FBE- Elektrik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Son Başvurular
1 - 5 / 445
-
ÖgeAn optimal generation dispatch for a reliable and environment friendly microgrid using multi-objective optimization(Institute of Science and Technology, 2018-05-14)The generation and transmission system play a very important role for a low voltage microgrid, specially for one which is equipped with distributed generation systems. The generation schemes and energy sources define whether a microgrid is environment friendly or not. The renewable energy sources supported distributed generation is environment friendly. But the coordinated generation with different type of renewable power generation sources create an urgency of a cost effective dispatch for the generation systems. Otherwise, the generation system will not be enough to meet the power demand with lower cost and higher reliability. For this reason, an online dispatching technique should be designed for the energy management to supply energy to the customer with least possible cost. The presence of different types of renewable energy sources make it more difficult as the output from these sources are not constant. They vary with the sunlight, wind speed as well as other weather conditions. Moreover, they are not dispatchable sources. Therefore, a special type of algorithm need to be designed for the distributed generation system so that they can meet the power demand and also make the best use of the excessive power when the demand is lower than the power generation from the renewable energy sources. For this reason, a single objective optimal dispatching method has been discussed by proposing two different optimization algorithms for three distinguished scenarios in order to find the best possible dispatching scheme for the renewable energy sources at minimum cost. Three wind power plants, two solar plants and one Combined Heat and Power (CHP) have been considered for this thesis. The CHPs are not technologies, they are approach for applying technologies. In this study, a CHP is considered with solar and wind sources because of its cogeneration capability as well as thermal and overall efficiency. A conventional system of producing power and usable heat has 45 percent combined efficiency, while CHP method can operate at 80% combined efficiency. Therefore, combining CHP with other renewable energy sources is more cost effective and electrically efficient because of the lower efficiency associated with renewable energy sources. Moreover, it is also environment friendly for its cogeneration capability. Three different cases have been considered in terms of supplying power from the CHP and the availability of the renewable energy sources. For the first case, energy storage systems are assumed to be associated with the renewable energy sources in order to make all the sources ava xx cost function has been minimized to find the best economic dispatch for all the available power generation sources at lowest possible cost. For the second case, the same cost function has been minimized to achieve the same objective but no energy storage source is considered. All the renewable energy sources are considered as variable sources and assumed to be able to supply the highest power available at any given time. On the other hand, a third case has been considered for the renewable energy sources where no wind or solar plants are dispatchable. The same quadratic cost function has been considered as objective function to find the cost effective optimal dispatch for the distributed power generation sources. The economic dispatches obtained from these three scenarios are presented and compared in this thesis in order to find the necessity of the energy storage systems and the best distributed generation system at the lowest possible cost. Reliability or risk analysis is also very important for designing an unintervened power supply system for a microgrid. Often the rural microgrids use renewable energy sources where power interruption could occur for many reasons. Therefore, to ensure the continuous power supply to the consumers, reliability analysis should be done for the islanding mode of operation. Moreover, for supplying the power to the customers at highest reliability, risk analysis plays a very important role. Reliability analysis can help the energy management by telling the energy management system what precaution need to be taken in terms of an outage or islanding scenario. For this reasons, the amount of expected energy not served has been forecasted to the energy management system to take precaution and make necessary arrangement to reserve the amount of energy which could not be available in case of failure of any distributed power generation sources and transmission lines. A probabilistic calculation, based on Monte Carlo Simulation has been proposed in this thesis for the corresponding reliability analysis and the results are presented for the above mentioned three different cases. On the other hand, a high voltage microgrid equipped with