Geniş hız bölgesi olan senkron relüktans makinaların tasarlanması

Synchronous reluctance machines (SynRMs) are a good alternative for traction and industrial applications due to their good power density, low cost and high efficiency. However, they suffer from high torque ripple, low power factor and poor high speed performance due to their singly excited nature. To overcome these challenges, rotor geometries are optimized to get a low torque ripple and ferrite magnets are inserted in the flux barriers to get a higher power factor and a better high speed performance. This thesis aims to propose a methodology to design synchronous reluctance machine with a wide speed range with high power output by using parametric sweep and optimization methods. It is observed that rotor design has an effect on the high-speed performance of SynRMs. However, even the maximum power of the optimized machine decreases sharply as the field weakening region of the machine is extended. Moreover, when the high speed performance of a SynRM is concerned, mechanical and electromagnetic designs must be performed concurrently. To assure a mechanically robust rotor structure, radial ribs must be added to the flux barriers but these connections cause a decrease in the electromagnetic performance of the machine. So, the high speed performance of the machine decreases further as the ribs in the flux barriers must get thicker as the maximum speed is increased. Based on these findings, it is concluded that PM assistance is required to reach an acceptable high speed performance. Therefore, the amount of required PM material to reach a satisfactory output power at the maximum speed is determined for selected SynRM designs. These analysis is performed with both ferrite and NdFeB type permanent magnet materials, and ferrite assisted SynRM design is found to be favorable due to its much lower cost. Finally, the design and analysis methods are validated with the measurements taken from a small-scaled prototype SynRM that is designed in this study.Senkron relüktans makineleri (SenRM'ler), iyi güç yoğunluğu, düşük maliyeti ve yüksek verimliliği nedeniyle çekiş ve endüstriyel uygulamalar için iyi bir alternatiftir. Ancak, tek ikazlı yapıları nedeniyle yüksek tork dalgalanması, düşük güç faktörü ve düşük yüksek hız performansından muzdariptir. Bu zorlukların üstesinden gelmek için rotor geometrileri, düşük tork dalgalanması elde etmek için optimize edilmiştir ve daha yüksek güç faktörü ve daha iyi yüksek hız performansı elde etmek için akı bariyerlerine ferrit mıknatıslar yerleştirilmiştir. Bu tez, parametrik tarama ve optimizasyon yöntemini kullanarak geniş hız aralığına ve yüksek güç çıkışına sahip SenRM tasarlamak için bir metodoloji önermeyi amaçlamaktadır. Rotor tasarımının SenRM'lerin yüksek hız performansı üzerinde etkisi olduğu gözlemlenmiştir. Ancak optimize edilmiş makinenin maksimum gücü bile makinenin alan zayıflatma bölgesi genişledikçe keskin bir şekilde düşer. Ayrıca, bir SenRM'nin yüksek hız performansı söz konusu olduğunda, mekanik ve elektromanyetik tasarımların aynı anda gerçekleştirilmesi gerekir. Mekanik olarak sağlam bir rotor yapısı sağlamak için akı bariyerlerine radyal nervürler eklenmelidir ancak bu bağlantılar makinenin elektromanyetik performansında düşüşe neden olur. Bu nedenle, maksimum hız arttıkça akı bariyerlerindeki nervürlerin kalınlaşması gerektiğinden makinenin yüksek hız performansı daha da düşer. Bu bulgulara dayanarak, kabul edilebilir bir yüksek hız performansına ulaşmak için PM yardımının gerekli olduğu sonucuna varılmıştır. Bu nedenle, seçilen SenRM tasarımları için maksimum hızda tatmin edici bir çıkış gücüne ulaşmak için gereken mıknatıs miktarı belirlenir. Bu analizler hem ferrit hem NdFeB tipi sabit mıknatıslı malzemelerle yapılmakta olup, ferrit destekli SynRM tasarımının maliyetinin çok daha düşük olması nedeniyle uygun olduğu görülmüştür. Son olarak, bu çalışmada tasarlanan küçük ölçekli bir SenRM prototipinden alınan ölçümlerle analiz yöntemleri doğrulanmıştır.M.S. - Master of Scienc