t.c. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... ·...

65
T.C. MARMARA ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ MEKATRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON MOTORLARDA) VERİMLİLİK ANALİZİNİN ARAŞTIRILMASI ELİF ÇİÇEK NESRİN ALTUNBOĞA RUMEYSA ALGÜL YRD. DOÇ. DR. ABDURRAHMAN ÖZTÜRK İSTANBUL, 2016

Upload: nguyentruc

Post on 02-Aug-2018

224 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

TC

MARMARA UumlNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ

MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml

ELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON

MOTORLARDA) VERİMLİLİK ANALİZİNİN

ARAŞTIRILMASI

ELİF CcedilİCcedilEK

NESRİN ALTUNBOĞA

RUMEYSA ALGUumlL

YRD DOCcedil DR ABDURRAHMAN OumlZTUumlRK

İSTANBUL 2016

ii

TC

MARMARA UumlNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ

MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml

ELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON

MOTORLARDA) VERİMLİLİK ANALİZİNİN

ARAŞTIRILMASI

ELİF CcedilİCcedilEK

(140110016)

NESRİN ALTUNBOĞA

(171210030)

RUMEYSA ALGUumlL

(171310002)

YRD DOCcedil DR ABDURRAHMAN OumlZTUumlRK

İSTANBUL 2016

iii

MARMARA UumlNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ

MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuuml

Oumlğrencileri Elif CcedilİCcedilEK Nesrin ALTUNBOĞA ve Rumeysa ALGUumlLrsquo uumln

ldquoELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON MOTORLARDA)

VERİMLİLİK ANALİZİNİN ARAŞTIRILMASIrdquo başlıklı bitirme projesi

ccedilalışması 16062016 tarihinde sunulmuş ve juumlri uumlyeleri tarafından başarılı

bulunmuştur

Juumlri Uumlyeleri

Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRK (Danışman)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Prof Dr Haluk KUumlCcedilUumlK (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Doccedil Dr Sezgin ERSOY (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Yrd Doccedil Dr Huumlseyin YUumlCE (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

i

OumlNSOumlZ

ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo

adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği

Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır

Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli

asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen

değişimler incelenmiştir

Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu

ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını

esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten

teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz

Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve

Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz

HAZİRAN 2016

Elif CcedilİCcedilEK

Nesrin ALTUNBOĞA

Rumeysa ALGUumlL

ii

İCcedilİNDEKİLER

OumlNSOumlZ i

İCcedilİNDEKİLER ii

OumlZET v

SEMBOLLER LİSTESİ vi

KISALTMALAR LİSTESİ vii

ŞEKİLLER LİSTESİ viii

TABLO LİSTESİ x

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2

13 ELEKTRİK MOTORU 2

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ 3

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5

151 Mevzuat 7

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9

161 Verim 9

162 Kayıplar 10

1621 Demir Kayıpları 10

1622 Bakır Kayıpları 10

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11

21 ASENKRON MOTORLAR 11

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12

221 Stator 12

iii

222 Rotor 13

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14

231 Doumlner Alan 14

232 Senkron Hız 15

233 Kayma 16

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18

26 FANLAR 21

261 Genel Bilgiler 21

262 Fan Ccedileşitleri 21

2621 Eksenel Fanlar 21

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25

32 ANSYS PROGRAMI 26

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27

331 Geometri 28

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30

333 Sınır Şartları 34

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35

34 YENİ FAN TASARIMI 37

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37

342 Fan Tasarım Parametreleri 37

iv

3421 Geometri 40

3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40

3423 Ccediloumlzuumlm 41

3423 Sonuccedillar 43

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44

3431 Geometri 44

3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47

BOumlLUumlM 5 EKLER 48

KAYNAKCcedilA 49

OumlZGECcedilMİŞLER 50

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 2: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

ii

TC

MARMARA UumlNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ

MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml

ELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON

MOTORLARDA) VERİMLİLİK ANALİZİNİN

ARAŞTIRILMASI

ELİF CcedilİCcedilEK

(140110016)

NESRİN ALTUNBOĞA

(171210030)

RUMEYSA ALGUumlL

(171310002)

YRD DOCcedil DR ABDURRAHMAN OumlZTUumlRK

İSTANBUL 2016

iii

MARMARA UumlNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ

MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuuml

Oumlğrencileri Elif CcedilİCcedilEK Nesrin ALTUNBOĞA ve Rumeysa ALGUumlLrsquo uumln

ldquoELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON MOTORLARDA)

VERİMLİLİK ANALİZİNİN ARAŞTIRILMASIrdquo başlıklı bitirme projesi

ccedilalışması 16062016 tarihinde sunulmuş ve juumlri uumlyeleri tarafından başarılı

bulunmuştur

Juumlri Uumlyeleri

Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRK (Danışman)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Prof Dr Haluk KUumlCcedilUumlK (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Doccedil Dr Sezgin ERSOY (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Yrd Doccedil Dr Huumlseyin YUumlCE (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

i

OumlNSOumlZ

ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo

adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği

Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır

Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli

asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen

değişimler incelenmiştir

Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu

ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını

esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten

teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz

Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve

Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz

HAZİRAN 2016

Elif CcedilİCcedilEK

Nesrin ALTUNBOĞA

Rumeysa ALGUumlL

ii

İCcedilİNDEKİLER

OumlNSOumlZ i

İCcedilİNDEKİLER ii

OumlZET v

SEMBOLLER LİSTESİ vi

KISALTMALAR LİSTESİ vii

ŞEKİLLER LİSTESİ viii

TABLO LİSTESİ x

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2

13 ELEKTRİK MOTORU 2

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ 3

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5

151 Mevzuat 7

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9

161 Verim 9

162 Kayıplar 10

1621 Demir Kayıpları 10

1622 Bakır Kayıpları 10

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11

21 ASENKRON MOTORLAR 11

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12

221 Stator 12

iii

222 Rotor 13

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14

231 Doumlner Alan 14

232 Senkron Hız 15

233 Kayma 16

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18

26 FANLAR 21

261 Genel Bilgiler 21

262 Fan Ccedileşitleri 21

2621 Eksenel Fanlar 21

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25

32 ANSYS PROGRAMI 26

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27

331 Geometri 28

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30

333 Sınır Şartları 34

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35

34 YENİ FAN TASARIMI 37

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37

342 Fan Tasarım Parametreleri 37

iv

3421 Geometri 40

3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40

3423 Ccediloumlzuumlm 41

3423 Sonuccedillar 43

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44

3431 Geometri 44

3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47

BOumlLUumlM 5 EKLER 48

KAYNAKCcedilA 49

OumlZGECcedilMİŞLER 50

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 3: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

iii

MARMARA UumlNİVERSİTESİ

TEKNOLOJİ FAKUumlLTESİ

MEKATRONİK MUumlHENDİSLİĞİ BOumlLUumlMUuml

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuuml

Oumlğrencileri Elif CcedilİCcedilEK Nesrin ALTUNBOĞA ve Rumeysa ALGUumlLrsquo uumln

ldquoELEKTRİK MOTORLARINDA (ASENKRON MOTORLARDA)

VERİMLİLİK ANALİZİNİN ARAŞTIRILMASIrdquo başlıklı bitirme projesi

ccedilalışması 16062016 tarihinde sunulmuş ve juumlri uumlyeleri tarafından başarılı

bulunmuştur

Juumlri Uumlyeleri

Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRK (Danışman)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Prof Dr Haluk KUumlCcedilUumlK (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Doccedil Dr Sezgin ERSOY (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

Yrd Doccedil Dr Huumlseyin YUumlCE (Uumlye)

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği (İMZA)helliphellip

i

OumlNSOumlZ

ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo

adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği

Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır

Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli

asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen

değişimler incelenmiştir

Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu

ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını

esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten

teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz

Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve

Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz

HAZİRAN 2016

Elif CcedilİCcedilEK

Nesrin ALTUNBOĞA

Rumeysa ALGUumlL

ii

İCcedilİNDEKİLER

OumlNSOumlZ i

İCcedilİNDEKİLER ii

OumlZET v

SEMBOLLER LİSTESİ vi

KISALTMALAR LİSTESİ vii

ŞEKİLLER LİSTESİ viii

TABLO LİSTESİ x

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2

13 ELEKTRİK MOTORU 2

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ 3

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5

151 Mevzuat 7

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9

161 Verim 9

162 Kayıplar 10

1621 Demir Kayıpları 10

1622 Bakır Kayıpları 10

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11

21 ASENKRON MOTORLAR 11

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12

221 Stator 12

iii

222 Rotor 13

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14

231 Doumlner Alan 14

232 Senkron Hız 15

233 Kayma 16

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18

26 FANLAR 21

261 Genel Bilgiler 21

262 Fan Ccedileşitleri 21

2621 Eksenel Fanlar 21

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25

32 ANSYS PROGRAMI 26

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27

331 Geometri 28

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30

333 Sınır Şartları 34

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35

34 YENİ FAN TASARIMI 37

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37

342 Fan Tasarım Parametreleri 37

iv

3421 Geometri 40

3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40

3423 Ccediloumlzuumlm 41

3423 Sonuccedillar 43

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44

3431 Geometri 44

3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47

BOumlLUumlM 5 EKLER 48

KAYNAKCcedilA 49

OumlZGECcedilMİŞLER 50

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 4: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

i

OumlNSOumlZ

ldquoElektrik Motorlarında (Asenkron Motorlarda) Verimlilik Analizinin Araştırılmasırdquo

adlı bu ccedilalışma Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği

Boumlluumlmuuml oumlğrencileri tarafından ldquoBitirme Projesirdquo olarak hazırlanmıştır

Bu ccedilalışmada enduumlstri de sıklıkla kullanılan elektrik motorlarından sincap kafesli

asenkron motorlar iccedilin farklı fan tasarımları yapılarak verimliliklerde meydan gelen

değişimler incelenmiştir

Bu proje kapsamında lisans tez danışmanlığımızı uumlstlenerek bize sunmuş olduğu

ccedilalışma fırsatı ve ccedilalışmalarımızın her aşamasında bilgi destek ve yorumlarını

esirgemeyen değerli hocamız Sayın Yrd Doccedil Dr Abdurrahman OumlZTUumlRKrsquo e en iccedilten

teşekkuumlrlerimizi sunar akademik hayatındaki başarılarının devamını dileriz

Ayrıca bu araştırma iccedilin deneyler de yardımcı olan sayın Doccedil Dr Uumlmit K TERZİ ve

