DOĞRUSAL HAREKETLİ ASENKRON MOTORDA UÇ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

Transkript

1 DOĞRUSAL HAREKETLİ ASENKRON MOTORDA UÇ ETKİLERİNİN İNCELENMESİ Em ÖZKOPP Adm Sfa AKPINAR, Elktk-Elktnk Mühndlğ Bölümü Mühndlk Fakült Kaadnz Tknk Ünvt, 6080, Tabzn -pta: -pta: Anahta özcükl:dğual Haktl Mt,Uç Etk, LIM, Uç Etk Faktöü ABSTRACT Th pap pnt nvtgatn f nd ffct n a Lna Inductn Mt (LIM. LIM hav bn ud naly f 65 ya. Th a a lt f utlzatn plac f LIM. On f th bg dffnc btwn LIM and tadtnal nductn mt nd ffct. Th nd ffct affct faly LIM ffcncy by bad way. Whl a mathmatcal mdl f LIM btand, th nd ffct n LIM huld b takn accunt. Th nd ffct n fat LIM a bgg than th nd ffct n lw LIM.. GİRİŞ Yaklaşık 65 yıllık gçmş bulunan Dğual Haktl Mtla (DHM, tknljnn hızlı glşm v htyaçlaın faklı byutlaa kaymaı l hayatımızda kapladığı alan gün gç tkç atmaktadı. 890 lada dkuma tzgahının mkk üücü laak kullanılmış, 900 l 90 aaında tktl anaynd dğual haktl makn kullanımı büyük b anda atmıştı. Bunun n önml bplndn b bu tp maknanın daha ucuz lmaıydı. Bu tahl aaında dğual haktl maknala faklı uygulama alanlaında hayata gçlmy çalışılmış ama malytn fazla lmaı gb dzavantajlaının ağı bamaından dlayı tktl anaynd lduğu gb b lg duyulmamıştı. Günümüzd DHM lu tml atlamaktayız; tn, yüüyn mdvn, p alt, aanö, CD-m, kaldıaç, yazıcı, ftkp maknaı, bt...v.b. Bu yazının amacı, dğual haktl ankn mt (DHAM da uç tklnn nclnmd.. UÇ ETKİSİ DHAM laın pm v kndlnn uzunluklaı ınılıdı. Bu yüzdn dönn tp maknld taya çıkmayan, bazı bzucu tkl taya çıka. Bunladan b tan nn uç tk v byuna uç tkd. Bu uç tkl mt byunca manytk akı dağılımını bza. DHAM un gş kımındak uç tkl yükkt. Pmd luşan uç tk, hakt dğultuunda v h k uçta mydana gl. Pm tm tk l ükl b dğual hakt halndd. Bu hakt ıaında, kndn b kımı pm altına gkn, b kımı da pm tkndn uzaklaşmaktadı. Böylc pmn uç kıımlaındak knd bölglnd b akı dğşm luşu [5-8]. Günümüz kada DHAM lada uç tk üzn yapılan çalışmalaı şu şkld öztlyblz: Ga (986 v akadaşlaı, çft katlı tpk lvhalı Tk Yanlı Dğual Haktl Ankn Mt (TYDHAM un pfman habını yaptıla v byuna uç tkn haba kattıla. Byuna uç tknn habı çn döt yöntm taya kydula:. Uyatım v hakt dn alanlaın üppzynu yöntm.. İk uç tk dalgaı l yüüyn dalganın nkn hızda üppzynu yöntm. 3. TYDHAM un pydk dağılım vaayımı v Fu l blşk tam (uzay hamnklnn fad dlm yöntm.. T tüü şdğ dvnn tak mpdan kaşı düşn lkt mt kuvvtnn düznlnm yöntm. Sn tknk n y nucu vdğ, analtk v hapal laak n bat lduğunu öngödül []. Nnaka (987 v akadaşı, DHAM un uç tk haba katılaak Gnşltlmş Fu n dayanan, Uzay Hamnk Tknğn kullanaak Batlştlmş İk Byutlu Analz gçklştdl. Bu yöntm l uç tknn tm üznd luştuduğu duumun taya knulmaını batlştdğn vuguladıla []. Nnaka (987 v Hguch, TYDHAM un pm çkdğn, taaımında uç tkln azaltmak v knd tpk ayının malytn azaltmak çn uzun

2 da v nc taaladıla. Uç tknn nptn düşük hız uygulamalaında cdd lmadığı blttl. Eaında uç tkn azaltmak çn mt uzunluğu mümkün lduğunca uzun yapılmaı gktğn vuguladıla [3]. Fuukawa (987 v akadaşlaı, DHAM un Snlu Elmanla Mtdu l analz yaptıla. Yaptıklaı çalışmada, kayma dğ büyüdükç uç tknn azaldığını, küçüldükç attığını, böyllkl DHAM un hızı attıkça tm üznd uç tk atmakta, hızı azaldıkça uç tk azalmakta lduğunu taya kydula []. Fuj (999 v akadaşlaı, DHAM un analznn gçl lablm çn uç tkln haba katılmaı