conventional power generation sources has greater negative impact on the environment because these generators normally use fossil fuel such as coal, oil or gas. All of these fossil fuels have a huge negative impact on the environment. These fuels causes environment pollution to a great extent by emitting pollutant gas such as sulphur oxides and nitrogen oxides. Normally, these gases are emitted from the thermal units of the fossil fueled conventional generation systems. So, in this case, dispatching of the generators are not done depending on the cost of generation or fuel cost alone, it also depends on the amount of pollutant gas emitted in the environment. The primary objective of economic dispatch is the scheduling of generation units according to the load demand and forecast at lowest possible cost. But due to the recent passage of some environmental amendments, utilities are bounded to operate the thermal power generation units with least possible environmental pollution and toxic gas emission. Therefore, researchers have suggested a number of techniques and strategies to reduce the pollutant gas emission. Some of them have proposed to install additional equipment for cleaning pollution. While many researchers have suggested the utility companies to replace the highly pollutant fuels with the low emission fossil fuels. On the other hand, many of the power system researchers have suggested to use cleaner and newer fuel burners for the generation units replacing the old one. All of these suggestions require either installation of additional equipment or complete xxi replacement of the existing equipment causing additional investment cost which finally increase the generation cost and electricity price. Researchers have found a new way to avoid the additional cost in order to balance the tradeoffs between generation cost and pollutant gas emission. They have suggested that economic dispatch considering the environment pollution can solve these issue. To do this, multi-objective optimization techniques need to be implemented to find a cost effective optimal dispatch which will cause the lowest environment pollution. That is why a multi-objective optimal dispatching method has been proposed to find the best trade-off and best compromised solutions between fuel cost and pollutant gas emission from the distributed fossil fueled generation units. Reliability of the generating units have also been considered with the emission as an objective to be optimized. To address all the above mentioned issues, three different illustrations have been considered in this thesis in terms of multi-objective optimization and constraint functions. Firstly, a quadratic fuel cost and emission function have been minimized separately considering restricted generation of the power generation units in order to find the extreme solution points and diversive nature of the pareto optimal solutions resulted from the proposed multi-objective optimization method. This is done to validate the proposed algorithm and demonstrate the effectiveness of the algorithm. The fuel cost function and emission function have also minimized together as multiobjective optimization function in this case too. Secondly, the proposed multi-objective algorithm has been used to optimize three different scenarios considering the power balance constraint. In this illustration, the same fuel cost and emission function have been minimized at first. Then, the fuel cost has been minimized along with the system adequacy parameter, expected energy not served (EENS), as reliability function. System's reliability plays a great role because a huge amount of load receive energy from high voltage microgrids. Therefore, corresponding risk analysis, outage forecast as well as probable amount of unserved energy need to be reserved in the generation system. Therefore, reliability is considered here to make the proposed algorithm more effective. Furthermore, emission function and reliability have been optimized to compare the result with the previous two cases results. Finally, the fuel cost function and emission function have been minimized as multiobjective optimization function considering the power balance and reliability function as constraint functions. The results obtained in this scenario has illustrated a very good similarity with the previous results demonstrating the effectiveness of the proposed multi-objective optimization algorithm. For the system adequacy parameter evaluation, Monte Carlo Simulation based probabilistic approach has been implemented. While the reliability acts as a function, it uses this Monte Carlo Simulation to calculate the EENS for all the possible solution spaces. Then these solutions have been minimized along with the fuel cost function and emission function respectively. On the other hand, when the proposed multiobjective optimization algorithm considered the reliability as a constraint, it has used the same technique to calculate the EENS and try to keep it in a prescribed limit according to the necessity of the algorithm.