Doccedil Dr Caner AKUumlNERrsquo e teşekkuumlrlerimizi de bir borccedil biliriz

HAZİRAN 2016

Elif CcedilİCcedilEK

Nesrin ALTUNBOĞA

Rumeysa ALGUumlL

ii

İCcedilİNDEKİLER

OumlNSOumlZ i

İCcedilİNDEKİLER ii

OumlZET v

SEMBOLLER LİSTESİ vi

KISALTMALAR LİSTESİ vii

ŞEKİLLER LİSTESİ viii

TABLO LİSTESİ x

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2

13 ELEKTRİK MOTORU 2

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ 3

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5

151 Mevzuat 7

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9

161 Verim 9

162 Kayıplar 10

1621 Demir Kayıpları 10

1622 Bakır Kayıpları 10

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11

21 ASENKRON MOTORLAR 11

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12

221 Stator 12

iii

222 Rotor 13

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14

231 Doumlner Alan 14

232 Senkron Hız 15

233 Kayma 16

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18

26 FANLAR 21

261 Genel Bilgiler 21

262 Fan Ccedileşitleri 21

2621 Eksenel Fanlar 21

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25

32 ANSYS PROGRAMI 26

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27

331 Geometri 28

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30

333 Sınır Şartları 34

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35

34 YENİ FAN TASARIMI 37

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37

342 Fan Tasarım Parametreleri 37

iv

3421 Geometri 40

3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40

3423 Ccediloumlzuumlm 41

3423 Sonuccedillar 43

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44

3431 Geometri 44

3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47

BOumlLUumlM 5 EKLER 48

KAYNAKCcedilA 49

OumlZGECcedilMİŞLER 50

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 5: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

ii

İCcedilİNDEKİLER

OumlNSOumlZ i

İCcedilİNDEKİLER ii

OumlZET v

SEMBOLLER LİSTESİ vi

KISALTMALAR LİSTESİ vii

ŞEKİLLER LİSTESİ viii

TABLO LİSTESİ x

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ 1

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI 1

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI 2

13 ELEKTRİK MOTORU 2

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ 3

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM SINIFLARI 5

151 Mevzuat 7

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER 9

161 Verim 9

162 Kayıplar 10

1621 Demir Kayıpları 10

1622 Bakır Kayıpları 10

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları 10

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM 11

21 ASENKRON MOTORLAR 11

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI 12

221 Stator 12

iii

222 Rotor 13

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14

231 Doumlner Alan 14

232 Senkron Hız 15

233 Kayma 16

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18

26 FANLAR 21

261 Genel Bilgiler 21

262 Fan Ccedileşitleri 21

2621 Eksenel Fanlar 21

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25

32 ANSYS PROGRAMI 26

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27

331 Geometri 28

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30

333 Sınır Şartları 34

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35

34 YENİ FAN TASARIMI 37

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37

342 Fan Tasarım Parametreleri 37

iv

3421 Geometri 40

3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40

3423 Ccediloumlzuumlm 41

3423 Sonuccedillar 43

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44

3431 Geometri 44

3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47

BOumlLUumlM 5 EKLER 48

KAYNAKCcedilA 49

OumlZGECcedilMİŞLER 50

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 6: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

iii

222 Rotor 13

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ 14

231 Doumlner Alan 14

232 Senkron Hız 15

233 Kayma 16

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ 17

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar 17

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar 18

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme 18

26 FANLAR 21

261 Genel Bilgiler 21

262 Fan Ccedileşitleri 21

2621 Eksenel Fanlar 21

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar 22

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar 23

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA 24

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ 24

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri 25

32 ANSYS PROGRAMI 26

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER 27

331 Geometri 28

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh) 30

333 Sınır Şartları 34

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar 35

34 YENİ FAN TASARIMI 37

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller 37

342 Fan Tasarım Parametreleri 37

iv

3421 Geometri 40

3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40

3423 Ccediloumlzuumlm 41

3423 Sonuccedillar 43

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44

3431 Geometri 44

3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47

BOumlLUumlM 5 EKLER 48

KAYNAKCcedilA 49

OumlZGECcedilMİŞLER 50

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 7: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

iv

3421 Geometri 40

3422 Sayısal Ağ Oluşturma 40

3423 Ccediloumlzuumlm 41

3423 Sonuccedillar 43

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması 44

3431 Geometri 44

3432 Sayısal Ağ Oluşturma 45

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml 45

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR 47

BOumlLUumlM 5 EKLER 48

KAYNAKCcedilA 49

OumlZGECcedilMİŞLER 50

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 8: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

v

OumlZET

Guumlnuumlmuumlzde enerji kullanımının artması ile enerji kaynaklarının hızla tuumlkenmekte

olduğu goumlruumllmektedir Enerji maliyetlerinin de oumlnemli şekilde artması mevcut

kaynakların optimum bir şekilde kullanılması gerekliliğini vurgulamaktadır 2007

yılında uumllkemizde ldquoEnerji Verimliliği Kanunurdquo yuumlruumlrluumlğe girmiş 20082 sayılı

Başbakanlık Genelgesirsquoyle kamu oumlzel ve sivil toplum kuruluşlarının katılımıyla ldquo

Ulusal Enerji Verimliliği Hareketirdquo başlatılmış ve 2008 yılı ldquo Enerji Verimliliği Yılırdquo

olarak ilan edilmiştir

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakıldığında binalarda kullanılan

elektriğin 36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından

tuumlketilmektedir Asenkron motorlar enduumlstride yaygın olarak kullanılmaktadır

Asenkron elektrik motorları ise uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık

36rsquosını oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar

ccedilıkmaktadır Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin

elektrik tuumlketimi konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır

Bu ccedilalışmada mevcut durumun değerlendirilmesi iccedilin sonlu elemanlar metodu (FEA)

ile CFX ortamında analizler yapılmıştır Elde edilen veriler sayesinde hız uumlccedilgeninden

yararlanarak yeni bir fan tasarlanmıştır Teorik hesaplama ile elde edilen fanın verim

uumlzerindeki etkisi bilgisayar ortamında yapılan analizle incelenmiştir Ccedilalışmamızın ilk

boumlluumlmuumlnde ccedilalışma konumuzun tanımı ve amacı hakkında bilgi verilmiştir İkinci

boumlluumlmde asenkron motorlar hakkında bilgi verilmiştir Fan tasarımı hakkında bilgiler

verilmiştir Uumlccediluumlncuuml boumlluumlmde ise yapılan deneyler sonrası elde edilen sonuccedillar ve bu

sonuccedillara ait grafikler sunulmuştur Son boumlluumlmde ise deney sonuccedillarının

yorumlanmasına yer verilmiştir

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 9: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

vi

SEMBOLLER LİSTESİ

Ainlet Girişin Alanı

AOut Ccedilıkışın Alanı

n1 n2 Senkron Doumlnme Hızı Rotorun Doumlnme Hızı

f Frekans

I Akım

n Motorun Devir Sayısı

ƞ Verim

p Kutup Sayısı

Q Debi

R Direnccedil

rhub Fan Kanadının Başlangıcı ile Mil Arasındaki Uzunluk

rpm Dakikada doumlnme sayısı

rtip Fan Kanadının Bitiş Noktası İle Mil Arasındaki Uzunluk

sn Saniye

U Gerilim

Uhub Hub Hızı

Utip Tip Hızı

V Akışın Mutlak Hızı

W Accedilısal Hız

β Kanat Accedilısı

ρ Yoğunluk

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 10: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

vii

KISALTMALAR LİSTESİ

AB Avrupa Birliği

AC Alternatif Akım

ANSYS Simulation Driven Product Development

BSTB Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı

CAD Bilgisayar Destekli Tasarım

CENELEC Avrupa Elektrik Makinaları ve Guumlccedil Elektroniği İmalatları Komitesi

CFD Computational Fluid Dynamics

CFX Congregation Fratrorum Xaverianorum

DC Doğru Akım

FEA Sonlu Elemanlar Analizi

IE1 Standart Verimli

IE2 Yuumlksek Verimli

IE3 Ccedilok Yuumlksek Verimli

IE4 Suumlper Yuumlksek Ccedilok Verimli

IEC Uluslararası Elektronik Komisyonu

PN Ccedilıkış Guumlcuuml

TSE Tuumlrk Standartları Enstituumlsuuml

TUumlİK Tuumlrkiye İstatistik Kurumu

V Volt

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 11: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

viii

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması 2

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri 5

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı 6

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları 7

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler 9

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti 11

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar 12

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları 13

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi 14

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi 16

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 17

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme 20

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması 20

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme 20

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi 22

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları 22

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler 23

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli 24

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek 27

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme 28

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma 29

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml 30

Şekil 23 Mesh oluşturma 30

Şekil 24 Mesh Geometrisi 31

Şekil 25 Mesh İsimlendirme 32

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi 33

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali 34

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi 35

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi 36

Şekil 30 Debi Sonucu 36

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı 38

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili 39

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 12: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

ix

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi 40

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması 40

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi 41

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku 42

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi 43

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi 44

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması 45

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml 46

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 13: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

x

TABLO LİSTESİ

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi 3

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları 4

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı 4

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri 8

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci 8

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru 15

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri 37

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler 38

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler 44

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 14: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

1

BOumlLUumlM 1 GİRİŞ

Fan en temel anlamıyla bir basınccedil farkı oluşturarak havanın bir yerden başka yere

akışını sağlayan cihazlardır Fanlar ticari ve enduumlstri hayattın da birccedilok uygulamalarda

kullanılmaktadır Farklı boyutlarda farklı modeldeki fanlar (eksenel radyal vb)

soğutucular bilgisayarlar yıkayıcılar kurutucular ve klimalar gibi ccedileşitli sistemlerde

hava sirkuumllasyonunu sağlamak amacıyla kullanılmaktadır Yaygın olarak iki farklı

ccedileşidi kullanılmaktadır Bunlar eksenel ve radyal fanlardır Radyal akışlı fanlar

akışkanı doumlnme eksenine dik şekilde atarlarken eksenel akışlı fanlar ise doumlnme

eksenine paralel akış oluşturmaktadırlar (Ccedilalışkan 2014) Ccedilalıştıkları koşulda basınccedil

farkı oluşturmaktadırlar Fanların tahrik sistemlerinde genellikle elektrik motorları

kullanılmaktadır Fanlar sanayide ve ticari binalarda oumlnemli oranda elektrik tuumlketen

cihazlardır Halen Tuumlrkiyersquode sanayide eski teknoloji uumlruumlnuuml ve verimleri yuumlksek

olmayan ccedilok sayıda fan bulunmaktadır Bu nedenle enerji verimliliğinin artırılmasında

fanların ve fan sistemlerinin verimliliklerinin artırılmasının katkısı olacaktır (URL1)

11 CcedilALIŞMA KONUSUNUN TANIMI

Sincap kafesli asenkron motorlarının verimliliğini arttırma yolları incelenmiştir Bu

proje konusunda soğutma uumlzerine yoğunlaşarak fan tasarımı yapılmıştır Bir elektrik

motorun da fan 10rsquoluk guumlccedil harcadığı iccedilin fan tasarımın da kanat sayısını azaltarak

optimizasyon yapılmıştır Fan tasarımı iccedilin Ansys programını kullanarak kanatlardaki

torku azaltmaya youmlnelik ccedilalışmalar yapılmıştır Tasarımda ilk adım olarak temel hız

uumlccedilgenlerinden yararlanılarak gerccedileğe yakın olacak şekilde sonuccedillar oluşturulmuştur

Sonuccedilların uygunluğu doğrultusunda ccediloumlzuumlm iccedilin gerekli kontrol hacimleri kaba ve

nitelikli ağ oumlrguumlsuuml şeklinde oluşturularak analizler gerccedilekleştirilmiştir

Uumlccedil boyutlu hesaplamalı akışkanlar dinamiği analizi uygulanarak gerccedileğe daha yakın

bir model simulasyonu oluşturulmuş ve uumlccedil boyutta etkileri inceleme olanağı

sağlanmıştır Tasarım sırasında hız uumlccedilgenlerinden yararlanılarak yapılan fan

tasarımının ccediloumlzuumlmuumlnde hızlı sonuccedil alınması ve ccedilok fazla iterasyona olanak sağlayan

turbomakina yazılımı kullanılmıştır Akışkan hareketini youmlneten denklemlerin

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 15: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

2

ccediloumlzuumlmuumlnde kullanılan sonlu hacimler programı iccedilin gerekli ağ oumlrguumlsuumlnuumln de hızlı bir

şekilde kullanımı iccedilin turbomakina yazılımından faydalanılmış ve zaman olarak

ccedilalışmaya oumlnemli oumllccediluumlde katkısı olmuştur

12 CcedilALIŞMA KONUSUNUN AMACI

Bahsi geccedilen ccedilalışma konusunda fan tasarımın da enerjinin verimli kullanılması seccedilim

imalat ve işletme suumlreccedillerinin optimum olması sağlanmış Fan tasarımında fanın

ccedilalıştırılacağı sistem projelendirilip yapılırken dikkat edilmelidir Ccediluumlnkuuml fanlar yatırım

maliyetlerinden daha fazla enerji tuumlketmektedirler Bu nokta da elektrik motorlarında

verimi arttırıcı oumlnlemler alınarak elektrik tuumlketimi konusunda tasarruf planlarında

buumlyuumlk katkı sağlanması hedeflenmiştir

13 ELEKTRİK MOTORU

Elektrik enerjisini mekanik enerjiye ccedileviren makinedir Her elektrik motoru biri sabit