v Fu tknğ kullanılmaı l luştuulan agı düznnn (tknğnn dğulanmaı gktğn vuguladıla [5]. M (999 v akadaşlaı, DHAM pfmanının, uç tknn nüfuz tmndn dlayı azaldığını blttl. DHAM uç tklnn analznd Dalgacık dönüşüm tknğ v Fu kullandıla. DHAM un pm kımının nlu uzunlukta lmaı uç tkn taya çıkmaına bbyt vdğn öngödül [6]. Fuj (999 v Haada, mdvn tp DHAM da uç tknn fzkl lguu, yapılan yapıal özllğn kullanılmaı l knd taaftan gözlmldl. Tky v Oaka mtpl şhld y altı tmlnd DHAM laın kullanıldığı, bu tmld tm çalışıkn njn tüktmnn fazla lmaı b büyük un lduğu, yükk pfman ld dlblm çn uç tklnn azaltılmaı knulu çalışmalaın çk önml lduğunu, yapak tp kndl DHAM lada hava bşluğu çndk uç tk knuunda bçk makal çalışmaı yapıldığını blttl [7]. Ahn (000 v akadaşlaı, mt yapıından kaynaklanan tatk uç tk lguu l lgl analz l aldıla. Bu analzd, nlu lman bölgnd glm dnklml yn tatk uç tkndn tklnn pm akı bağıntıının haplanablcğn blttl [8]. Fuj (000 v Haada, DHAM un pm çkdğnn önün ylştlmş lan mıknatı tu, DHAM uç tkn tlaf dc (azaltıcı laak öndl. Uç tkn tkl b şkld kmpanz tmnn nj tüktmn n aza ndmd anahta luştuduğunu, ğ bu un çözülbl DHAM un yükk hızlada yaygın b şkld kullanılmaının ylu açılmış lacağını öngödül. D. Yamamua uç tklnn tadan kaldıılmaı çn öncdn b mtt önmş lduğunu, bu mtdun 70kVA v 00kVA kapatl tt chazlaında hm tk hm d uygulamada kullanılmış lduğunu v Yamamua mtdunda; tml aımın, uç tkn kmpanz dblcğn bltt. Küçük kaymalada, taalanan küçük uç tkl tm çn mıknatı tlu DHAM un tmnn %5 attığını vuguladıla [9]. Faz (000 v Jafa, mt taaımını v analzn zlaştıan byuna uç tknn v kna tknn bu tü maknln k önml lkt mkank lguu lduğunu, byuna uç tknn kamaşık v mt pfmanında tk ahb lduğu vuguladıla. Dğşk analz yöntmlnn taalanmış lduğu v bunlaın:. İk nknz v ttşml dalganın üppzynu,. Snknz v uç dalgalaının üppzynu, 3. Fu katman mtdu. lduğunu v üçüncü mtdun daha y nuçla vdğn blttl [0]. Malm (00 v akadaşlaı, İk Byutlu Snlu Elmanla Yöntm l şdğ dv paamtl haplanmakta lduğunu, Snlu Elmanla Yöntm; ld dln paamtl Duncan mdlnd kullanaak uç tknn haba katılmaı ağlandığını blttl. Duncan mdl l ld dln nuçlaın uç tkl dnyl nuçlala uyum çnd lduğunu öngödül []. Fuj (00 v akadaşlaı, DHAM u çn yn b uç tk kmpanatöü öndl v DHAM un çalışma kaymaı l gdap akımı adımının ayalanmadan adc DHAM un önünd DHAM fkanlı gdap akım nknzaynu ağlanmaıyla uç tknn knpanz dlmn amaçladıla. T, mıknatı tat tp v altnatf akım bbn kmpanatö tp mdll l analtk laak tyt dlmş v abt dönn hızlı v abt manyt mt kuvvtl bat mdl yn mıknatı tat taafından kmpanz dln kayma kaakttğnn daha düzgün lduğunu öngödül. DHAM y at uç tkl v uç tk kmpanz dlmşl tm, vm v akı dağılımlaını taya kydula []. Kang (003 v akadaşlaı, DHAM uç tklnn haba katılmadığı, dlayııyla DHAM mdlnn DÖHAM mdl l aynı lduğunu blttl. 8Hz dn düşük fkanlada uç tknn hmal dlblcğn öngödül [3]. Jamal (003, Dön Elktk Maknlnd v DHAM lada uç tkn ncld. Hakt yönünd dm çkdğn (tat, duan bölg ınılı uzunlukta lmaı DHAM da uç tknn bb lduğunu, knd dm çkdktn ayılıkn kndn çıkış knaında n çk uç tk mydana gldğn vuguladı []... k Uç Etk Faktöü Uç tk faktöü aşağıdak gb tanımlanabl. = E ( k c ωt ( k E = ( E k l lgl dnklm takımlaı ld Uç tk faktöü dblmk çn aşağıdak kabull yapılı. a. p kada mafdn na uç tk dalgaı tkn dğ laak ıfıdı. b. Bütün manytk v lktkl fadl zamanla dğşn nüzdal dğld.