-
ÖgeElektrikli araçlar için asenkron makinelerde rotor oluk geometrilerinin uzay harmonik ve işletme başarımı üzerine etkilerinin tespitine katkılar(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2019-06-14)Küresel ısınma, çevre kirliliği, fosil yakıtların tükenmesi gibi problemler çevreye olan bilinci ve nihayetinde onu korumaya ve zarar vermemeye yönelik çalışmaları arttırmıştır. Elektrikli araçların gelişiminde rol oynayan bu etkenler ile birlikte günümüzde yapılan çalışmalar da elektrikli araç teknolojisini gittikçe geliştirmektedir. Elektrikli araç teknolojisine olan eğilime paralel olarak elektrik tahrik sistemlerinin gelişimine yönelik çalışmalar da artmaktadır. Elektrikli araçlarda tahrik motoru olarak çeşitli motorlar kullanılmaktadır. Bunlar genelde asenkron motor, sürekli mıknatıslı senkron motor, anahtarlamalı relüktans motor, geleneksel doğru akım motoru ve senkron relüktans motordur. Bu motorların birbirlerine göre çeşitli avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Asenkron motorlar düşük maliyetleri, basit ve sağlam yapıları, yüksek verimleri, düşük titreşime/gürültüye sahip olmaları gibi özelliklerinden dolayı elektrikli araç uygulamalarında tercih edilmektedirler. Geçmişten günümüze kadar çeşitli elektrikli araç uygulamaları yapılmıştır. Bu araçlardan Tesla Model S, BMW X5, Ford Focus EV ve Tesla Roadster gibi öne çıkan marka ve araçlar tahrik motoru olarak asenkron motor kullanmayı tercih etmişlerdir. Elektrikli araç uygulamalarında kullanılan elektrik motorunun işletme başarımını arttırmak ve maliyetini azaltmak amacıyla çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmada elektrikli araçlar için tasarlanmış sincap kafesli asenkron motorda rotor oluk geometrilerinin motorun işletme başarımı, kalkış performansı, verimlilik, titreşim ve akustik gürültü gibi kriterlere etkisi incelenmiştir. Elektrikli araçlarda kullanılan motorların yüksek moment/güç yoğunluğu, düşük titreşim/gürültü, ani hızlanma/yavaşlama, düşük maliyet/ağırlık, geniş hız aralığı ve "tüm hızlarda yüksek verim" gibi özelliklere sahip olması gerekir. Bu tasarım isterleri göz önüne alınarak tasarlanacak motor için bir verim hedeflenmiş ve motor gücü, kutup sayısı, stator ve rotor oluk sayıları, hız aralıkları gibi motor değerleri pratikte kullanılan makine özelliklerinden yola çıkılarak belirlenmiştir. Belirlenen bu değerlere göre geleneksel analitik yöntemler ile makine başlangıç fiziki boyutları hesaplanmıştır. Makinede kullanılacak manyetik malzemenin doymaması ve buna bağlı olarak manyetik kayıpların oluşmaması ve nihayetinde makine veriminin yüksek olması amacıyla makinenin çeşitli bölümlerinde standartlar ve genel tasarım ilkeleri dikkate alınarak manyetik kısıtlar belirlenmiştir. Geleneksel yöntemler ile hesaplanan makinenin fiziki boyutlarında, manyetik kısıtlar göz önüne alınarak bilgisayar destekli analiz ile iyileştirme yapılmış ve nihai boyutlar belirlenmiştir. NEMA, IEC gibi motor standartları ve literatürde yapılan çalışmalar değerlendirilerek asenkron motorlarda kullanılan rotor oluk şekillerine yeni ve özgün oluk tasarımları da eklenerek belirli bir sınıflandırma altında farklı rotor oluklarına sahip 13 motor tasarlanmıştır. Stator demir çekirdeği sargısı ve oluk şekli 13 tasarım için değiştirilmemiş olup 2 tabakalı sargı, sabit diş genişliği ve yamuk kesitli oluk kullanılmıştır. Makine ana boyutları ve stator yapısı değişmemek kaydıyla tasarlanan her bir motor için rotor oluk şekline ait boyutlar değiştirilerek en uygunlaştırma yapılmıştır. İlgili rotor oluk geometrik boyutlarının en uygunlaştırılması için ANSYS Electronic Desktop kullanılmış ve analiz kriteri olarak en yüksek verim alınmıştır. Bu en uygunlaştırma oluk geometrisinin karmaşıklığına bağlı olup karmaşık geometriler için daha fazla