Pençe kutuplu senkron generatörlerin doğrusal olmayan yüklenme koşullarında performans analizi

Abstract

Pençe kutuplu senkron makine, düşük maliyeti, sağlam rotor yapısı ve imalat kolaylığı avantajlarından dolayı, içten yanmalı motorlu taşıtlarda uzun yıllardır generatör olarak kullanılmaktadır. Ayrıca aynı sebeplerle bu makine tipinin küçük güçlü rüzgar türbinlerine uygulamaları da literatürde mevcuttur. Bu tezde, ilk olarak, Ansys Maxwell ortamında sabit mıknatıslı pençe kutuplu senkron generatörün 3 boyutlu sonlu eleman modeli oluşturulmuştur. Daha sonra, bu model kullanılarak generatörün doğrusal ve doğrusal olmayan yükler altında terminal gerilimlerinin harmonik bozulma seviyeleri ve efektif değerleri, terminal akımlarının harmonik bozulma seviyeleri, kayıpları ve moment dalgalanması karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Son olarak, modellenen generatörün doğrusal olmayan yüklenme altında terminal gerilimi harmonik bozulma ve efektif değer seviyelerini, kayıplarını ve moment dalgalanmasını iyileştirmek için çeşitli düşük geçiren LC pasif harmonik filtre tasarımları yapılmıştır. Generatörün filtreli ve filtresiz durumlardaki performansı karşılaştırmalı olarak değerlendirilmiştir.

Claw pole synchronous machine has been used as a generator in internal combustion engine vehicles for a long time due to its some advantages as low cost, robust rotor structure and ease of fabrication. In addition, due to the same reasons, there are implementations of this machine type in small power wind turbines in the literature. In this thesis, firstly, the 3D finite element model of the permanent magnet claw pole synchronous generator was provided in Ansys Maxwell environment. And then, by using this model, the terminal voltages harmonic distortion levels and effective values, terminal currents harmonic distortion levels, losses and torque ripple of the generator under linear and non-linear loads were comparatively analysed. Finally, several low pass LC passive filters were designed to improve the terminal voltage harmonic distortion levels, terminal voltage effective values, losses and torque ripple of the modelled generator under non-linear loading. The performance of the generator with/without the filter were evaluated comparatively.