3 c. ν a kada lan hızlada ( 0 ν ν uç tk dalgaı pmd glm ndüklmmktd. d. α v = lmtlnd gş ucu tk dalgaı nkn hızlı dalgayı yk tmktd.. H fazdan gçn akı mktaı aynıdı. Kabul (a, uç tk dalgaının x kn byunca z önümlnmn dayanmaktadı. Kabul (b d bltln fadl ağmn uygun dönüşüml yapılaak manytk v lktmt kuvvt gb dğl nüzdal lmayan fadl ld dlbl. Kabul (c, düşük hızlı DHAM lada uç tknn çk az tkl lacağını bltmktd. Kabul (d l b ını kşulu taya kyulmuştu. Kabul (, h fazda aynı lktmt kuvvtnn ndüklndğn vugulamaktadı. 3. YAPILAN İRDELEME B matmatkl mdl luştuulukn DHAM un nlu yapıı ndnyl taya çıkan uç tkl haba dahl dlmld. DHAM u dönm hakt yapan ankn mtdan ayıan n önml özllk lan uç tk, mtun pfmanı üznd ldukça tkld. Bu çalışmada, uç tk hava aalığında zayıflayaak önn b hava aalığı alanı laak dğlndlmş, bu hava aalığı alanı ndüktan laak bnztlmş v bu ndüktanla uygun mttla l haplanıp DHAM gçc çözüm mdln, dğşkn dğl b ndüktan laak katılmıştı. B DHAM un uç tk faktöü katılaak taya kyulan matmatkl mdlndn faydalanaak dğşk hızlada DHAM un çalışma kaakttğn ld dlbl. Uç Etkn çn şdğ dv aşağıda vlmşt. Uç tk dalgaı çn uç tk faktöü, k w n( m n( wc n( mq = (3 q Buada kullanılan kutup adım aalığı v α tk maf Yamamua taafından bulunan fadl l bllnbl. = Y ( ρ g α = ρ gx (5 ωμ ( ( c(0.5 tan ( g ωρ X = + (6 ρ g ρ g μ ν ωμ ( ( n(0.5tan ( g ωρ Y = + (7 ρ g ρ g Şkl. DHAM un uç tkn çn şdğ dv Stm paamtl aşağıda vlmşt. R = 7. Ω, X = 9, 6 Ω, X = 0 Ω, R =.68Ω Z = 6.55 Ω, Vg( faz faz = 60 V, m= 8 kg, = 0.099m f = 50Hz DAHM un uç tk faktöü haba katılaak ld dln matmatkl mdl at dnklml aşağıda vlmşt. Eld dln tm paamt dğl bltln matmatkl mdl çnd kullanılaak ld dln nuçla aşağıdak şklld götlmşt. ( ω L M V M ML V q q d M ( ω d V LLω L LM V M d = dt q LL M M ML V L M LL( V ω ω q d d LM V M M ω LL ( ω V L L 0 M 0 Vq 0 L 0 M V d + LL M 0 L 0 V M q 0 M 0 L Vd

4 Şkl. DHAM un nkn hızla dönn d-q kn tmnd I q akımının zamanla dğşm Şkl 6. DHAM un nkn hızla dönn d-q kn tmnd tmnn zamanla dğşm Şkl 3. DHAM un nkn hızla dönn d-q kn tmnd I d akımının zamanla dğşm Şkl 7. DHAM un nkn hızla dönn d-q kn tmnd hızın zamanla dğşm Şkl. DHAM un nkn hızla dönn d-q kn tmnd I q akımının zamanla dğşm Şkl 8. DHAM un nkn hızla dönn d-q kn tmnd tmnn hıza bağlı dğşm.. DEĞERLENDİRME Aaştıma v dnyl nucunda uç tknn DHAM pfmanı üznd dkkat dğ lumuzluklaı lduğu özllkl d yükk hızlı DHAM laın pfmanlaını lumuz yönd tkldğ vugulanmıştı. Şkl 5. DHAM un nkn hızla dönn d-q kn tmnd I d akımının zamanla dğşm DHAM un pfmanına v kaakttğn t dn kutup ayıı, hava aalığı gnşlğ, fkan, knd dnc v kutup aaı açıklı gb bçk faktö aynı zamanda uç tkyl lgld:. Kutup ayıının çk lmaı zaalı uç tknn daha fazla tkn lduğu kayama aalığını daaltı.. Yükk knd dnc gş uç tk dalgaının yayılma mafn bza.

