YÜKSEK VE DÜŞÜK GÜÇLÜ BİR SENKRON MAKİNANIN SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

Abstract

Ülkemizde elektrik enerjisi tüketiminin 2023 yılında 385 TWh'e ulaşması beklenmektedir. Bu sayısal rakam, elektrik enerji ihtiyacının karşılanmasında çok önemli bir yere sahip olan senkron generatörler konusunda, önümüzdeki yıllarda da verimli üreteç çalışmalarının artarak devam edeceğini göstermektedir. Senkron generatörler, elektrik enerjisi üretiminde en yaygın kullanılan elektrik makinalarıdır. Senkron makinaların motor olarak kullanımları çok yaygın değildir. Sadece çok yüksek güç seviyelerinde kullanılırlar. Ancak kalıcı mıknatıs sektöründe oluşan kısıtlar, senkron motorların orta güç seviyelerinde kullanılabilmesi açısından yeni bir bakış açısı getirmiştir. Bu çalışmada, literatürde tasarımı diğer makinalar kadar incelenmemiş ve hem generatör ve hem de motor kullanım olanağı olan senkron makinaların, tasarım ve analiz aşamaları, adım adım (step by step) ortaya konulmuştur. Çalışmada; yüksek ve düşük güç için tasarımda kullanılan denklemler elde edilmiş, bu denklemler Matlab m.file koduna çevrilmiştir. Matlab ile elde edilen sonuçlar, Ansys Maxwell RMxprt çıktılarıyla karşılaştırılmış ve irdelenmiştir. Çalışmada son olarak; RMxprt çıktıları Ansys Maxwell 2D'ye aktarılmış ve yüksek güçlü bir senkron generatör için analiz sonuçları elde edilerek yorumlanmıştır. Ayrıca 1.5 kW lık bir senkron makinanın hem RMxprt, hem de Ansys Maxwell 2D analizleri motor ve generatör çalışma durumları için incelenmiştir.

Synchronous generators are the most widely used electrical machines in electrical energy generation. In 2023, the electricity consumption in our country is estimated to reach 385 TWh. This numerical value shows that the studies about the efficiency of the synchronous generators which have a very important place in supplying electrical energy demands will also increasingly continue in the upcoming years. Synchronous machines are not commonly used as motors. They are used only at very high power applications. However, the constraints in the permanent magnet sector have brought a new perspective in terms of using synchronous motors at medium power levels. In this study, the design and analysis stages of synchronous machines, which can be used both as a generator and as a motor and whose designs have not been studied as much as other machines in the literature, are presented step by step. The equations used in the designing of synchronous generator for high and low power applications were obtained, and these equations were converted Matlab m.file code. The results obtained with Matlab were compared with Ansys Maxwell RMxprt outputs and analyzed. Besides, the parameters calculated by RMxprt were transferred to Ansys Maxwell 2D and analysis results were obtained and interpreted for a high power synchronous generator. In addition, both RMxprt and Ansys Maxwell 2D analyzes of a 1.5 kW synchronous machine were examined for both motor and generator operating conditions.