Optimization of PMSM using halbach arraysto maximize motor efficiency
Halbach dizilimi kullanılan DMSM'da en yüksek verim için optimizasyon
- Tez No: 520233
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LALE ERGENE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektrik motorları, Enerji verimliliği, Parçacık sürü optimizasyonu, Sürekli mıknatıslar, Sürekli mıknatıslı senkron motorlar, Electric motors, Energy efficiency, Particle swarm optimization, Permanent magnets, Permanent magnet synchronous motors
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde artan nüfus ve hızlı sanayileşmenin getirileri ile beraber, enerjiye dair politiklar da değişmektedir. Artan ihtiyacı karşılamak adına birçok yeni üretim tesisi kurulmakta farklı yapılar ortaya çıkmaktadır. Her ne kadar yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı artsa da dünya genelinde enerji üretimi hala fosil kaynaklara bağımlı olarak devam etmekte ve artan tüketimle beraber, kömür, doğal gaz, petrol kullanımı karbondioksit salınımına bağlı kirliliği giderek artırmaktadır. Buna bağlı olarak enerjinin verimli ve çevresel üretimi ile beraber enerjinin hangi şekilde ve ne verimlilikte kullanıldığı da gittikçe önem kazanmaktadır. Dünyada enerji tüketimi incelendiğinde ise, tüketim raporlarına göre elektrik motorlarının ve motor sistemlerinin enerji kullanımda kapladığı büyük alan rahatça görülebilmektedir. Bu sebeple elektrik motorlarının verimi ve verimli kullanımı ön plana çıkmaktadır. Bugün dünya üzerinde alınan hükümet kararları ve standandartlara bağlı olarak elektrik motor verimlerini artırmaya yönelik çalışmalar devam etmektedir.Yapılan çalışmalar sonucunda, mıknatıslardaki akıyı yönlendirmede kullanılan, özel bi dizilim olan Halbach dizilimi 1973 yılında Mallinson tarafından ortaya konulmuştur. Dizilim normal mıknatıs diziliminden farklı olarak dikey ve yatay akı konumlandırmasına sahip mıknatısların farklı bir konfigürasyonla konumlandırılmasını içermektedir. Dikey ve yataya yönlendirmeye bağlı olarak mıknatısların konumlandırıldığı bölgede kalkanlanma etkisi denilen ve akıyı mıknatıs bölgesinin sadece bir yönünde yoğunlaştıran bir yapı elde edilmekte ve bu sayede akı yoğunlukları normal dizilimlerin sağlayabileceği değerlerin üzerinde değerlere ulaşabilmektedir. Halbach dizilimi ilk ortaya çıkışında; enerji depolama, kaset kayıt sistemleri ve parçacık hızlandırıcılar gibi temel yapılarda kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda, kalkanlanma etkisinden yararlanarak, dizilimin elektrik motorları için de kullanılabileceği ortaya konulmuştur. Halbach dizilimi günümüzde uzay, manyetik-levitasyon vb. birçok alanda farklı uygulamalar için kullanılmaktadır. Halbach diziliminin elektrik motorlarına dair kullanılması ile ilgili yapılan çalışmalar göstermektedir ki, akının yönlendirilmesi ile beraber aynı çalışma şartları altında, daha fazla çıkış gücü, moment ve verimlilik adına iyileşmeler yapılabilmektedir. Buna bağlı olarak motorlar için fiyat ve performans oranında iyileştirmeler yaparak katkı vermek mümkün hale gelmektedir. Tasarımsal değişikleri uygulamak için matematiksel analitik yöntemlerin yanında, bilgisayar tabanlı eniyileme yöntemleri de kullanılmaktadır. Günümüzde mühendislik problemlerinin çözümünde, doğa tabanlı parçacık sürü optimizasyonu, genetik algoritma, tavlama benzetimi, yapay arı kolonisi gibi birçok yöntem kullanılmaktadır. Sonuç olarak, Halbach diziliminin en iyi uygulama noktasında kullanımı; gerek manyetik özelliklerin en iyilenmesi, gerek yapısal yönden sağladığı faydalarla, verimliliğin ve enerji kullanımının artırılması adına birçok fayda sağlayabilmektedir. En iyilenmenin kullanılması ve yapısal özelliklerden faydalanarak daha hafif, ivmelenmesi daha kolay, aynı yük şartları altında daha yüksek verimli kısacası daha yüksek performanslı tasarımlar yapmak mümkündür.
Özet (Çeviri)
Permanent magnet synchronous motors are widely used in technological applications. Various permanent magnet synchronous motors are preferred for different type of purposes such as in home applications, military needs, air-space applications, automotive, health applications, etc. They can provide low cost solutions in high performance load needs depends on its durability, simple construction, control capacity and energy efficient structure.Because of the wide usage of electrical motors in both industrial and home applications, they are becoming integral part of technological applications. Efficient usage of energy sources and efficiency issues about industrial and home systems becoming more important day by day with growing energy demand of world population. As a result, goverment and world energy organizations began to use new standards and regulations to organise energy demand and usage of world. Energy consumption and energy classes of electrical motors became an important issue also for the energy regulations because of wide usage of electrical motors. Moreover, these regulations lead to motor designers to find out new methods about design issues for electrical motors.Halbach magnet array discovered by Mallinson in 1973, depends on his researhes about magnets and magnet based structures. Halbach magnet arrays were used in energy storage applications, accelarators and recorders at the beginning. After its structure is approved, they are applied in different fields like electrical motors. Moreover, optimizations problem based on analytical calculations started to use for best solutions in engineering problems to obtain optimum solutions, rather than empirical formulas. Optimization methods basically classify into mathematical optimization and metaheuristic optimization. Metaheuristic optimization methods like particle swarm optimization, genetic algorithm, artificial bee colony and etc. lead best solutions for engineering problem because of their nature based algorithms. In this research, Halbach array implementation is applied for a pump motor used in household applications. Particle swarm optimization and genetic algorithm are used to optimize the Halbach arrayed design. Finite element method and analytical calculations were used for the motor design. The designed motor is compared to the reference motor in terms of motor performance indicators such as magnetic flux results, efficiency, cost and weight. Results shows that, it is possible to enhance efficiency and output torque at same conditions with using optimized Halbach array as mentioned in the literature. All electrical and magnetic contributions and disadvantages of using Halbach array implemetation are evaluated in the thesis in detail.
Benzer Tezler
- Sirkülasyon pompası uygulamalarında kalıcı mıknatıslı senkron motorun vektör kontrolü ve EEI optimizasyonu
Vector control of pmsm in circulation pump application and an adaptive approach for EEI optimization
MUTULLAH EŞER
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. COŞKU KASNAKOĞLU
- Cogging torque and performance optimization of an interior permanent magnet synchronous motor used in commercial washing machines
Ticari çamaşır makinelerinde kullanılan gömülü daimi mıknatıslı senkron motorların tutunma momenti ve performans en uygunlaştırması
EGE ÜNLÜTEPE KESKİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
- Vector control of PMSM in washing machine application
Çamaşır makinesi uygulamasında SMSM?nin vektör kontrolü
SİNEM KARAKAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2011
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- Sabit mıknatıslı senkron motorun algılayıcısız hız kontrolünde parametre optimizasyonu
Parameter optimization in sensorless speed control of permanent magnet synchronous motor
ENGİN MERT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDüzce ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA DURSUN
- Sabit mıknatıslı senkron motorun gelişmiş kontrol stratejileri ile optimal kontrolü
Optimal control of permanent magnet synchronous motor (pmsm) with advanced control strategies
MOHAMAD IHSAN HAMMAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL KOYUNCU