analiz yapmak gerekmiştir. Tasarlanan farklı rotor oluk geometrilerine sahip 13 motor, bilgisayar destekli sonlu elemanlar yöntemi ile sabit moment kriteri altında incelenmiş ve geçici hal analizine tabi tutulmuştur. Bu motorların elektriksel, manyetik, harmonik ve gürültü yönünden işletme başarımları elde edilmiş ve karşılaştırılmıştır. Bilgisayar destekli analiz programları ile her bir rotor oluk çeşidi için makinelerin hava aralığındaki manyetik akı yoğunluğunun radyal bileşeni açısal konuma bağlı olarak elde edilmiş ve Fourier Analizi ile harmonik spektrumları elde edilmiştir. Harmonik dağılımdan faydalanarak makine üzerinde en büyük bozucu etkisi olan uzay harmoniklerine yoğunlaşılmış ve bu harmonik derecelerinin kısıtı altında motorlar en küçük harmonik içeriğinden en büyük harmonik içeriğine doğru sıralanmıştır. Uzay harmoniklerinin akustik etkisini inceleyebilmek adına seçilen oluk tipleri üzerine yoğunlaşılmıştır. Bu amaçla en büyük harmonik içeriğe, en küçük harmonik içeriğe ve "kalkış akımı, kalkış momenti, verim, harmonik içeriği, moment titreşimi" dikkate alınarak seçilen en uygun işletme başarımına sahip 3 oluk tipi üzerine yoğunlaşılmıştır. Seçilen 3 oluk tipine ilişkin analiz sonuçları ANSYS Workbench programına aktarılarak uzay harmoniklerinin etkisi sonucu oluşan manyetik akustik gürültüler incelenmiştir. Bu yolla makinelerin manyetik yolla oluşan akustik gürültü seviyeleri ve değişimleri karşılaştırılmıştır. Bu tez ile standart elektrik makinesinin tasarımı ve sayısal yöntemle incelemesi çalışmalarına ilave olarak uzay harmoniklerinin mekanik ve akustik etkileri incelenmiş ve 13 farklı oluk tipinin seçilen kriterler altında başarımları elde edilmiştir. Elektrikli araçlar için özel olarak tasarlanacak elektrik motorlarında rotor oluk tipinin kolayca belirlenebilmesi için sonuçlar karşılaştırmalı olarak verilmiştir.
-
ÖgeSenkron alçaltan doğru akım çeviricinin PI ve bulanık PI kontrolünün karşılaştırılması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018-06-11)Güç elektroniği, günlük kullandığımız ev aletlerinden, elektrik motor sürcülerine, yenilenebilir enerji kaynaklarından, doğru akım yüksek gerilim iletimine kadar elektrik enerjisiyle çalışan nice sistemde elektrik dalga şeklini çevirmeye yada gerilim ve/veya akım seviyesini ayarlamaya yarayan devreleri konu alan elektrik mühendisliğinin bir alt dalıdır. Doğru gerilimi ayarlı doğru gerilime çeviren devreler ise özellikle motor kontrolü ve güç kaynağı uygulamalarında kullanım alanı bulmaktadır. Başta alçaltan ve yükselten olmak üzere farklı DA çevirici tipleri mevcuttur. Doğru akım alçaltan devreler de güç elektroniğinde önemli yeri olan bir konudur. Vinç sistemeleri, taşıma bantları vb. doğru akım motor kontrol uygulamaları, güneş paneli uygulamaları doğru akım alçaltan devreler için endüstrideki bazı önemli uygulamalarıdır. Klasik doğru akım alçaltan çeviricilerde alt kolda kullanılan serberst geçiş diyodu yüksek güçlü uygulamalarda önemli güç kayıplarına ve tasarımda boyut dejavantajına neden olmaktadır. Serbest geçiş diyodu yerine MOSFET anahtarlama elemanı kullanıldığında ortaya çıkan senkron alçaltan çevirici tasarımı klasik doğru akım çeviriciye göre daha verimli çalışmaktadır. Devre tasarımında önemli bir konuda kontroldür. Kapalı çevrim bir kontrol yöntemiyle tasarlanan devrenin bozucu etkilere rağmen belirli bir çalışma aralığında çalışması sağlanabilir. Birçok uygulamada olduğu gibi doğru akım çeviricilerde de PI kontrol ile oldukça etkili, kolay ve ucuz bir kontrol sağlanabilir. Bunun yanı sıra klasik PI kontrolde Kp ve KI katsayılarının sabit olması yerine bunların sistem değişimlerini dikkate alarak değiştirecek uyarlanabilir bir yöntemle daha etkili bir kontrol yapılabileceği düşünülebilir. Doğru akım çevirici kontrolünde