5 3. Büyük hava aalığı, gş uç tk dalgaının yayılma mafn azaltaak zaalı uç tkn hafflt. Ancak büyük hava aalığı, uç tk lmayan mtun pfmanı bza.. Hava aalığı gnşlğ v knd yüzy dnc aynı kaaktd lup uç tkn aynı anda t dl. 5. Güç kaynağının daha yükk fkanlada lmaı uç tk dalgaının yayılma mafn azaltı. Böylc mpdanın atıp pfmanın azalmaına ağmn zaalı uç tk haffl. Yukaıda vln maddl yükk hızlı DHAM ladak uç tkn haffltmy yönlk tdbl lup uç tk altında lmayan nmal mt pfmanını azaltı. Bu bpl uygun mt taaımı yapılmalıdı. KAYNAKLAR [] Jack F. Ga, Gaham E. Dawn, Anthny R. Eatham, Pfmanc Calculatn f Sngl-Sdd Lna Inductn Mt wth a Dubl-Lay Ractn Ral Und Cntant Cunt Exctatn, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. Mag-, N., pp.5-6, Januay 986. [] S. Nnaka, N. Fuj, Sımplfd Tw- Dmnnal Analy f Lna Inductn Mt, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. Mag-3, N. 5, pp.83-83, Sptmb 987. [3] S. Nnaka, T. Hguch, Elmnt f Lna Indutn Mt Dgn f Uban Tant, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. Mag-3, N. 5, pp , Sptmb 987. [] Tatuya Fuukawa, Kkch Ogawa, Sakuta Nnaka, Fnt Elmnt Analy f Eddy Cunt Pblm Subjct t Cnvctv Dffun Equatn, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. Mag-3, N. 5, pp , Sptmb 987. [5] Nbu Fuj, Maah Fujtak, Tw- Dmnnal Dv Chaacttc by Ccula- Shapd Mt, IEEE Tanactn n Induty Applcatn, Vl. 35, N., pp , July/Augut 999. [6] Yhhk M, Suumu T, Dak Ebhaa, End Effct Analy f Lna Inductn Mt Bad n th Wavlt Tanfm Tchnqu, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. 35, N. 5, pp , Sptmb 999. [7] N. Fuj, T. Haada, A Nw Vwpnt f End Effct f Lna Inductn Mt fm Scnday Sd n Ladd Typ Mdl, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. 35, N. 5, pp.00-0, Sptmb 999. [8] Sung Chan Ahn, J., Jung H L, Dng Sk Hyun, Dynamc Chaacttc Analy f LIM Ung Cupld FEM and Cntl Algthm, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. 36, N., pp , July 000. [9] N. Fuj, T. Haada, Bac Cndatn f End Effct Cmpnat f Lna Inductn Mt f Tant, /00/$0.00/000 IEEE. [0] Jawad Faz, H. Jafa, Accuat Mdlng f Sngl-Sdd Lna Inductn Mt Cnd End Effct and Equvalnt Thckn, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. 36, N. 5, pp , Sptmb 000. [] M. Malm, A. Dud, J. S. Mghan, Obtanng th Opatng Chaacttc f Lna Inductn Mt: A Nw Appach, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. 38, N., pp , Mach 00. [] N. Fuj, T. Kayauga, T. Hh, Smpl End Effct Cmpnat f Lna Inductn Mt, IEEE Tanactn n Magntc, Vl. 38, N. 5, pp , Sptmb 00. [3] Guba Kang, Junha Km, Kwangh Nam, Paamt Etmatn Schm f Lw-Spd Lna Inductn Mt Havng Dffnt Lakag Inductanc, IEEE Tanactn n Indutal Elctnc n Indutal Elctnc, Vl. 50, N., pp , Augut 003. [] Jan Jamal, End Effct n Lna Inductn and Rtatng Elctcal Machn, IEEE Tanactn n Engy Cnvn, Vl. 8, N. 3, pp. 0-7, Sptmb 003. [5] Ga, J. F., Lna Inductn Dv, Clandn P, Oxfd, 99. [6] Naa, S. A. v Blda, I., Lna Mt: Thy, Dgn and Pactcal Applcatn, Pntc- Hall, Inc., Nw Jy, 987. [7] Naa, S. A. v Blda, Lna Mtn Elctc Machn, Jhn Wly&Sn, ISBN , 976. [8] Lathwat, E. R., Lna Elctc Mt, Mll&Bn Lmtd, Lndn, 97.