(stator) ve diğeri kendi ccedilevresinde doumlnen (rotor) iki ana parccediladan oluşur Bu ana

parccedilalar elektrik akımını ileten (sargılar vb) manyetik akıyı ileten parccedilalar ve

konstruumlksiyon parccedilaları (yataklar vb) olmak uumlzere tekrar kısımlara ayrılır (URL2)

111 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Şekil 1 Elektrik Motorlarının Sınıflandırılması

Elektrik Motoru

Doğru Akım

DC Motor

Alternatif Akım

AC Motor

Senkron Motor Asenkron Motor

3 Fazlı Asenkron

Motor

Tek Fazlı Asenkron

Motor

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 16: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3

14 TUumlRKİYErsquo DE VE DUumlNYArsquo DA ELEKTRİK MOTORLARININ ENERJİ

TUumlKETİMİ

Enerjide arz guumlvenliğinin sanayide sanayide suumlrduumlrebilirliğinin ve buumlyuumlmenin ise

kalkınmada oldukccedila oumlnem taşıdığı guumlnuumlmuumlzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan

verimlilik hususu belirtilmektedir TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiye elektrik enerjisinin

2013 yılı itibariyle 471rsquoi sanayi sektoumlruumlnde tuumlketilmektedir Sanayide kullanılan

elektrik motorları ise bu sektoumlrde tuumlketilen elektrik enerjisinin 70rsquo ini teşkil

etmektedir Sanayinin buumlyuumlmesi son yıllardaki ARGE ccedilalışmalarının ilerlemesi ve

otomasyon sistemleri ile daha yoğun teknoloji ile Tuumlrkiye piyasasına 1 milyon elektrik

motoru arz edilmektedir Tuumlrkiyersquode de Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı (BSTB)

tarafından AB mevzuatı ile uyumlu hale getirilen yerel mevzuat soumlz konusu elektrik

motorları iccedilin enerji verimlilik endeksini ve beyanını ve bulunması gereken en duumlşuumlk

seviyeyi zorunlu kılmaktadır ve ccedilalışmalar yapılmaktadır Bunun sonucunda

Tuumlrkiyersquode kullanılan elektrik motorları uumlzerinde sektoumlrel ve sınıfsal accedilıdan enerji

tuumlketimi irdelenmektedir Yapılan bu ccedilalışmalar ile duumlşuumlk verimli elektrik motorlarının

yuumlksek verimli elektrik motorları ile değiştirilmesi yoluyla Tuumlrkiyersquode yaklaşık yılda

2500 GWhrsquo lik enerji tasarrufu edildiği goumlruumllmuumlştuumlr (URL4)

2013 yılı TUumlİK verilerine goumlre Tuumlrkiyersquode toplam 198045 GWh Elektrik Enerjisi

tuumlketilmiştir Tuumlketilen bu enerjinin 93280 GWh kadarı sanayide tuumlketilmiştir

Tablo 1 Tuumlrkiyersquode Elektrik Motorlarının Sektoumlrlere Goumlre Tuumlketimi

Sektoumlr Elektrik Motorların Sektoumlrel

Tuumlketimi TWhYıl

Sektoumlruumln Toplam Enerji

Tuumlketimi TWhYıl

Sanayi 46 68

Ticaret 14 20

Mesken 8 35

Diğer 1 20

Toplam 69 144

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 17: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

4

Enerji verimliliği ccedilalışmalarında elektrik motorlarının kullanımlarının sektoumlrel

dağılımlarının yanı sıra motorların sınıflandırılması da oldukccedila oumlnemlidir

Duumlnyada 2 23 milyar elektrik motorlarının bulunduğu tahmin edilmektedir Ancak bu

motorların 2 milyar kadar adedi 075 kW guumlcuumln altındadır ve enerji tuumlketiminin 9 u

kadarını karşılar 075- 375 kW aralığında kalan motorlar ise elektrik motorlarının 11

ini oluştururken enerji tuumlketiminin 68 kadarını oluşturur 375 kW guumlccedil uumlstuumlndeki

motorlar elektrik motorlarının 1rsquoini oluştururken enerji tuumlketiminin 23rsquouumlnuuml

karşılar

Tablo 2 Elektrik Motorlarının Tuumlrlerine Goumlre Pazar Dağılımları

TİPİ le 750

W

075 - 375

kW

gt 375

kW

DC Motor Ve

Generatoumlrler

56 21 5

AC Tek Fazlı

Motorlar

29 30 -

AC Uumlccedil Fazlı

Motorlar

5 49 95

Diğer 10 - -

Tuumlrkiyersquo de elektrik enerjisinin 471rsquo i sanayide sanayide tuumlketilen elektrik

enerjisinin 67rsquosi motorlarda motorlarda tuumlketilen elektrik enerjisinin 91rsquoi 075-

1000 kW guumlccedil aralığındaki motorlarda tuumlketilmekte ve bu motorların 87rsquosinin

asenkron motorlar olduğu soumlylenebilir

IE4 ile IE1 standartları arasındaki fark buumlyuumlktuumlr 90 kW ve uumlstuumlnde ortalama fark

yaklaşık 3 seviyesindedir 075 ile 75 kW arasında ortalama verim farkı yaklaşık

10 75 ile 90 kW aralığında ise ortalama verim farkı 5 seviyesindedir

Tablo 3 IE4 ile IE1 arasındaki ortalama verim farkı

Guumlccedil Aralığı Ortalama IE1 - IE4 verim

Farkı ()

012-075 kW 17

075-75 kW 10

75-90 kW 5

90-1000 kW 3

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 18: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

5

15 ELEKTRİK MOTORLARINDA VERİMİN OumlNEMİ VE VERİM

SINIFLARI

Uumlretilen toplam elektriğin yaklaşık yarısı sanayi sektoumlruumlnde kullanılan elektriğin ise

yaklaşık uumlccedilte ikisi motorlar tarafından tuumlketilmektedir Bu da sanayide yuumlksek verimli

motor kullanımının enerji maliyetinin duumlşuumlruumllmesinde ne kadar oumlnemli olduğunu

goumlsterir Yuumlksek verimli motorların kullanımı aynı zamanda sera gazları salınımında

ciddi azalmalara sebep olmakta ve enerjide dışa bağımlılığın azaltılmasına katkı

yapmaktadır (URL7)

Şekil 2 Sanayide Kullanılan Elektrik Motorlarının Kullanım Yerleri

Elektrik motorlarının duumlnyadaki kullanımına bakarsak binalarda kullanılan elektriğin

36rsquosı enduumlstri ve altyapıda ise 70rsquoi elektrik motorları tarafından tuumlketilmektedir

Asenkron elektrik motorları uumllkemizin toplam elektrik tuumlketiminin yaklaşık 36rsquosını

oluşturmaktadır Hatta sanayide sektoumlrel bazda bu oran 80rsquolere kadar ccedilıkmaktadır

Bu sebeple elektrik motorlarında verimi arttırıcı oumlnlemler uumllkemizin elektrik tuumlketimi

konusundaki tasarruf planlarına buumlyuumlk katkı sağlayacaktır Satın alma maliyeti

ortalama motor oumlmruuml boyunca toplam maliyetin 2rsquolik kısmına denk gelmektedir

Tek bir motor sarımının maliyeti toplam tutarın 1rsquoini oluşturmaktadır Elektrik

motorunun kullanım oumlmruuml boyunca tuumlkettiği elektrik enerjisinin maliyeti ise toplam

maliyetin 97rsquosine tekabuumll etmektedir (URL2)

42

7

22

29

DİĞER KOMP FAN POMPA

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 19: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

6

Şekil 3 Talep Tarafında Elektrik Kullanımı

VERİMİN OumlNEMİ

Asenkron motorlarda ccedileşitli verimlilik sınıfları mevcuttur Avrupa Elektrik Makineleri

Uumlreticileri Komitesi (CEMEP) ve Avrupa Komisyonunun 28 Haziran 1999 tarihli

deklarasyonu motorları verim sınıflarına goumlre ayırmıştır Yuumlksek Verimli motorlar

(EFF1) verimi iyileştirilmiş motorlar (EFF2) ve duumlşuumlk verimli motorlar (EFF3)

CEMEP‟ in bu deklarasyonunu takiben motor uumlreticileri ile yaptığı goumlnuumllluuml anlaşmalar

ile duumlşuumlk verimli motor (EFF3) uumlretimini kısıtlama yoluna gitmiştir Bunun yanı sıra

Duumlnyada artan enerji talebi ile birlikte birccedilok uumllke goumlnuumllluuml ya da zorunlu olarak daha

yuumlksek verimli motor kullanımını sağlamaya ccedilalışmıştır (Onaygil 2006)

Verimlilik sınıflarına 2008 yılında yenilik getirilmiştir Bu yenilik IEC( Uluslararası

Elektronik Komisyonu) tarafından yayımlanmıştır CENELEC tarafından da 2009

yılında Avrupa normu haline gelmiştir 2010 yılında da TSE tarafından kabul

edilmiştir Bu yenilik verimlilik sınıflarına getirilen IE1 IE2 IE3 IE4 şeklinde olan

tanımlamalardır Bu tanımlamalarda IE1= EFF2 olup IE2=EFF1rsquo in karşılığıdır

IE1= STANDART VERİMLİ

IE2= YUumlKSEK VERİMLİ

IE3=CcedilOK YUumlKSEK VERİMLİ

IE4=SUumlPER YUumlKSEK CcedilOK VERİMLİ

Şeklinde sınıflandırılmıştır

AYDINLATMA19

DİĞER ELEKTRİK MOTORLARI

4

ASENKRON MOTORLAR

36

DİĞER3

ELEKTRONİK ALETLER

8

ISITMA15

EV GERECcedilLERİ15

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 20: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

7

2014 yılında TS- EN 60034-30 standardı doğrudan şebekeden beslenen motorlar ve değişken

hız suumlruumlcuumlluuml motorlar olmak uumlzere iki kısma ayrılmıştır Şebeke tarafından doğrudan beslenen

motorlar iccedilin verimlilik sınıflarını tayin eden başka bir standart koyulmuştur TS-EN 60034-

30-1 standardıdır Bu standart faklı olarak 012- 1000 kW guumlccedil aralığını kapsamakta ve IE4

verimlilik sınıfını da tanıtmaktadır Ayrıca 8 kutuplu motorlar da bu kapsama alınmıştır

Henuumlz TS- EN 60034- 30- 2 sınıfı yayınlanmamıştır

Şekil 4 TS-EN 60034-30-1 Standardına Goumlre Verimlilik Sınıfları

151 Mevzuat

Elektrik motorları hususunda ilk yasal duumlzenleme Avrupa Birliğinin Elektrik Motorları

ile İlgili Ccedilevreye Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair EC6402009 sayılı tuumlzuumlğuumlduumlr

Beraberinde 4703 sayılı Uumlruumlnlere İlişkin Teknik Mevzuatın Hazırlanması ve

Uygulanmasına Dair Kanunun 14 uumlncuuml maddesine dayanılarak hazırlanan Enerji ile

İlgili Uumlruumlnlerin Ccedilevreye Duyarlı Tasarımına İlişkin Youmlnetmelik 2010 yılında

yuumlruumlrluumlğe girmiştir Daha sonra 2012 yılında EC6402009 referans alınarak

hazırlanan ve uyumlaştırılan SGM- 20122 Elektrik Motorları İle İlgili Ccedilevreye

