Elektromanyetik kavramaların tasarım parametrelerinin analitik ve nümerik yöntemlerle optimizasyonu
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2022
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: MEMET ÖZDEMİR
Danışman: Selim Hartomacıoğlu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu çalışmada, elektromanyetik kavramanın tasarım ve analizi yapılacaktır. Elektromanyetik kavrama sistemleri paketleme makinaları, tel germe üniteleri, matbaa makinaları vb. birçok uygulama alanında vardır. Kavramın devreye girip çıkması geleneksel mekanik kavramalarda olduğu gibi mekanik bağlantıyla değil, elektromanyetik ilkesiyle gerçekleşir. Elektromanyetik kavramanın ana bileşenleri, bir bobin, bir armatür, rotor ve gövdedir. Armatür plakası sürtünme ile kaplanmıştır. Bobin rotorun arkasına yerleştirilmiştir. Kavrama devreye girdiğinde elektrik devresi bobine enerji verir ve manyetik bir alan oluşur. Kavramanın rotor kısmı mıknatıslanır. Manyetik alan rotor ve armatür arasında hava boşluğunu aştığında armatürü rotora doğru çeker. Temas yüzeyinde oluşan sürtünme kuvveti tork olarak aktarılır. Etkileşim süresi, manyetik alanların, ataletin ve hava boşluğunun gücüne bağlıdır. Bobinden voltaj kesildiğinde kontak kesilir. Bu tip kavramalar mekanik bağlantı kesilir kesilmez sorunsuz ve hızlı bir şekilde çalışır. Bunun yanında elektromanyetik kavrama sistemleri akım ile tork kontrolü kabiliyeti sağladığı için tercih edilir. Ancak aktivasyon enerjisi bobinde ısı enerjisi olarak çözülür. Bu durum sorun yarabileceği için kavramanın maksimum sıcaklığı bobinin yalıtımı ile sınırlandırılır. Mekanik kavramaların uzun süren tepki sürelerinin üstesinden gelmek için önerilebilen elektromanyetik kavramanın çalışma prensibi ve avantajları göz önünde bulundurularak bu çalışma kapsamında da elektromanyetik kavrama sisteminin tasarım aşamaları ayrıntılı olarak gerçekleştirilecektir. Daha sonra kavrama sisteminin güvenli çalışmasını sağlamak için gövde, rotor, armatür, flanş ve rotor elemanların elektromanyetik kavrama tasarım parametrelerinin optimizasyon çalışmaları sonlu elemanlar metodu ile yapılıp tasarım parametreleri tespit edilecektir. Deneysel tasarım metodu olarak kesirli deney tasarım metodu kullanılmıştır. Deneysel tasarım için kontrol edilebilen parametreler belirlendikten sonra seçilen parametreler ve belirlenen seviyeleri ile deneysel eşleştirme tablosu hazırlanmıştır. Bunun için Deney faktör ve seviyeleri tablosu kullanılmıştır. Sonrasında seçilen bu deney tablosuna göre simülasyonlar Ansys Maxwell yazılımı ile gerçekleştirilmiş ve sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen çekme kuvvetlerinden sürtünme elemanının sürtünme katsayısı kullanılarak frenleme torkları hesaplanmıştır. Sonrasında Yanıt yüzeyi Metodu (RSM) kullanılarak tahmin modeli oluşturulmuş ve tam eşleştirme sonucuna göre 62 deney sonucu tahmin edilmiştir. Tahmin performansını tespit etmek için seçilen iki deney sonucu tekrar simülasyon yapılmış ve sonuçlar kıyaslanmıştır. Elde edilen sonuçlar üzerinden ilk olarak maksimum tork değerini veren deneysel parametreler elde edilmiştir. Elde edilen bu parametreye göre bobin yeniden dizayn edilerek beklenen tork değerine göre hesap yapılmış ve bobin maliyetleri azaltılmıştır. Ayrıca her bir eşleştirme için ağırlıklar hesaplanmış ve aynı şekilde RSM metodu ile tahmin modeli hazırlanmış ve tam eşleştirme durumu için tahmin oluşturulmuştur. Çalışmada tork ve ürün ağırlığı üzerinden iki farklı optimizasyon işlemi gerçekleştirilmiştir. Yanıt yüzey metodu ile tahmin edilen 62 deney için öncelikle Solidworks'ta her parametrenin (gövde, rotor, armatür, bobin ve balatalar) hatasız bir şekilde dataları hazırlanmıştır. Hazırlanan datalar Ansys analiz programına alınarak SpaceClaim'de düzensiz yüzeyler, küçük yarıçaplar temizlenerek data analiz için hazır hale getirilmiştir. Hazırlanan data Maxwell modülünde gerekli malzemeler tanımlandıktan sonra analiz edilmiştir. Analiz yapılırken başlangıçta elektromanyetik kavrama açıklamaları doğrultusunda, Maxwell denklemleri, manyetik devreler hesabında kullanılacak yöntemlere yer verilecektir. Bunu yanında malzeme özellikleri, kullanılan alanlar incelenecektir. Sonuç olarak bu çalışma elektromanyetik kavramaların kullanımı hakkında daha sonra yapılacak çalışmalar için bilgilendirici ve yol gösterici bir kaynak olacaktır.