15 Şubat 2012 Çarşamba

RELÜKTANS MOTORUN YAPISI VE ÇALIŞMA ŞEKLİ

RELÜKTANS MOTORUN YAPISI VE ÇALIŞMA ŞEKLİ

Anahtarlamalı relüktans makinası (Switched Reluctance Machine, SRM) ilkkez İskoçyada 1838 yılında Dawidson tarafından bir lokomotifi hareketettirmek için kullanılmıştır. 1920' lerde ise C.L.Walker tarafından bugünkü ARM' lerin özelliklerini taşıyan bir adım motoru icad edilmiştir.1971 ve 1972 de Bedford ve Hoft rotor konumuna eş zamanlı olarak statorsargı akımlarını anahtarlayarak bu günkü modern ARM'lerinşekillenmesini sağlamışlardır. Ayrıca rotor ve stator kutupgeometrileri ve güç elektroniği çevirici yapıları üzerine dearaştırmalarda bulunmuşlardır. Avrupa'da anahtarlamalı relüktansmotorlarının ticari bir önem kazanması Byrne ve Lawrenson tarafındansağlanmıştır. Ayrıca SRDL (Switched Reluctance Drives Ltd.) tarafındanyapılan çeşitli çalışmalar 80'lerin başında bu makineye olan ilgiyiarttırmıştır. SRDL'nin ilk lisanslı üreticilerinden olan Tasc Drives(bu gün Oulton Drives adını almıştır), endüstriyel uygulamalar içingücü 4kW ile 80kW arasında ARM tahrik sistemleri gerçekleştirmiştir.Günümüzde imalatının basit ve ucuz olması ve çevirici güç elektroniğidevresinde diğer kollektörsüz makinalara oranla daha az anahtarlamaelemanına ihtiyaç duyulması gibi üstünlükleri sayesinde değişken hızlıtahrik sistemi uygulamalarında pay sahibi olmaya başlamıştır.
1 ARM de Enerjİ Dönüşümünün Prensİplerİ

Şekil 1 de 6/4 kutuplu bir ARM kesiti gösterilmiştir. Motor üç fazlıdırve her fazda karşılıklı stator kutuplarına sarılmış, akıları birbirinidestekleyecek yönde bağlanmış iki bobin bulunmaktadır (bir faza aitsargılar gösterilmiştir). Bu bağlantı seri veya paralel olarakyapılabilir. ARM'de bazı rotor konumlarının özel tanımları vardır.Aşağıda bu temel konumlar ve gerekli açıklamalar bulunmaktadır
Şekil1 6/4 Kutuplu ARM'nin kesiti
1.1 Yüzyüze (Aligned) Konum
Rotor kutuplarından birisi stator kutuplarından bir tanesiyle tamolarak karşı karşıya geldiğinde bu durum ilgili faz için yüzyüze(aligned) konum olarak tanımlanır.(Şekil 2). Rotor bu konumdaykenyüzyüze bulunduğu stator kutup sargılarından akım akıtılması halindebir moment üretilmez.
Şekil 2 Rotorun yüzyüze konumu
Rotor'un yüzyüze konumda bulunduğu stator kutbunun sargılarından akımakıtılıken rotor döndürülerek yüzyüze konumdan uzaklaştırılırsa (şekil3), tekrar bu konuma döndürücü yönde bir moment meydana gelecektir.Yüzyüze konumda magnetik relüktansın en küçük değerinde olmasınedeniyle relüktans ile ters orantılı olan faz endüktansı en büyükdeğerini alır. Düşük akı seviyelerinde relüktansın nerede ise tamamıhava aralığında ortaya çıkar. Ancak karşılıklı iki kutbu birbirinebağlayan stator boyunduruğunun oluşturduğu uzun magnetik yolda daönemli ölçüde magnetomotor kuvvet tüketilir bu da yüzyüze konumdakiendüktansı azaltıcı bir etki yapar.
Şekil 3 Rotorun yüzyüze konumdan uzaklaştırılması