Duyarlı Tasarım Gereklerine Dair Tebliğ yayımlanarak ulusal mevzuata

kazandırılmıştır

Bu tebliğ ile 2 4 6 kutuplu anma gerilimi en fazla 100 (UN) en fazla 1000 V olan

anma ccedilıkış guumlcuuml (PN) 075 kW ile 375 kW arasında olan ve suumlrekli ccedilalışacak şekilde

100

90

80

70 012 24 48 960

IE1 IE2 IE3 IE4

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 21: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

8

tasarlanmış tek hızlı 3 fazlı 50 Hz veya 5060 Hz sincap kafesli enduumlksiyon motorları

denetim kapsama alınmış bulunmaktadır

Bu tebliğde oumlnemli bir diğer husus ise uygulamaya youmlnelik olan zorunluluklardır

Onlar şunlardır IE1 sınıfı verimlilikte olan motorların piyasaya arz edilmesinin

yasaklanması ve diğer verimlilik sınıfına geccediliş suumlrecinin tanımlanmasıdır

Tablo 4 Başlıca Uumllkelerin Verimlilik Sınıfı Uygulama Tarihleri

BOumlLGE IE1 IE2 IE3

ABD - 1998 2011

AB - 2011 2015

PRC 2000 2011 2015

TUumlRKİYE - 2012 2015

Bunun dışında 01012015 tarihinden itibaren anma ccedilıkış guumlcuuml 75 kW ile 375 kW

arasında olan motorların veriminin IE3 verim seviyesinden duumlşuumlk olmayacağını veya

piyasaya arz edilen motorların IE2 verim seviyesini karşılayacak ve değişken hızlı

tahrikle teccedilhiz edilmesi gerektiğini bildirmektedir (URL5)

Tablo 5 Tuumlrkiyersquo de Zorunlu Uygulamaya Geccediliş Suumlreci

Sınıfı Zorunlu Yuumlruumlrluumlk

Tarihi

Accedilıklama (İstisnalar)

IE1 02042012 2 Nisan 2012 tarihinden itibaren piyasaya suumlruumllmesi

yasaklanmıştır

IE2 02042012 01012015 tarihine kadar kullanılabilecektir

IE3 01012015 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (75 kW - 375 kW)

IE3 01012017 Değişken hızlı tahrikle teccedilhiz edilmesi halinde IE2 verim

seviyesi kullanılabilecek (075 kW - 375 kW)

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 22: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

9

16 MOTOR VERİMİNİ ETKİLEYEN FAKTOumlRLER

161 Verim

Bir elektrik motorunun bağlı bulunduğu şebekeden ccedilektiği enerjinin tamamı mekanik

enerjiye doumlnuumlşmez Elektrik motorunun milinden aldığı faydalı guumlccedil şebekeden ccedilektiği

guumlccedilten kayıp guumlccedillerin ccedilıkmış halidir

Asenkron motorun şebekeden ccedilektiği guumlcuumln yuumlzde kaccedilının motorun milinden mekanik

guumlccedil olarak alındığını verim goumlsterir

Verim= ((Alınan G ) (Verilen Guumlccedil))x100

ή= (PaPv)x100

Verilen guumlccedil ile alınan guumlccedil arasındaki fark toplam kayıplardır Asenkron motorlarda

kayıplar stator demir kaybı stator ve rotor bakır kayıpları ile rotorun suumlrtuumlnme ve

ruumlzgacircr kaybından ibarettir

DEMİR

KAYIPLARI

GOumlVDE

STATOR

DİRENCİ

ROTOR

DİRENCİ

RUumlZGAR

SUumlRTUumlNME

DİRENCİ

EK

KAYIPLA

Şekil 5 Motor Verimini Etkileyen Faktoumlrler

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 23: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

10

162 Kayıplar

Demir Kayıpları

Bakır Kayıpları

Suumlrtuumlnme Kayıpları

1621 Demir Kayıpları

Demir kayıpları stator ve rotor saccedillarında meydana gelen histerezis ve fuko

kayıplarıdır Bu kayıplar frekans ve manyetik enduumlksiyon ile oranlıdır

Stator demir kayıpları stator frekansı sabit olduğuna goumlre değişmemektedir Yalnız

rotor demir kayıpları rotor frekansı ile değişir Ancak boş ve yuumlkluuml ccedilalışmada rotor

frekansı ccedilok kuumlccediluumlktuumlr Bu sebeple rotor demir kayıpları ccedilok kuumlccediluumlk olur ve ihmal

edilebilir 0 halde bir asenkron motorun demir kayıpları stator demir kayıplarına

eşittir denebilir Stator frekansı sabit olduğundan demir kayıpları da buumltuumln yuumlkler iccedilin

sabittir

1622 Bakır Kayıpları

Asenkron motorlarda stator ve rotor omik direnccedillerinden dolayı I12R1 ve I2

2R2

değerinde bakır kayıpları meydana gelir Bakır kayıpları sargı direnccedilleri sabit

olduğuna goumlre yuumlk akımları I1 ve I2 lsquonin karesi ile değişir Şu halde bu kayıplar

yuumlkle değişen kayıplardır

Rotor ve stator bakır kayıplarını bulabilmek iccedilin akım ve direnccedillerin bilinmesi gerekir

Genel olarak bakır kayıpları motorun kısa devre deneyinden tuumlm olarak hesaplanır

1623 Ruumlzgar ve Suumlrtuumlnme Kayıpları

Asenkron motorlarda suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr kayıpları devir sayısı ile biraz değişirse

de bu değişim ccedilok az olduğu iccedilin sabit kabul edilebilir Suumlrtuumlnme ve ruumlzgacircr

kayıpları boş ccedilalışma deneyinde demir kayıpları ile birlikte bulunur Demir

kayıpları ile ruumlzgacircr ve suumlrtuumlnme kayıplarına sabit kayıplar denir

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 24: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

11

BOumlLUumlM 2 MATERYAL VE YOumlNTEM

21 ASENKRON MOTORLAR

Asenkron motorlar başlıca iki kısımdan oluşur

Hareket etmeyen kısım Stator

Doumlnme hareketi yapan kısım Rotor

Asenkron makineler motor olarak stator sargıları ile aldığı elektrik enerjisini

rotorundan doumlnme hareketi yaparak mekanik enerjiye ccedileviren ve generatoumlr olarak

rotorundan aldığı doumlnme hareketi mekanik enerjisini bazı koşullar altında stator

sargılarında elektrik enerjisine ccedileviren elektromekanik makinelerdir

Motor olarak birkaccedil Wattrsquotan 300 MW guumlcuumlne kadar uumlretilmektedir Generatoumlr olarak

az kullanılmakla beraber son zamanlarda ruumlzgacircr enerjisinden elektrik enerjisi elde

etmek amacı ile ruumlzgacircr tuumlrbini ile birlikte ccedilalışmaktadırlar

Stator sargı gerilimleri alccedilak gerilim 220Vdan orta gerilim 22kVa kadar

değişmektedir Doumlnme sayıları sabit değildir fakat doumlnme sayısı yuumlkle az değişir

Doumlnen diğer elektrik makinelerine kıyasla daha sağlam daha az bakım isteyen ve daha

ucuz makinelerdir Son yıllarda yarı iletken guumlccedil elektroniğindeki teknolojik

gelişmeler ile asenkron makinelerin kontroluuml kolayca yapılabilmektedir (Baykal

2011)

Şekil 6 Kuumlccediluumlk Guumlccedilluuml Uumlccedil fazlı Sincap Kafesli Asenkron Motorun Kesiti

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 25: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

12

22 ASENKRON MAKİNALARIN YAPISI

Asenkron makineler başlıca iki kısımdan oluşmaktadır Bunlar

Stator

Rotor

Şekil 7 Stator Saccedil Paketini Oluşturulmuş Farklı Tipte Statorlar

221 Stator

Stator Asenkron motorun duran kısmıdır 04 - 05 veya 08 mm kalınlığında silisyumlu

saccedillar oumlzel kalıplarla preste basılır ve paketlenir Stator saccedilları paketlenince uumlccedil fazlı

sargıların yerleştirileceği stator nuumlvesi elde edilir Bu nuumlve stator goumlvdesinin iccediline

sıkıca yerleştirilir Goumlvdeye motorun ayakları monte edilir Goumlvdeye motor kapaklan

takılır motor kapaklan ortalarındaki bilyeli yataklar statorun ortasında doumlnecek olan

rotora yataklık ederler

1Halkalı Duumlzen Kuumlccediluumlk ve orta guumlccedilteki makinelerde uygulanan bu konstruumlksiyon

şeklinde saccedil paket ya karkas dışında istiflenerek uzun saplamalarla kendi uumlzerine

sıkılır yada saccedil levhalar karkas iccedilinde istiflenir

2 Segmanlı Duumlzen Bu duumlzende saccedil paketi daima karkas tarafından gergin durumda

tutulur Segmanlı duumlzende saccedil paketi rijitli halkalı duumlzendekine oranla da az

olduğundan burada seccedililecek olan karkasın daha kuvvetli olması gerekir (Baykal

2011)

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 26: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

13

222 Rotor

Rotor Asenkron motorun doumlnen kısmıdır ve rotor saccedil paketi ile rotor sargılarından

oluşur Rotor saccedil paketi 05 mm‟lik silisyumlu saccedillardan yapılır Saccedilların yuumlzeyleri

ccedilok ince bir film tabakası ile yalıtılmıştır Saccedillar oumlzel kalıplarda pres altında oluk

dişler ve sıkıştırma cıvata delikleri oluşacak şekilde saccedil şeritlerden kesilerek ccedilıkartılır

Saccedillar bir araya getirilerek pres altında sıkıştırılır ve cıvatalarla bu halde kalması

sağlanır

Diğer doumlnen elektrik makinelerine goumlre stator ile rotor arasında kalan hava aralığı ccedilok

kuumlccediluumlktuumlr Motorun guumlcuumlne goumlre hava aralığının radyal boyu 05 - 1 - 3 mm kadar

olabilir Boumlylesine kuumlccediluumlk bir hava aralığı boşta ccedilalışma akımını kuumlccediluumlk tutmak iccedilin

yapılır Rotor olukları motorun elektrik karakteristiklerini etkileyen değişik biccedilimlerde

yapılır Rotor oluklarına rotor sargıları yerleştirilir

Şekil 8 Rotor Saccedil Paketini Oluşturan Değişik Rotor Saccedilları

Rotor sargıları uumlccedil fazlı olarak ya da sincap kafesli olarak yapılır Rotoru sargılı olan

ve sargı uccedilları doumlnen bilezik-sabit fırccedila ile dışarı ccedilıkartılan motorlara bilezikli asenkron

motor denir Sincap kafesli motorlarda rotor oluklarına bakır ccedilubuklar yerleştirilir Bu

ccedilubuklar her iki baştan dairesel halkalarla kısa devre edilerek sincap kafesine

benzeyen kendi uumlzerine kapatılmış bir sargı elde edilir Sincap kafesli motor sargısı

oumlzel kalıplarla rotor oyuklarına basınccedil altında aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek uumlretilir

Boumlylece uumlretilen rotor sincap kafesi aluumlminyumdan yapılmış olur

Sincap kafesli asenkron motorun rotorundan hiccedilbir uccedil ccedilıkmadığı iccedilin bu motorun

kontroluuml sadece statordaki elektrik uccedillarından yapılabilmektedir Oysa bilezikli

asenkron motorun rotor sargı uccedilları bilezik ve fırccedila sistemi ile dışarı ccedilıkarıldığından

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 27: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

14

bu motorun kontroluuml hem stator sargı uccedillarından ve hem de rotor sargı uccedillarından

yapılabilmektedir

Sincap kafesli motorun rotor sargısı buumlyuumlk motorlarda bakır ccedilubukların rotor

oluklarına yerleştirilmesi ve iki baştan kısa devre elde edilmesi ile oluşturulur Kuumlccediluumlk

motorlarda rotorun sincap kafesi aluumlminyum puumlskuumlrtme ve kalıplarla elde edilir