denetim yöntemi olarak bulanık mantık tabanlı bir PI kontrol de fayda sağlar. Böyle bir kontrol devresi tasarlamak için bulanık küme, bulanıklaştırma, üyelik fonksiyonu, bulanık çıkarım, duruluma gibi bulanık kontrolün temel konuları ve uygulamaları kullanılabilir. Bu tezde bir senkron alçaltan çevirici tasarlanarak klasik PI kontrol ile Kp ve KI katsayılarını sistem cevabına göre ayarlayacak bir yöntem olarak Bulanık PI kontrol yöntemi uygulanarak sonuçların karşılaştırılarak yorumlanması amaçlanmıştır. Devreye ait elemanların seçimi için devreninin sürekli haline ilişkin matematiksel modeli elde edilmiştir. Devrenin kararlılığını incelemek ve Kp ve KI katsayısılarını belirlemek için devreninin geçici hal durumundaki matematiksel modeli ve transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Yapılacak uygulamanın MATLAB/Simulink üzerinde benzetim çalışmaları yapılarak devrenin PI kontol ve bulanık PI control durumundaki sonuçları incelenmiştir. Devre tasarımını gerçeklendikten sonra devreninin kontrolünü sağlayacak kontrolör tasarım aşamasına geçilmiştir. Kontrol için Atmel işlemci tabanlı Arduino MEGA kullanılmıştır, PI ve bulanık PI için oluşturlan algoritmalar Arduino derleyicisinde kodlanmıştır. Uygulama çalışmalarının ardından alınan sonuçlarla yapılan karşılaştırmalı değerlendirmelerde bulanık PI kontrolün, PI kontrole karşı yükselme zamanı ve yerleşme zamanı gibi parametrelerde daha üstün olduğu görülmüştür. Bu tezde İTÜ Bilimsel Araştırma Projesi (BAP) desteği alınarak, tezin gerçekleştirilmesine ve İTÜ Elektrik Mühendisliği Elektrik Makinaları Laboratuvarına katkı sağlanmıştır.
-
ÖgeElektrikli araçlar için gömülü sürekli mıknatıslı senkron makine tasarımının en uygunlaştırılmasına katkılar(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018-06-11)Tükenen fosil yakıtları, bu yakıtların maliyetlerinin artışı, çevre kirliliği, daha verimli ve daha dinamik sistemlere yönelik araştırmalar hibrit araçların ve nihayetinde ise elektrikli araçların gelişiminde etkili olmuştur. Bu araçların gelişimine paralel olarak, elektrikli tahrik sistemlerinin, dolayısı ile bu tahrik sistemlerinin elektrik makinelerinin gelişimine yönelik araştırmalar hız kazanmıştır. Geçmişten günümüze elektrikli ve hibrit araçlarda farklı türlerde elektrik motoru kullanılmıştır. İlk elektrikli araçlarda doğru akım motoru, asenkron motor, basit rotor yapılı sürekli mıknatıslı senkron motorlar sıkça tercih edilirken teknolojik gelişmelerle birlikte başarımları daha iyi olan gömülü sürekli mıknatıslı senkron makineler ve sürekli mıknatıs destekli senkron makineler daha çok tercih edilmeye başlanmıştır. Literatürde bu elektrik makinelerinin üstünlük ve olumsuzlukları araştırılarak belirtilmiştir. Günümüzde gömülü sürekli mıknatıslı senkron makineler, verimliliklerinin, güç yoğunluklarının, güç faktörlerinin yüksek, alan zayıflatma yeteneklerinin iyi olmasından dolayı ticari otomobil üreticiler tarafından en çok tercih edilen makine türü olmuştur. Bunun yanında ticari elektrikli otomobil elektrik makinelerinde motor başarımını iyileştirmek ve maliyetini azaltmak amacı ile iyileştirme çalışmaları yapılmaktadır. Bu çalışmada gömülü mıknatıslı senkron makinenin işletme başarımı üzerine etki eden birincil ve ikincil tasarım değişkenlerinin etkisi incelenmiştir. Birincil tasarım değişkenleri olarak motorun ana boyutları, stator oluk tasarımı tanımlanmış ve bu büyüklükler analitik olarak hesaplanmıştır. İkincil tasarım değişkenleri olarak rotorun analitik denklemlerle modellenmesi fazlası ile karmaşık olan büyüklükleri sınıflandırılmıştır. Rotorda mıknatısların gömülerek yerleştirildiği boşlukların boyutlandırılması ve mıknatısların konumu motor başarımı üzerinde doğrudan etkilidir. Ancak bu tasarım büyüklüklerinin etkisinin analitik olarak