1.2 Ortalanmış (Unaligned) Konum

Bir stator kutbu ile ardarda dizilmiş iki rotor kutbunun radyaleksenlerinin açıortaylarının çakıştığı Şekil 4 de gösterilen konumaortalanmış (unaligned) konum adı verilir. Rotorun bu konumunda damoment üretilmez. Eğer rotor ortalanmış konumdan bir miktaruzaklaştırılısa rotoru yüzyüze konuma getirmek üzere bir moment meydanagelecektir. Ortalanmış konum, rotorun kararsız bir durumudur. Bukonumda faz endüktansı en küçük değerini almaktadır. Bunun sebebi rotorve stator arasındaki büyük hava aralığından dolayı relüktansın en büyükdeğerinde olmasıdır. Hava aralığının relüktansı, çelik malzemeninkinegöre çok büyüktür.
Şekil 4 Rotorun ortalanmış konumu

Ortalanmış konumdaki mıknatıslanma eğrisinde yüzyüze konumdakininaksine belirgin bir doyma etkisi görülmez. Bunun sebebi ortalanmışkonumda büyük miktarda kaçak akıların meydana çıkmasıdır. Şekil 5 degösterilen ortalanmış ve yüzyüze konumlara ait mıknatıslanma eğrileriyüksek akı seviyelerinde birbirlerine yakınsarlar ancak asla kesişmezler

Şekil 5 Mıknatıslanma eğrileri

1.3 Rotorun Ara Konumları

Rotor'un ortalanmış ve yüzyüze konumlar arasındaki konumları içinortaya çıkan mıknatıslanma eğrileri yüzyüze ve ortalanmış konumlarınmıknatıslanma eğrilerinin arasında yer alır. Mıknatıslanma eğrileriARM'nin momentinin hesaplanmasında, sargı ve saç paketlerininboyutlandırılmasında kullanılan önemli bir parametredir. Fazendüktansının değeri rotor konumu ve faz akımına bağlı olarak büyükmiktarda değişim göstermektedir. Anahtarlamalı relüktans motorununteorisinde yer alan en anlamlı iki endüktans değeri, doymasız durumdayüzyüze konumdaki faz endüktansı değeri (La0) ve yine doymasız haldeortalanmış konumdaki faz endüktans (Lu0) değeridir. Eğer (y , gerçekakı değeri olmak üzere) faz endüktansı y /i şeklinde tanımlanırsa,rotor konumuna bağlı olarak değişim gösteren bir endüktans eğrisi eldeedilir. Şekil 6 da akım parametre seçilerek elde edilen eğri takımıgösterilmiştir
Şekil 6 Faz endüktansının rotor konumuna göre değişimi

1.4 Ani Moment

Stator fazlarından birinden akım akmaya başladığında, o faz ile birrotor kutbunun yüzyüze konumda olmaması koşuluyla rotor üzerinde birmoment meydana gelir. Bu moment, rotoru relüktansın azaldığı diğer birdeğişle faz endüktansının arttığı yöne doğru döndürmeye çalışır.Hareket, endüktansın en büyük değerini aldığı konuma kadar devam eder.Bu olay stator akımının yönünden bağımsız olarak ortaya çıkar. Moment,rotoru daima en yakın yüzyüze konuma doğru hareket ettirecek yöndedir.Pozitif moment (motor çalışma) ancak ortalanmış konum ile bir sonrakiyüzyüze konum arasındaki rotor pozisyonlarında üretilebilir. Diğer birdeyişle makina faz endüktansının büyüdüğü yönde pozitif momentüretebilmektedir. Eğer rotor faz endüktansının büyüdüğü yönün aksinedönüyorsa moment işaret değiştirir. Bu durum ise frenleme veyageneratör çalışmaya karşılık düşer. Doymanın ihmal edilmesi halindeoluşturulan momentin ani değeri,



i: faz akımı

L: faz endüktansı

@: dönüş açısı olmak üzere (1) ifadesinde verilmiştir.

(1)

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder

Lütfen Adınızı Ve Soyadınızı Yazınız..