Rotoru sincap kafesli bir motorun sincap kafesi değişik biccedilimde oluklara yerleştirilir

Motorun oumlzellikle moment karakteristiğine istenilen oumlzelliği vermek iccedilin rotorda derin

oluklar ve ccedilift oluk kullanılır Birinci motora derin oluklu ya da derin ccedilubuklu motor

ve diğerine de ccedilift kafesli motor denir (Baykal 2011)

23 ASENKRON MOTORLARIN CcedilALIŞMA İLKESİ

Asenkron makinenin ccedilalıŞma ilkesi bir doumlner alanın varlığına dayanır Doumlner alan

senkron hız motor milinin hızı da rotor hızı olarak isimlendirilir Kayma da bu iki

hızın arasındaki fark olarak ifade edilmektedir

231 Doumlner Alan

Bir N-S mıknatısı ya da uumlzerinden akım geccedilen bir bobinin magnetik alanı N kutbundan

ccedilıkar ve S kutbuna girer Daimi mıknatıs ve doğru akım taşıyan bobinin manyetik

alanları mıknatıs ve bobin dışarıdan bir bobinle doumlnduumlruumlluumlrse bunların alanları da

beraber doumlner İşte bir mıknatısın doumlnduumlruumllmesi ile elde edilen alana doumlner alan denir

Uumlccedil fazlı asenkron motorun (enduumlksiyon motorun) statoruna birbirinden 120rsquoşer derece

faz farklı 3 faz sargısı yerleştirilmiştir En basit statorda her biri bir faza ait olmak

uumlzere 3 tane bobin bulunur Bir motor en az iki kutuplu olarak sarılabilir (Baykal

2011)

Şekil 9 Uumlccedil Faz bobininin 6 Oluklu Statora Yerleştirilişi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 28: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

15

232 Senkron Hız

N-S kutuplarının saat ibresi youmlnuumlnde doumlnduumlğuuml goumlruumlluumlr uumlccedil fazlı alternatif akımdaki bir

periyotluk değişme N-S kutuplarının bir devir yapmasına sebep olur Alternatif akımın

frekansı 50 Hz ise saniyede 50 periyotluk bir değişme yapar Dolayısıyla statordaki

faz bobinlerinin meydana getirdiği N-S kutupları da saniyede 50 devirle doumlner Bu

dakikada 3000 devir eder Ccedilok fazlı bir stator sargısından aynı faz sayısında ccedilok fazlı

bir akım geccedilerse hava aralığında sabit genlikli bir doumlner alan oluşur Bu doumlner alanın

duran statora goumlre ns (n1) devir hızı şebeke frekansına doğru stator sargısının p ccedilift

kutup sayısına ters orantılıdır

1198991 = 601198911

119901

Senkron hız da denen doumlner alan hızı kutup sayısına goumlre buumlyuumlk basamaklar yaparak

değişir Asenkron motorlar ancak belli senkron hızlar iccedilin yapılabilir En fazla

kullanılan senkron hızlar 2 4 6 ve 8 kutup sayılarına ait olanlardır (Baykal 2011)

Tablo 6 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

P

(Kutup Sayısı)

50 Hz 60 Hz

n1min-1 n1s-1 n1min-1 n1s-1

2 3000 50 3600 60

4 1500 25 1800 30

6 1000 1667 1200 20

8 750 125 900 15

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 29: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

16

233 Kayma

Senkron makine dışında buumltuumln diğer ccedilalışma tuumlrlerinde asenkron makinenin

ccedilalışabilmesi iccedilin rotor hızının doumlner alan hızından farklı olması gerekir Doumlner alanın

rotor uumlzerinden geccedilme hızına yani doumlner alan ile rotor hızı arasındaki cebirsel farka

kayma hızı n2 ve bu hızın doumlner alan hızına oranına kayma s denir Bu tanıma

dayanarak kayma devir hızına goumlre veya devir hızı kaymaya goumlre ifade edilebilir

n2 = n1 ndash n n = n1(1-s) 119904 = 1198992

1198991 =

1198991minus119899

1198991

Kayma oranlanmış bir buumlyuumlkluumlktuumlr ve ccediloğunlukla olarak ifade edilir Pozitif negatif

veya sıfır olabilir Oranlanmış rotor hızı n nı ile toplamı daima 1rsquoe eşittir Teorisel

olarak ndash infin ve +infin arasında değişebilir Durmada n = 0 ve s =1 dir Senkron ccedilalışmada

n = n1 ve s = 0 dır Bu iki sınır değer arasında asenkron makine motor olarak ccedilalışır

ve kayması daima pozitiftir Anma ccedilalışmasındaki değeri yuumlzde birkaccedil olup artan

anma guumlcuuml ile azalır ve kuumlccediluumlk guumlccedillerde yaklaşık 10 dan buumlyuumlk guumlccedillerde 1 in altına

duumlşer

Rotor doumlner alana goumlre ters youmlnde doumlnduumlğuumlnde elde edilen fren ccedilalışmada devir hızı

negatif ve kayma 1 den buumlyuumlktuumlr Rotor hızı doumlner alan hızını geccedilerse yani ngtn1 ise

kayma negatif olur (s lt 0) ve makine generatoumlr olarak ccedilalışmaya başlar (Baykal 2011)

Şekil 10 Standart Asenkron Motorların Anma Kayması ve Verimi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 30: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

17

24 ASENKRON MOTOR CcedilEŞİTLERİ

Asenkron motorlar rotor yapılarına goumlre ikiye ayrılır

Sincap kafesli (Kısa devre rotorlu) Asenkron Motorlar

Bilezikli (Sargılı rotorlu) Asenkron Motorlar

241 Uumlccedil Fazlı Kısa Devre (Sincap Kafesli ) Asenkron Motorlar

Uumlccedil fazlı sincap kafesli motorun yapılısı basittir Az bakıma ihtiyaccedil goumlsterir Bu tip

motorun oumllccediluumlleri aynı guumlccedilteki başka tip motorların oumllccediluumllerinden kuumlccediluumlktuumlr Değişik

yuumlklerdeki hız reguumllasyonu ccedilok iyidir Fiyatının ucuzluğu yapılışının sağlamlığı ve

istenilen ccedilalışma oumlzelliğine sahip oluşu yuumlzuumlnden bu tip motorlar sanayide ccedilok

kullanılır

Rotorlar accedilılmış oluklara basınccedil altında erimiş aluumlminyum puumlskuumlrtuumllerek doldurulur

Rotorun her iki başındaki kısa devre halkalar da aluumlminyumdandır Ayrıca bu halkalar

uumlzerine kanatlar da bırakılarak rotor işletmede vantilasyon suretiyle soğutulması

sağlanır 250 kW guumlcuumlne kadar kısa devre kafesleri aluumlminyumdan yapılmış asenkron

motorlar mevcuttur

Buumlyuumlk guumlccedil istenilen işletmelerde kısa devre kafesi yuumlksek dikdoumlrtgen şeklinde bakır

ccedilubuklardan ve bunları rotorun her iki başında kısa devre eden bakır halkalardan

yapılır Rotorda kaccedil adet oluk varsa rotorun faz sayısı buna eşittir

Kısa devre kafesli asenkron motorun yol alma oumlzellikleri iyi değildir Ancak basit ve

ucuz olmaları nedeni ile yaygın biccedilimde kullanılmaktadır Yol almasını kolaylaştırmak

iccedilin yuumlksek ccedilubuklu veya ccedilift kafesli olarak yapılırlar (Baykal 2011)

Şekil 11 Kısa Devre Asenkron Motorun Rotoru

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 31: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

18

242 Bilezikli (Sargılı rotorlu) AC Motorlar

Birccedilok sanayi yuumlklerinde uumlccedil fazlı değişik hızlı motora ihtiyaccedil duyulduğu yerler iccedilin

bilezikli asenkron motorlar geliştirilmiştir Bilezikli asenkron motorlara sargılı rotorlu

AC motor da denilmektedir Bu tip motorun statoru ile sargının yerleştirilmesi sincap

kafesli motorun aynıdır Rotor ccedilelik saccedillardan yapılmış silindirik bir goumlbektir 120

derece aralıklı uumlccedil adet tek fazlı kalıp sargısını yerleştirmek iccedilin rotor uumlzerine oyuklar

accedilılmıştır izoleli rotor bobinleri stator kutup sayısına eşit kutup sayısı elde edecek

şekilde gruplandırılmıştır Uumlccedil tek fazlı rotor sargısı aralarında yıldız bağlanarak ccedilıkış

uccedilları rotor mili uumlzerindeki uumlccedil bileziğe bağlanmıştır Bileziklere temas eden fırccedila uccedilları

hız kontroloumlruuml ayarlayıcısına bağlanır Fırccedilalar taşıyıcılar uumlzerindeki yayların basıncı

ile bileziklere sıkıca temas eder Doğru akım makinelerinde olduğu gibi youmln

değiştirmeye luumlzum olmadığı iccedilin fırccedila taşıyıcıları uygun bir durumda sıkıca tespit

edilmiştir

Bilezikli asenkron motorun rotorunda aynı statorunda olduğu gibi uumlccedil fazlı alternatif

akım sargısı vardır Stator 10 Kw guumlce kadar tek tabakalı orta guumlccedillerde ise iki tabakalı

sargılı yapılırlar Rotor ise tam oluklu veya kesirli oluklu sargılı olabilir Rotor sargı

uccedillarının bir tarafı bileziklere bağlanır Diğer tarafı ise kısa devre edilerek uumlccedil fazlı

sargının yıldız noktasını oluşturur Bilezikler uumlzerindeki fırccedila sistemi ile rotor

alternatif gerilim kaynağından ayrıca beslenir (Baykal 2011)

25 Elektrik Motorlarına Yıldız-Uumlccedilgen Yol Verme

Kalkış akımını duumlşuumlrmede en ekonomik youmlntemdir Uumlccedil kontaktoumlr ile bir zaman

roumllesinden oluşan kontaktoumlr kombinasyonudur Bu youmlntemle yol verebilmek iccedilin

motorun uumlccedilgen bağlı ccedilalışma gerilimi şebeke gerilimine eşit olmalıdır Oumlrneğin

uumllkemizde şebeke gerilimi 380 Volt olduğuna goumlre yıldız-uumlccedilgen yol verilecek motorun

etiketinde D380 V veya D380VY660V yazılı olmalıdır Volt elektrik motorlarında 2

ve 4 kutuplularda 3 kW (dacirchil) 6 kutuplularda 22 kW(dacirchil) den daha buumlyuumlk guumlccedilluuml

motorlar bu oumlzelliktedir Yani 380 V şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırlar

Motora yıldız-uumlccedilgen yol verildiğinde direkt yol vermeye goumlre şebekeden ccedilekeceği

akım 3 katı azalır Yıldız-uumlccedilgen yol vermede amaccedil motoru kalkış suumlresince yıldız

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 32: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

19

bağlı ccedilalıştırmak ve kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantısı olan uumlccedilgen

bağlı olarak ccedilalıştırmaktır

Motor kalkış sırasında yıldız bağlı ccedilalıştırıldığından motor sargılarına uygulanan

gerilim U radic3 değerine motorun şebekeden ccedilektiği akım ise 13 değerine duumlşer

Motorun sargılarına uygunalan gerilim azaldığından momenti oumlnemli oumllccediluumlde kuumlccediluumlluumlr

