belirlenirken sektör de kullanılan bazı Turbojet motorlar incelenmiş ve bunlara yakın devir ve güçlerde isterler belirlenmiştir. Generator çıkışı bir tam köprü diyot yapısından geçerek pasif doğrultulacağı ve isterlerde belirtilen DC-DC dönüştürücü gerilim aralığında bir DC gerilim elde edileceği kabulüyle çalışılmıştır. Havacılık standartlarına uyum sağlayacak şekilde makinanın tasarım ve malzeme seçimi açısından makinanın emniyet kritik bir yapıda olduğundan emin olunmuştur. İlk tasarım sonuçları incelendikten sonra, makinanın güç yoğunluğu artırmak ve kısa devre akımını azaltmak için tasarımsal değişiklikler ve ağırlık azaltma çalışmaları yapılmıştır. Yeni tasarım ve ilk tasarımın sonuçları karşılaştırmalı olarak incelenmiş ve tasarım kriterlerine uyum sağlandığı gösterilmiştir.

Keywords

• Elektrik Makinaları
• Sürekli Mıknatıslı Generator
• Emniyet Kritik
• Hava Aracı Generatörü

DESIGN OF SAFETY CRITICAL HIGH POWER DENSITY AND HIGH SPEED PERMANENT MAGNET SYNCHRONOUS GENERATOR FOR AIRCRAFT APPLICATIONS

Abstract

In this study, it was aimed to carry out design of safety critical high speed and high power density permanent magnet synchronous generator for aircraft applications. The aim is to design a generator with a power density of 4kW/kg and a speed of 50000rpm that is resistant to short circuit current. The first design of the machine was made according to the dimensions calculated by analytical methods, then the design was analyzed with an electromagnetic analysis program and the design modification was carried out. While determining the requirements of the machine, some Turbojet engines used in the sector were examined and requirements were determined at speeds and powers close to these. The generator output is assumed to be passively rectified by passing through a full bridge diode structure and a DC voltage is obtained within the DC-DC converter voltage range specified in the requirements. In order to comply with aviation standards, it has been ensured that the machine is in a safety-critical structure in the design and material selection. After the initial design results were examined, design changes and weight reduction studies were carried out to increase the power density of the machine and reduce the short circuit current. The results of the new design and the initial design were comparatively examined and it was shown that the design criteria were met.

Keywords

• Electrical Machines
• Permanent Magnet Generator
• Safety Critical
• Aircraft Generator

References

1. A.Mitcham, J. (2002). Permanent magnet generator options for the More Electric Aircraft. 2002 International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (Conf. Publ. No. 487).
2. Echolds, E. (1983). Permanent-Magnet Motors and Generators for Aircraft. NASA. Lewis Research Center Aircraft Elect. Secondary Power.
3. Flur R. Ismagilov, V. V. (2017). Design, Optimization and Initial Testing of a High-Speed 5-kW Permanent Magnet Generator for Aerospace Application. Progress In Electromagnetics Research, 79, 225-240.
4. Geest, M. V. (2016). Design and Modeling of High Performance. elektrotechnisch ingenieur,Technische Universiteit Delft, Nederland,.
5. Kulan, M. C., Baker, N. J., & s.Turvey. (2018). Design and Analysis of a Fault Tolerant Permanent Magnet Alternator for Aerospace. XIII International Conference on Electrical Machines (ICEM).
6. Lin, S. W. (2021). Design of Aviation High Impedance Permanent Magnet Synchronous Generator. Ideas, 2021, 1-10.
7. P.Acarnley. (1988). Permanent magnet generators for aerospace applications. IEE Colloquium on Permanent Magnet Machines.
8. P.Arumugam, C. G. (2014). Permanent Magnet Starter-Generator for Aircraft Application. SAE Technical Papers.