ifade edilmesi fazlası ile zordur. Buradan yola çıkarak mıknatısların ve mıknatıs boşluklarının boyutları ile şekilleri ve ayrıca rotor hacmindeki konumları ikincil tasarım büyüklükleri olarak tanımlanmıştır. Toplam olarak 7 ayrı rotor değişkeninin irdelenmesi hedeflenmiştir. Tasarıma ticari elektrikli otomobil modellerinin kütleleri ile birlikte, kullandıkları elektrik motor gücü ve buradan yola çıkılarak tasarlanacak olan elektrik motorunun gücü belirlenerek başlanmıştır. Yine ticari elektrikli otomobillerde kullanılan sürekli mıknatıslı motorların rotor yapıları incelenmiştir. Tasarımın ilk boyutlandırmasına analitik denklemler ile başlanmış olup, temel boyutlandırmalarda kullanılan moment yoğunluğu, stator dış çapının iç çapına oranı gibi büyüklükler yine ticari otomobil motorları literatürde incelenerek elde edilmiş ve tasarımda kullanılmıştır. Makinede kullanılan mıknatıs ve laminasyon malzemesi özellikleri verildikten sonra makinenin güvenilirliği açısından kritik olan mıknatısların kalıcı demanyetize olma riskleri göz önünde bulundurularak mıknatısların en küçük uzunluğu sonlu elemanlar analizi ile belirlenmiştir. Makinenin başarımı üzerine en etkili faktörlerden biri olan mıknatısların kaçak akısının olabildiğince azaltılması amacıyla, mıknatıs köprü boyutlarının en küçük sınırı sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak mekanik analizlerle belirlenmiştir. Mıknatıs köprü boyutları belirlenirken mekanik olarak güvenli bir rotor tasarımı hedeflenmiş ve merkez kaç kuvvetlerinden kaynaklı rotordaki mekanik zorlanmalar ve şekil değişiklikleri incelenmiştir. İlk tasarımda rotor bazı noktalarda yüksek mekanik zorlanmalara maruz kalmıştır. Ancak bu durumun köşeli geometrilerden kaynaklandığı görülmüş, köşeli geometriler giderilerek ilk tasarımda sorunlu olan yüksek mekanik zorlanmalar azaltılmıştır. Farklı güçlerde ve boyutlarda makine tasarımının ve analizinin çok hızlı bir şekilde yapılıp modellenebilmesi ve makine başarımının en iyileştirilmesi amacıyla, makine geometrisi değişkenlere bağlı olarak oluşturulmuştur. Bu değişkenlerden stator boyutları sabit olmak üzere, 7 tanesi kullanılarak rotor üzerinde bilgisayar destekli en uygunlaştırma yapılmıştır. En uygunlaştırmada hedef tasarım yüksek moment, yüksek moment/mıknatıs hacmi oranı ve düşük moment dalgalılığı olmuştur. En uygunlaştırma çalışmalarında örnek tasarımlar yine bilgisayar destekli olarak analiz edilmiş ve değişkenlerin, ulaşılmak istenen her bir motor başarım ölçütüne etkisi incelenmiştir. Değişkenler hedef işletme büyüklüğü üzerindeki etki derecelerine göre sınıflandırılmış ve o işletme büyüklüğü üzerinde en etkili olanların hedef başarım büyüklükleri ile olan ilişkileri yüzey grafiklerle incelenerek detaylandırılmıştır. Böylece analizlerde her tasarım değişkenin her bir başarım hedefine duyarlığı detaylandırılmıştır. Her bir hedef işletme büyüklüğü için etkili olan boyutlar seçilerek nihai tasarıma ulaşılmıştır. Elde edilen en uygunlaştırılmış makine bilgisayar destekli sonlu elemanlar yöntemi ile zamana bağlı detaylı olarak analiz edilmiş, elektromanyetik başarımı incelenmiştir. Buna ek olarak makine moment-hız karakteristiği ile birlikte, bu tüm çalışma aralığında verim ve moment dalgalılıkları elde edilmiştir. Son olarak makinenin sıvı soğutma kanalları tasarlanmış ve sonlu elemanlar yöntemi ile farklı yüklenmelerde ve farklı hızlarda sargı sonu ve mıknatıs sıcaklıkları incelenmiştir. Ayrıca sıcaklık analizleri sonucunda makinenin her bir parçasının ulaştığı sıcaklık değerleri elde edilmiştir. Çalışmanın sonucunda motor başarımı üzerine etkili olan rotor geometrik tasarım büyüklüklerinin ve şekillerinin belirlenmesi ve hesaplanması konusunda katkı yapan sonuçlara ulaşılması, başarımları daha yüksek motor tasarımının önü açılmıştır.