Yıldız-uumlccedilgen yol vermenin kusursuz olması iccedilin motorun yuumlk momentinin yıldız

bağlamadaki motor momentinden buumlyuumlk olmaması ve yıldız bağlamadaki suumlrenin

uygun olması gerekir Bu geccediliş suumlresi ccedilok oumlnemlidir Motor yıldız bağlantıda iken

anma devir sayısına ulaşıldığı anda uumlccedilgen bağlantıya geccedililmesi ve fazla aralık

verilmemesi gerekir

Boumlyle olursa yıldızdan uumlccedilgen bağlantıya geccedilişteki uumlccedilgen kontaktoumlruumlnuumln kapamama

akımı kuumlccediluumlk ve yıldızdan uumlccedilgene geccediliş darbesiz olur Aksi halde uumlccedilgen bağlantıya

geccedilişte akımda geccedilici artışlar goumlruumlluumlr Bunun sonucu kontaktoumlruumln kontakları ani

yuumlksek ısı nedeniyle kaynak olabilir

Bir şebekede uumlccedilgen bağlı ccedilalışacak motor aynı şebekede yıldız bağlı (Y) olarak

ccedilalıştırılabilir Ancak bu durumda motorun guumlcuuml ve momenti duumlşer Bu oumlzellikten

yararlanarak asenkron motorların kalkış anında ccedilektikleri fazla akımı azaltmak iccedilin

yıldız-uumlccedilgen yol verme uygulanması yapılabilir

Şebekede yıldız bağlı ccedilalıştırılması gereken motor yanlışlıkla uumlccedilgen bağlı ccedilalıştırılırsa

sargılarına radic3 katı buumlyuumlk gerilim uygulanmış olur Gerilimdeki artış oranı kadar sargı

akımı buumlyuumlyeceğinden motor aşırı akım ccedileker ve kısa suumlrede artacak ısı sonucu

sargılar yanar

Onun iccedilin yıldız bağlı ccedilalışması gereken motor kesinlikle aynı şebekede uumlccedilgen bağlı

ccedilalıştırılmaz (URL6)

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 33: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

20

Şekil 12 Motora yıldız-uumlccedilgen yol verme

Şekil 13 Stator Sargı Uccedillarının Uumlccedilgen (D) Ve Yıldızı (Y) Bağlanması

Şekil 14 Asenkron Motora Yol Verme

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 34: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

21

26 FANLAR

261 Genel Bilgiler

Fanlar hava veya benzeri gazları basınccedillandırarak belirli bir akış yolu iccedilinde hareket

etmesini sağlayan turbo makinelerdir İyi bir fan istenilen performansı yerine

getirirken verimi yuumlksek enerjiyi daha az tuumlketen muumlmkuumln olduğunca guumlruumlltuumlsuumlz

ccedilalışan ve maliyeti duumlşuumlk olan fandır Fanların tahrik sistemlerinde elektrik motorları

kullanılmaktadır (URL3)

262 Fan Ccedileşitleri

Fanlar aşağıdaki gibi sınıflandırılmaktadır

Eksenel (aksiyel) fanlar

Radyal (santrifuumlj) fanlar

Karışık akışlı (eksenel-radyal) fanlar

Ccedilatı tuumlruuml fanlar

Karşıt akımlı fanlar (blower)

Vorteks ya da rejeneratif fanlar

Diğerleri

Elektrik motorlarında radyal fanlar kullanılmaktadır (URL8)

Bu kısımda projemiz iccedilin incelediğimiz 3 ccedileşit fanı accedilıklayacağız

2621 Eksenel Fanlar

Havanın fan ccedilarkı ile aynı eksende youmln değiştirmeden hareket ettiği fanlardır Yuumlksek

hava debileri ve duumlşuumlk basınccedil sınıfına sahip sistemler iccedilin uygun fanlardır Şekil 15

rsquode oklar akış youmlnuumlnuuml (simetri eksenine paralel) goumlstermektedir

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 35: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

22

Şekil 15 Akışın Simetri Ekseninde Hareket Etmesi

2622 Karışık Akışlı (Radyal-Eksenel) Fanlar

Havanın kanatlar uumlzerinden emmesine goumlre yaklaşık 45deg accedilı yaparak hareket ettiği

fanlardır Radyal fanlara goumlre hava debisi daha yuumlksektir

Eksenel fanlardan daha yuumlksek basınca dayanabilir

Fan eğrisi uumlzerinde kararsız boumllge yoktur

Karşı basıncın duumlşuumlk olduğu boumllgelerde motor aşırı akım ccedilekmez

Eksenel ve radyal fanlara goumlre verimleri duumlşuumlktuumlr (URL6)

Şekil 16 Karışık Akışlı Fan Uygulamaları

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 36: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

23

2623 Radyal (Santrifuumlj) Fanlar

Havanın fan ccedilarkını emmesine goumlre 90deg accedilı yaparak kanatlara teğet olarak terk ettiği

fanlardır

Radyal fanların avantajları aşağıdaki gibidir

Geniş bir uygulama aralığına sahiptir

Yuumlksek sıcaklık ve aşındırıcı ortam uygulamalarında kulanılır

Değişken akış direncine sahip yerlerde daha verimli ve daha sessiz ccedilalışma

olanakları vardır

Yapısal kararlılıkları yuumlksektir (URL6)

Radyal Duumlz Kanatlı Fanlar

Genellikle kendi kendini temizleme malzeme taşıma ve parccedilacık ve yağ yuumlkluuml havanın

uygun halde taşınması gibi durumlarda kullanılırlar ve bunun iccedilin duumlz kanatları vardır

Ccedilarkları basit bir yapıya sahiptir ve nispeten dar kanatları vardır

Elektrik motorlarında genellikle ccedilift youmlnluuml ccedilalışmaya uygun olması iccedilin radyal duumlz

kanat tipli bu fanlar seccedililiyor

Şekil 17 Radyal Duumlz Kanatlı Fanlara Oumlrnekler

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 37: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

24

BOumlLUumlM 3 BULGULAR VE TARTIŞMA

31 SONLU ELEMANLAR YOumlNTEMİ

Sonlu elemanlar youmlntemi muumlhendislik problemlerine kabul edilebilir yaklaşımlarla

ccediloumlzuumlm arayan sayısal youmlntemdir (Moavani 2015) Sonlu elemanlar youmlntemi diğer bir

ifade şekliyle fiziksel şeklin matematiksel ifadesidir Bu kurduğumuz siste sınırlara

ayırılabilen ve malzeme şartlarına uygun olan bir sistem olmalıdır

Sonlu eleman youmlntemindeki basamaklar

Yaklaşık Ccediloumlzuumlm Youmlntemi

Geometrik Şekil

Nod

Eleman

Mesh

Ayrıklaştırma

Şekil 18 Sonlu Eleman Modeli

Eleman

Nod

(Duumlğuumlm

noktaları)

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 38: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

25

Sonlu elemanlar youmlntemi matematik ve fizik biliminin buumltuumln alanlarında kullanılır

Gerilme Analizi

Akışkanlar Mekaniği

Isı İletimi

Dalga Yayılımı

Darbe Analizi

Aerodinamik vb alanlardır

Sonlu elemanlar youmlntemini kullanırken oumlncelikle şu soruların cevaplarını bulmalıyız

Dizayn amacımız nedir

Bu sistemi modellemek iccedilin gerekli olan bilgiler nelerdir

Bu dizayn iccedilin hangi kriterler gerekir

311 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Pozitif Youmlnleri

Geometrisi karışık cisimlerin incelenmesini kolaylaştırır Geometri basit kısımlara

ayrılıp burada ayrı veya daha hassas işlemler yapılabilir

Parccedilanın geometrisini değiştirmeye gerek kalmaz

Youmlntemde hem fiziksel hem matematiksel temeli vardır

Sonlu elemanlar youmlntemi iccedilin ccedilok farklı programlar bulunmaktadır (Ansys Marc

Nastran ) (Moavani 2015)

312 Sonlu Elemanlar Youmlnteminin Negatif Youmlnleri

Elde edilen sonuccedilların doğruluğu hangi sonlu youmlnteminin kullanıldığına bağlıdır

Ccedilıkacak durum oumlnceden tespit edilmeli ve ona goumlre bir ccediloumlzuumlm youmlntemi

kullanılmalıdır Bu yuumlzden oumlnceden iyi tesipt edilemezse doğru değer bulunamaz

ve doğru ccediloumlzuumlm iccedilin zaman kaybı olabilir

Doğru ccediloumlzuumlm iccedilin elemanın ayrıştırılması (mesh) atanması gerekir

Bu meshin iyi atılması gerekir yoksa ccediloumlzuumlmuumln yakınsamaları değişebilir

(Moavani 2015)

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 39: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

26

32 ANSYS PROGRAMI

ANSYS genel amaccedillı kullanılan sonlu elemanlar programıdır Ansys yazılımı

mukavemet titreşim akışkanlar mekaniği ısı transferi ve elektromanyetik alanlarının

birbiri ile olan interaksiyonunu simule eden yazılımdır

Boumlylelikle ANSYS uumlruumlnlerin prototipleri uumlretilmeden sanal ortamda test edilmelerine

olanak sağlar Ayrıca sanal ortamdaki 3 boyutlu simulasyonlar neticesinde yapıların

zayıf noktalarının tespiti ve iyileştirilmesi ile oumlmuumlr hesaplarının gerccedilekleştirilmesi ve

muhtemel problemlerin oumlngoumlruumllmesi muumlmkuumln olmaktadır

ANSYS yazılımı sadece ihtiyaccedil duyulan oumlzelliklerin alınmasına fırsat vererek ilave

edilebilen CAD ve FEA bağlantı modulleri ile masa uumlstuumlnde kullanılan diğer

muumlhendislik yazılımları ile entegre bir şekilde ccedilalışabilmektedir

ANSYS yazılımı hem dışarıdan CAD datalarını alabilmekte hem de iccedilindeki

preprocessing imkacircnları ile geometri oluşturulmasına izin vermektedir Yine aynı

preprocessr iccedilinde hesaplama iccedilin gerekli olan sonlu elemanlar modeli yani mesh de

oluşturulmaktadır Yuumlklerin tanımlanmasından sonra ve gerccedilekleştirilen analiz

neticesinde sonuccedillar sayısal ve grafiksel olarak elde edilebilir

ANSYS yazılımı ile oumlzellikle contact algoritmalarının ccedileşitliliği zamana bağımlı

yuumlkleme oumlzellikleri ve nonlinear malzeme modelleri sayesinde yuumlksek muumlhendislik

seviyedeki analizleri hızlı guumlvenilir ve pratik bir şekilde gerccedilekleştirilebilmektedir

ANSYS Workbench parametrik CAD sistemlerini eşsiz bir otomasyon ve performans

ile simulasyon teknolojilerini entegre eden bir platformdur ANSYS Workbenchrsquoin

guumlcuuml yılların bilgi birikimi ile arkasında duran ANSYS ccediloumlzuumlcuuml algoritmalarından gelir

Ayrıca ANSYS Workbenchrsquoin amacı sanal ortamda uumlruumlnuumln verifikasyonunu ve

iyileştirmesini sağlamaktır

Oumlzellikle PC ile uyumluluğun uumlst seviyede olabilmesi iccedilin yazılmış olan ANSYS

Workbench sadece bir arayuumlzden ileri bir ccedilalışma ortamındır ve ANSYS Workbench

ile herhangi bir ANSYS lisansına sahip herkes ccedilalışabilir Aynı alışılagelmiş ANSYS

arabiriminde olduğu gibi ANSYS Workbenchrsquode de kapasiteler sahip olunan lisansın

doğrultusunda sınırlıdır (URL9)

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 40: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

27

ANSYS programının bu oumlzelliklerinden dolayı programı kullanmaya karar verdik

Ansys programının oumlncellikle akışkan mekaniği ve dinamiğinde kullanılan iki ayrı

boumlluumlmuuml bulunmaktadır Bu boumlluumlmler Fluent ve CFX boumlluumlmleridir Bizim

kullandığımız boumlluumlm ise ANSYS CFX boumlluumlmuumlduumlr

33 MEVCUT FAN UumlZERİNDE YAPILAN ANALİZLER

ANSY projesinde oumlncelikle CFX kısmını kullanıldı Ccediluumlnkuuml ANSYS programında

