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

Durmuş Uygun; Yücel Çetinceviz

doi:10.29109/gujsc.391395

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

Öz

Bu çalışmada, yüzey yerleştirmeli kalıcı mıknatıslı senkron generatör tarafından üretilen tutma torkunu olası en aza indirgemek için stator nüvesinde gerçekleştirilen yapısal değişiklikler sunulmaktadır. Bu yapısal değişikliklerin tutma torku ve generatör performansı üzerine etkisi araştırılmış, 2B-3B sonlu elemanlar analiz (SEA) ve analitik sonuçları karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Tutma torkunun hesaplanması için gerekli olan hava aralığı akı yoğunluğunun elde edilmesinde manyetik eşdeğer devre ve bağıl geçirgenlik modeli kullanılmıştır. Hava aralığı ve mıknatıs bölgelerindeki manyetik alan öncelikle oluk etkisiz olarak hesaplanmış, daha sonra uygun bir şekilde olukların dâhil edilmesiyle elde edilen bir bağıl geçirgenlik fonksiyonu (düzeltme faktörü) dikkate alınarak tekrar ifade edilmiştir. Önerilen yapısal değişikliği ve analitik yöntemi uygulamak için, 4-kW, 24-kutuplu ve 72 oluklu radyal akılı makine tasarlanmış ve optimize edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kalıcı mıknatıslı senkron generatör,Tutma torku,Bağıl geçirgenlik

Kaynakça

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 permanent-magnet 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-mounted-PM machine. In Industry Applications Conference, 37th IAS Annual Meeting, USA, (2002) 2507-2513.
L. Dosiek, P. Pillay, Cogging torque reduction in permanent magnet machines. IEEE Transactions on industry applications, 43: 6 (2007) 1565-1571.
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.
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.
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. 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 permanent-magnet 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.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Mühendislik

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Durmuş Uygun
Kastamonu Üniversitesi
Türkiye

Yücel Çetinceviz ^*
Kastamonu Üniversitesi
0000-0001-6834-9442
Türkiye

Yayımlanma Tarihi

30 Eylül 2018

Gönderilme Tarihi

7 Şubat 2018

Kabul Tarihi

29 Mayıs 2018

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2018 Cilt: 6 Sayı: 3

DOI

https://doi.org/10.29109/gujsc.391395

IZ

https://izlik.org/JA63YT68ZU

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Uygun, D., & Çetinceviz, 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. https://doi.org/10.29109/gujsc.391395

Cited By

Elektrikli Sürme Sistemlerinin Gerçek Zamanlı Döngüde Donanımsal Benzetimi ve Kalıcı mıknatıslı Bir Senkron Motor Sürücü Uygulaması

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji

https://doi.org/10.29109/gujsc.581524

The Effects of Magnetic Circuit Geometry and Material Properties on Surface Mounted Permanent Magnet Synchronous Generator Performance

Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering

https://doi.org/10.17694/bajece.817766

Performance verification of novel rotor line start PMSM

Journal of Mechatronics and Artificial Intelligence in Engineering

https://doi.org/10.21595/jmai.2021.22219

Neutrosophic Fuzzy Logic Controller Based Speed Control of PMSM fed by Bidirectional Battery Charger with Buck-Boost MPPT

Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi Part C: Tasarım ve Teknoloji

https://doi.org/10.29109/gujsc.1072566