YÜKSEK HIZ DÜŞÜK MOMENT UYGULAMALARI İÇİN TEK FAZLI FIRÇASIZ DOĞRU AKIM MOTORUNUN TASARIMI

Abstract

Dünyada birçok sektörün içerisinde bulunduğu rekabet ortamı, özellikle beyaz eşya üretim sektöründe, düşük maliyetli ve yüksek hızlı motor çözümlerine olan ihtiyacı artırmıştır. Bu nedenle yapılan çalışmada, düşük güç ve yüksek devir uygulamalarında kullanılabilecek düşük maliyetli tek fazlı bir fırçasız doğru akım (BLDC) motorunun tasarımı ve elektromanyetik analizi amaçlanmıştır. Enjeksiyonlu rotor yapısında manyetik akı yoğunluğunun daha düşük olması nedeniyle moment sınırlı kalmaktadır. Ancak enjeksiyonlu rotor yapısıyla tek fazlı BLDC motorlarda 100.000 dev/dk (rpm) gibi oldukça yüksek hızlara ulaşılabilmektedir. Bu motorun tek yönlü çalışan sistemlerde kullanılmasıyla verimli ve kararlı performans elde edilebilmektedir. Ayrıca bu yapıdaki motorların endüstrideki düşük moment-yüksek hız gerektiren uygulamalarda ekonomik bir alternatif olabileceği öngörülmektedir. Motorun elektromanyetik davranışı ANSYS Maxwell yazılımı ile analiz edilmiştir. Sürücü sistemindeki anahtarlama stratejisi FPGA destekli olarak Xilinx ISE yazılımıyla incelenmiştir. Ansys Maxwell Simülasyon sonuçlarından motorun hedeflenen hız değerine, moment değerine ulaşabildiği ve tasarım çıktılarını sağladığı ortaya konulmuştur. Motorun yalnızca tek yönde dönmeye elverişli olduğu ve ters yönde çalıştırılmak istendiğinde milin kilitlendiği, zorlanarak döndürülmesi durumunda ise sistemde vuruntulu hareket oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu tez çalışması, düşük moment ancak yüksek hızlı uygulamalarda kullanılabilecek, düşük maliyetli ve verimli bir motor tasarımının mümkün olduğunu ortaya koyarak, endüstriyel ve ev tipi cihazlar için alternatif bir çözüm sunmaktadır.

The competitive environment present across many industries worldwide has increased the need for low-cost and high-speed motor solutions, particularly in the white goods manufacturing sector. Therefore, in this study, the design and electromagnetic analysis of a low-cost single-phase brushless direct current (BLDC) motor that can be used in low-power and high-speed applications was targeted. Since the magnetic flux density is lower in an injected-rotor structure, the torque remains limited. However, with the injected-rotor configuration, extremely high speeds such as 100,000 revolutions per minute (rpm) can be achieved in single-phase BLDC motors. By using this motor in systems that operate in a single direction, efficient and stable performance can be obtained. In addition, it is foreseen that motors with this structure may be an economical alternative for industrial applications requiring low torque and high speed. The electromagnetic behavior of the motor was analyzed using ANSYS Maxwell software. The switching strategy in the driver system was examined with the support of FPGA using the Xilinx ISE software. The ANSYS Maxwell simulation results revealed that the motor was able to reach the targeted speed and torque values and met the design outputs. It was observed that the motor was suitable for rotation only in one direction, and when an attempt was made to operate it in the reverse direction, the shaft locked; furthermore, if forced to rotate, cogging-like jerky motion occurred in the system. This thesis demonstrates that it is possible to design a low-cost and efficient motor that can be used in applications requiring low torque yet high speed, thereby offering an alternative solution for industrial and household devices.