CFX ve Fluent programı hesaplamalı akışkanlar dinamiği iccedilin kullanılmaktadır Ancak

ANSYS CFX turbo makinalar iccedilin kullanıldığından oumlnceden de goumlsterildiği gibi bir

nod alırken huumlcrelerin orta noktalarından nod hesabı yaptığı iccedilin verdiği değerler fan

analizi iccedilin daha iyi bir yakınsama goumlsterir Bu sebeple ANSYS CFX kısmı kullanıldı

İlk olarak mevcut fan uumlzerinde ccedileşitli incelemeler yapıldı

Mevcut fan uumlzerinde 10 kanat var iken suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilok fazla olduğu saptandı

Bunun uumlzerine motorun akışını kolaylaştırma yoluna gidildi

Havayı oluklara daha iyi aktarabilecek kısım fanın kanat boyu olduğu iccedilin fanın

kanatlarının uzunluğunda değişiklik yapılmasına karar verildi

Fandan ccedilekilen debi miktarı ve tork değerlerini tam alabilmek ve mevcut fanın

verimini oumllccedilebilmek iccedilin oumlncelikle esas oumllccediluumllerine goumlre ccedilizilen fan ANSYS

programına aktarıldı File gt Import gt Design Moduler şeklinde SolidWorksrsquo ten

ANSYS programına aktarıldı

Şekil 19 SolidWorksrsquo ten İmport Etmek

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 41: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

28

Fanın ccedilevresinde akış hacmi oluşturmak iccedilin katı modelin ccedilevresindeki hava

modellenir

331 Geometri

Oluşturulan akış hacminde havanın giriş ve ccedilıkış kısımları İnlet-Outlet şeklinde

belirtilir

Analys tools komutlarından xy duumlzleminde halka oluşturulur

Burada modeling kısmı 3 boyutlu işlem yapacağı zaman seccedililen kısımdır

Aşağıdaki şekilde de goumlruumlleceği uumlzere

Şekil 20 Akış Alanı Belirleme

Burada exturude komutuyla birlikte oluşturulacak akış hacminin kaccedil mm

uzatılacağı belirtilir Hepsini bir buumltuumln haline getirmemek iccedilin lsquovar olanla

birleştirilsin mirsquo sorusuna hayır denilir

Daha sonra ccedilevresine yayılan boşluk iccedilin Outlet tanımlaması yapılır

Bu işlemleri gerccedilekleştirdikten sonra kesit gerekir İlk oumlnce plane (duumlzlem)

belirlenir Bunun iccedilin hangi duumlzlemi seccedililecek ise (oumlrneğin xy) onu seccedilip plane

tıklanır Plane boumllgesinden ne kadar uzakta olacağı belirlenir Biz de değer 34 mmrsquo

dir Ccediluumlnkuuml kanatların boyu 31 mm olduğundan mesh atamada sorun ccedilıkmaması

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 42: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

29

iccedilin 34 mm uzaklıkta bir plane atanır Bu Planersquoi slice komutuyla keserek 3 farklı

boumllge oluşturulmuş olur

Akışkan hacmini oluşturmak iccedilin dolu olan kısımlar belirlenip ona goumlre hareket

edilir Bunun iccedilinde milin iccedilini dolu kabul edilir

Akışkan hacmi iccedilin yapılan bir diğer işlem ise oluşturulan hacimden fanın hacmini

booelangt substrack komutları ile akışkan hacminin bulunmasıdır

Mevcut fanın uumlzerine sağ tıklanarak ve suppress body komutu seccedililir Boumlylelikle

fanı gizleyerek sadece akışkan hacmi goumlruumlluumlr

Daha sonra oluşan parccedilaların arasında boşluk olmaması iccedilin ve bağlantı sağlamak

iccedilin part kısımlarını seccedililerek sağ tıklanır from new part seccedililir

Şekil 21 Slice Komutu ile Boumllgelere Ayırma

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 43: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

30

Şekil 22 Parccedilalar Arası Bağlantının Sağlandığı FromNew Part Boumlluumlmuuml

Mesh kısmını suumlruumlkleyip project schematic boumlluumlme bırakılır Bu boumlluumlmde geometri

onaylanır ve en altta bulunan meshrsquoe tıklanır

332 Sayısal Ağ Oluşturma (Mesh)

Şekil 23 Mesh oluşturma

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 44: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

31

Şekil 24 Mesh Geometrisi

Sonlu sayıda hacimle ccedilalışıldığından sonlu sayıda hacime boumllmek gerekir Sonlu

sayıda hacime boumlluumlnen kısımlar farklı farklı olabilir

Bu huumlcreler kapsadığı alanın oumlzelliklerini yansıtır Bunların ccedilevresindeki nodlar

bunların ortalaması ile belli bir oumlzelliğe sahip olmuş olur

Bu huumlcrelerin arttırılması yani ayrıştırmaların ccediloğaltılması ne kadar fazla olursa o

kadar yakınsama olur ve ccediloumlzuumlm iyileşir

Ancak sayısal ağ ccedilok fazla attırıldığında ccediloumlzuumlm suumlresi ccedilok fazla artacağından

ekonomik değildir

Bu sebepten dolayı mesh ( ayrıştırma) atarken akışkanın en fazla değişim

goumlstereceği kısımlarda daha fazla sayısal ağ oluşturulur Boumlylelikle daha iyi bir

yakınsama elde edilir Akışkanın değişim goumlstereceği yerler genellikle yuumlzeylerle

temas edilen kısımlardır Mevcut fanın analizin de orta kısımlarda pek fazla

değişiklik olmaz Bu nedenle sınırlara yakın kısımlara daha fazla ağ oluşturulur

Detail of Mesh kısmından hangi kısımlarda ne kadar buumlyuumlkluumlkte mesh

atılabileceğine bakılır

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 45: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

32

Detail of Mesh kısmından Phsics preference kısmı seccedililerek CFDrsquoi seccedililir Solver

Preference kısmından ise CFXrsquoi seccedilip devam edilir

Analiz yaparken belirlenmesi gereken kısımlar vardır Bunun iccedilin diğer kısımlar

seccedililerek hide body seccedililerek kapatılır ve select all body seccedililerek kanatlara isim

verilir

Şekil 25 Mesh İsimlendirme

Akışkanın girişine inlet ccedilıkışına outlet denilir

Mesh atımında minimum yakalayacağı huumlcreler ile maksimum yakalayacağı

huumlcrelerin milimetre hesabı oumlnemlidir Bu yuumlzden kanadın kalınlığı 25 mm olduğu

iccedilin 2 mmrsquo den az olan huumlcre belirlenir Maksimum 15 mmrsquo den buumlyuumlk huumlcreler

olması duumlşuumlnuumllerek analizin yakınsaması sağlandı

Meshrsquoi tıklayıp oradan insert size kısmın da bulunan isimlerde kanatlar seccedililir

Kanatlara maksimum 3 mm buumlyuumlkluumlk seccedililir Devamında ise kanatları hide face

komutuyla gizlenir ve geriye kalan kısımlar iccedilin sizing iccedilin yine 3 mm verilir

Daha sonra kanat ve ccedilevresine ccedilizilen akış hacmi seccedililerek tekrar size kısmından

buumltuumlnuumlne 8 mm verilir Bu kısım iccedilin mesh atanır Yuumlzeyler seccedililerek Preview

Surface Mesh on Selected Bodies denilir ve mesh işlemi tamamlanmış olur

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 46: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

33

Şekil 26 Meshrsquo in Goumlsterimi

Ancak mesh işleminde silindirik yuumlzeylerde sweep komutuyla daha kolay mesh

atılabileceği iccedilin istenen yuumlzey iccedilin sağ tıklayıp İnsertgt Method gtSweep Number

Divs komutlarından kaccedil sıra mesh atılacağı belirlenir 20 sıra vererek mesh atıldı

Suumlpuumlrme işlemi ile mesh atarken hangi yuumlzeyi kaynak olarak alınacağı da

boumlylelikle belirlenmiş olur

Mesh sayfasını kapatıp daha sonrasında workbench kısmında meshin uumlzerine cfx

kısmını bırakılır

Mesh setupgt solutiongt results dan sonuccedillar elde edilir

Daha sonra geometry design da motorun kapağına uygun bir sınır belirlenerek

analiz yapılır

Geometriyi duumlzenlenerek CFXrsquo e aktarılır

Daha oumlncesinde de bahsedildiği uumlzere ANSYS de CFX kullanıldı CFX

kullanılmasının bir diğer sebebi de CFXrsquo in fan konusunda ANSYSlsquo in mesh

kısmından daha bağımsız ve daha hassas olmasıdır

Yapılan isimlendirmeler tekrar kontrol edilir Her farklı işlev iccedilin farklı

isimlendirme yapmak ccedilok oumlnemlidir boumlylece havanın nereden girip ne şekilde

ccedilıkacağını isimlendirmelerden goumlruumllebilir Ve bu isimlendirmeler iccedilin ayrı ayrı kod

yazılır

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 47: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

34

333 Sınır Şartları

Şekil 27 Sınır Şartlarının Belirlenmiş Hali

ANSYS setup kısmında Insert gt Solver gt Output Control komutları seccedililerek code

yazılır MassFlow ()inlet gt Torque_z()kanatlar olarak giriş kısmının kuumltlesel

debisi iccedilin komut yazılır

Ayrıca Insert gt Material kısmından sıcaklığı 25reg basıncı 1 atm entalpi değerini 0

olarak şartları belirlenir

Malzemenin kapak kısmı ccedilelik olarak belirlenir

Solver Control kısmından high resuluiton seccedililerek ccediloumlzuumlmuumln kalitesi arttırılır

Solver Control kısmından Residual Target artık tipini RMS olarak ve onun

yakınsama sınırı 10-5 belirlenir Rms elemanların karelerinin koumlkuumlnuuml alarak

ortalamasını alan youmlntemdir

Yine Solver Control kısmından minimum iterasyonu 1 maksimum İterasyonu ise

500 verilir

İnlet kısmı belirlenirken Boundary Type ( sınır şartları) opening olarak seccedililir

Opening verilmesindeki amaccedil akışkanların iccedileriden girip dışarıya ccedilıkışlarının

sağlanmasıdır Aksi halde ccediloumlzuumlmuumln yakınsamasın da sorunlar oluşabilir Opening

şartında ayrıca akışkan daha ccedilabuk toparlanır ve analiz daha kolaylaşır

Flow Direction komutunda normal sınır şartları belirlenir

Suumlreklilik şartı olarak da Fluid Mass Fluxrsquou seccedililir Bunun yanında sınır kontuumlruuml

iccedilin bağıl basınccedil ayarlarını seccedililir Aynı şekilde outlet iccedilin de aynı ayarlar yapılır

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 48: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

35

Domaine basılıp kapak kısımları ve motor kısımları seccedililir Bu dış kısımları duvar

olarak belirlenir ve duvar hareket edemeyeceğinden No Slip Wall seccedileneği olarak

belirtilir Duvarları suumlrtuumlnmesiz olduğu varsayılıyor

Fan ve kanatlar kısmında Boundry Type olarak Wall olarak belirleyip Frame type

gt rotating (doumlnuumlyor) belirtilir

Ccediloumlzuumlm metodu olarak RNG k-euro modeli kullanılır

Şekil 28 Setup Koşulların Belirlenmesi

334 Ccediloumlzuumlm - Sonuccedillar

Setup kısmını kapatılarak solution ekranı ccedilift tıklanarak ccedilıkan ekran da RUN seccedililerek

ccediloumlzme işlemi başlatılmış olur

Ccediloumlzme işlemi bittiğinde results kısmından sonuccedillar goumlruumlntuumllenebilir

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 49: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

36

Şekil 29 Akışın Youmlnelişi

Şekil 30 Debi Sonucu

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 50: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

37

34 YENİ FAN TASARIMI

341 Fan Tasarımı İccedilin Kabuller

Havanın sıkıştırılamaz olduğunu kabul edildi Havanın sıkıştırılmaz olduğu

varsayılarak yoğunluğu değişmez ve 12 kgm3 olarak kabul edilir

Ccediloumlzuumlmde suumlrtuumlnmeler ve ısı kayıpları ihmal edilir Ccediluumlnkuuml bu değerlerin

hesaplanması ccedilok uzun suumlreceği iccedilin ccediloumlzuumlm youmlntemi iccedilin ekonomik olmaz

Gerccedilekle arasında ccedilok buumlyuumlk bir fark olmayacağı varsayılmıştır

Verimi arttırmak iccedilin orijinal fanın analizinden elde edilen tork değeri duumlşuumlk

tutulmaya ccedilalışılmıştır

Motorun tek bir youmlne doumlneceği duumlşuumlnuumllmuumlştuumlr

342 Fan Tasarım Parametreleri

Bir fan tasarımında belli başlı kriterleri ele alabilmek iccedilin mevcut fan uumlzerinden

değerler bulundu

Tablo 7 Mevcut Fanın Oumlzellikleri

Devir Sayısı ( ddk) r hub (mm) rtip (mm)

1498 25 77

Radyal hız hesaplandığında w= 15687 radsn bulunmuştur r hub diye isimlendirilen

kısım fanın giriş accedilısı iccedilin gerekli olan kanadın başlangıcı ile milin merkezi arasındaki

uzaklıktır r tip ise fan kanadının bitiş noktası ile mil merkezi arasındaki uzaklığın

yarıccedilap cinsinden ifadesi olmaktadır

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 51: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

38

Fan kanat tasarımında oumlnemli olan w (accedilısal hız)hızının kanatlara ne kadar dik

gelebildiğidir Bu kanat hacmine ne kadar iyi bir şekilde gelirse akışkan o denli iyi

akabilir ve kanat profili oluşur

U_hub= w (radsn) x r hub

U_tip = w x r tip

Beta = arctan(vu)

A_inlet= (r tip 1000)sup2π ndash r hub 1000)sup2π

Verim= (Q x P) (TxW)

V (akışın mutlak hızı)= Debi Alan

Tablo 8 Sonuccedil olarak elde edilen değerler

r_h (mm) 25 r_t (mm) 77 r_h (mm) 50 r_t (mm) 80

U_h (ms) 3927 U_t (ms) 1209516 U_h (ms) 7854 U_t (ms) 125664

A_in (m^2) 0016663 A_out (m^2)0012252

V_in (ms) 2350516 V_out 3196702

beta_h 5909726 beta_t 7900249 beta_h 678529 beta_t 7572755

giriş ccedilıkış

Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları Vurmasız giriş olması iccedilin kanat accedilıları

Bu değerlere goumlre BladeGende yeni bir kanat profili oluşturulur

r tip

r hub

Şekil 31 Fan Kanatlarının Accedilısı

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 52: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

39

Şekil 32 BladeGen Kanat Profili

Oluşturduğumuz bu geometriye daha oumlnceki boumlluumlmde bahsedilen fana yapılan adımlar

uygulandı (Yeni oluşturulan fanın geometrik deseni ektedir)

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 53: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

40

3421 Geometri

Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

3422 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 34 Yeni Fan Tasarımının Sayısal Ağ Oluşturulması

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 54: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

41

3423 Ccediloumlzuumlm

Şekil 35 Tasarımı Yapılan Fanın Verimi

Accumulated Time Step sayısı iterasyonu goumlstermektedir Daha fazla yakınsama iccedilin

daha fazla koşturulabilir

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 55: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

42

Şekil 36 Tasarımı Yapılan Fanın Torku

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 56: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

43

3423 Sonuccedillar

Şekil 37 Akışın Youmlnelişi

Bu kısımda verimi arttırabilmek iccedilin tork azaltılmaya ccedilalışıldı Boumlylece kanatlara

harcanan toplam guumlccedil azaltılarak iyileştirmeler yapıldı

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 57: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

44

Kanadın iş yapan kısmını arttırarak orijinal fanda kanadın suumlpuumlrduumlğuuml alanın ccedilapı

154 mm iken yeni fan da 160 mmrsquoye ccedilıkarıldı

Kanatlar daha eğimli ama daha eksenel bir forma getirildi

Bu motorda toplam guumlccedil iccedilin 60 watt olduğunda yaklaşık 6 wattrsquo lık guumlccedil fan iccedilin

harcanıyordu Fanın verimliliği ccedilok oumlnemli olduğu iccedilin debiyi sabit tutulmaya

torku da duumlşuumlruumllmeye ccedilalışıldı

Tablo 9 ANSYSrsquo de Elde Edilen Deneyler

tork(Nm) w(radsn) m(kgs)

Orijinal Fan 00393645 15687 0048168

Yeni Fan 00043869 15687 0032261

Goumlruumllduumlğuuml gibi tork buumlyuumlk oranda duumlşmuumlş ancak onunla birlikte debi de biraz

duumlşmuumlştuumlr

343 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanması

Motorun arka ve oumln kısımlarına sırt sırta fan bağlayarak havanın akışını hızlandırma

ve soğutmayı arttırma işlemi amaccedillandı Gerccedilek boyutlarda uygulamadan oumlnce fanı

motor şeklini verilen kısım da tek başına analiz yapıldı Verimli bir sonuccedil alabilmek

iccedilin ikili fan deneyi yapıldı

3431 Geometri

Şekil 38 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 58: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

45

3432 Sayısal Ağ Oluşturma

Şekil 39 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Sayısal Ağ

Oluşturulması

Yapılan analiz de goumlzlemlenen sonuccedillar şunlardır

Bir motorun etrafında sınırlayıcı bir alan olmadığı iccedilin sınır şartları olarak setup

kısmında yine havayı 1 atm basınccedil olarak alınır Eğer sınırlayıcı bir alan olsaydı

oluklardan hava akışı doğrudan motorun arka kısmına gelecekti Ccedilıkış noktasına ise

kapak yerleştirildi giriş noktasında atmosfer ccedilıkışı ise kapak olarak sınırlandı

3433 Kod Ccediloumlzuumlmuuml

Debi ndash 000064 mᵌ sn olarak ccedilıktı Motorun hava ccedilıkış kısmına fan bağlamanın verimli

olmadığı sonucuna varıldı Oumlnceden oluşturulan oluklardaki 1cmrsquolik aralıklarla

havanın geniş bir alana gitmesi ccedilok zordur Ve bu akışı goumlnderebilmek iccedilin fazladan

basınccedil uygulanması gerekir Bu sebepler debinin duumlşmesine sebep olmuştur

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 59: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

46

Şekil 40 Motorun Arka ve Oumln Kısımlarına Fanın Bağlanmasının Ccediloumlzuumlmuuml

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 60: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

47

BOumlLUumlM 4 SONUCcedilLAR

Verim= (Alınan Guumlccedil Verilen Guumlccedil)= (∆P x Q) (T x ὠ)

A_inlet = (r_tip)2 1000 - (r_hub)21000

A_outlet =( U_h1000)2 - (U-t1000)2

U= ὠ x r

Fan hesaplarıdan debi değeri ve tork değeri duumlşmuumlştuumlr Aşağıda yeni fanımızın verimi

yukarıdaki formuumlllere goumlre excelde hesaplanmıştır

tork(Nm) w(radsn) ṁ(kgm^3) verim deltap (Pa)

Orijinal Fan 00393645 15687 00391 60152783 95

Yeni Fan 00043869 15687 0039167 54068744

Tabloda da goumlruumllduumlğuuml uumlzere eski fanın oumlzelliklerine bakılarak hız uumlccedilgeni youmlntemiyle

oluşturulan yeni fan 540 verimli ccedilıkmıştır

Motorun oumln kısmın koyduğumuz fanda ise dar oluklardan buumlyuumlk bir hacime giriş

yaptığı iccedilin tek youmlnluuml analizde kuumltlesel debi negatif değerde ccedilıkmıştır

(Kuumltlesel debi) ṁ=ƍ( oumlzkuumltle) x A(alan) x V( akışkan hızı)=kgsn ndash Formuluumlnden

dolayı verimin hesaplanmasına gerek yoktur

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 61: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

48

BOumlLUumlM 5 EKLER

EK1- MEVCUT FAN

EK2- YENİ FAN

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 62: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

49

KAYNAKCcedilA

Baykal R 2011 Asenkron Motorlar Uumlzerine Enerjiİ Verimliliği Uygulanması

Yayın Tarihi 15032011

Ccedilalışkan M 2014 Eksenel Akışlı Fan Tasarımı Yuumlksek Lisans İstanbul Teknik

Uumlniversitesi TUumlRKİYE

Moavani S 2015 Sonlu Elemanlar Analizi Teorisi ve Ansys ile Uygulamalar

İstanbul

Onaygil S 2006 Enerji Verimliliği Kanunun Tanıtımı Yuumlksek Lisans

URL1 lthttpdeneysancomContentimagesdocumentshavalandirma-

4_39143832pdfgt Erişim Tarihi 12032016

URL2 lt httpwwweiegovtrgt Erişim Tarihi 20042016

URL3 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

12052016

URL4 ltwwwtuumlikgovtrgt Erişim Tarihi 14052016

URL5 ltwwwemoorgtrekler364734147179187_ekpdfgt Erişim Tarihi 16052016

URL6 ltwwwinverter-plcnetmotoryıldız_uumlccedilgen_bağlantıhtmlgt Erişim Tarihi

18052016

URL7 ltwwweiegovtreie-webturkceenMotor_Verimliligi_Brosurupdfgt Erişim

Tarihi 20052016

URL8 lthttpalfercomtrwebkontroluploadsfilesfantechpdfgt Erişim Tarihi

07062016

URL9 ltwwwfigescomtransysansys-nedirphpgt Erişim Tarihi 09062016

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 63: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

50

OumlZGECcedilMİŞLER

Elif CcedilİCcedilEK

Eyluumll 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Duumlzce Anadolu İmamhatip Lisesinde

tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi İlahiyat Fakuumlltesirsquoni kazandı 2012 yılında

Marmara Uumlniversitesi Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine

başladı Halen eğitimine devam etmektedir

İletişim

apsuvaelifhotmailcom

Nesrin ALTUNBOĞA

Ağustos 1992rsquo de doğdu Lise oumlğrenimini Haydarpaşa Teknik Okulları Raylı

Sistemler Teknolojileri Boumlluumlmuumlnuuml tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi

Teknoloji Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Boumlluumlmuumlnuuml kazandı Halen eğitimine

devam etmektedir

İletişim

naltunbogagmailcom

Rumeysa ALGUumlL

Ekim 1992rsquo de Konyarsquoda doğdu Lise oumlğrenimini Lafarge Aslan Ccedilimento Anadolu

Teknik Lisesirsquonde 2010 yılında tamamladı Aynı yıl Marmara Uumlniversitesi Teknoloji

Fakuumlltesi Metalurji ve Malzeme Muumlhendisliğini kazandı 2013 yılında Teknoloji

Fakuumlltesi Mekatronik Muumlhendisliği Eğitimine başladı Halen eğitimine devam

etmektedir

İletişim

rumeysaalgulgmailcom

51

52

Page 64: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

51

52

Page 65: T.C. - dosya.marmara.edu.trdosya.marmara.edu.tr/tf/mrm/Bitirme/2016/6_elektrik_motorlarinda... · Şekil 32 BladeGen Kanat Profili..... 39. ix Şekil 33 Yeni Fan Tasarımının Geometrisi

52