-
ÖgeÇok istasyonlu ve çoklu tren setli bir metro hattının matematiksel modellemesi ve işletim senaryolarının karşılaştırılması(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2018-06-11)Yolcu taşımacılığında kullanılan raylı sistemler kullanıldığı semtin, şehrin, ülkenin veya kıtanın fiziki ve coğrafi özelliklerine göre, ulusal şebekede kullanılan gerilim, akım ve frekans tercihlerine göre, sahip olunan teknoloji altyapısına göre, insan popülasyonuna göre ve bunlar gibi birçok farklı parametreye ve farklı ihtiyaçlara göre değişiklik gösterebilir. Kimi yerlerde tramvay ve hafif raylı sistemler gibi şehir ile iç içe geçmiş sistemler yolcu taşımacılığında tercih edilirken, kimi yerlerde ise metro ve monoray sistemler gibi şehir trafiğinden yeraltı tünelleri ve yer üstü asma yapılar ile ayrılmış sistemler yolcu taşımacılığında tercih edilmektedir. İstanbul'da Karaköy ile Beyoğlu semtlerinin sahip olduğu coğrafi özellik nedeni ile bu iki semt arasında füniküler bir sistem kullanılırken; yine İstanbul Taksim semtinin sahip olduğu tarihi özellik, insan popülasyonu ve fizik şartlar gibi nedenler ile tramvay sisteminin kullanılması tercih edilmiştir. Her bir raylı sistem kendi içinde farklı karakteristiklere sahiptir. Her yapılan yeni raylı sistem projesinde veya eski bir sistemin revizyonunda mühendislik hesaplarının dikkatlice yapılması oldukça önemlidir. Örneğin, yüksek hızlı trenler hayatımıza girmeden önce inşa edilen demiryolları üzerinde yüksek hızlı trenleri veya tramvay hattı için inşa edilen raylar üzerinde metro veya başka sistemler için üretilmiş trenleri kullanmak gerektiğinde tüm hesaplamaların özenle yapılması oldukça önemlidir. Yeni yapılacak veya revize edilecek bir raylı sistem için hem sosyal hem de teknik yönden birçok analiz yapılmalıdır. Elektrik ile çalışan raylı sistem trenleri, hareket etmeleri ve yardımcı ünitelerini beslemeleri için gereken gücü cer gücü tedarik sistemlerinden alır. Cer gücü tedarik sistemi ise trafo merkezinin sağladığı güç sistemine göre, trenlerin akım toplama sistemine göre ve trenlerde kullanılan motorlara ve sürücülere göre olmak üzere üç farklı tipte sınıflandırılabilir. Trafo merkezleri raylı sistemler için doğru akım veya alternatif akım sağlamaktadır. Trenler ise bu akımı ya havai katener sistemi ile ya da üçüncü ray sistemi ile hareket etmek için toplamaktadır. Trenler, bu hareketi tren bojileri üzerinde bulunan alternatif akım motorları veya doğru akım motorları ve bunları kontrol eden doğru akım sürücü üniteleri veya alternatif akım sürücü üniteleri ile sağlamaktadır. Raylı sistemlerin işletme senaryolarının tasarım aşamasında irdelenebilmesi için matematiksel olarak başarımının elde edilmesi gereklidir. Bunun için sistemin elektriksel güç girişinden itibaren mekanik hareket için çıkış gücüne ulaşana kadar tüm sistem bileşenlerinin matematiksel modellerinin ayrı ayrı oluşturulması ve bütünleşik matematiksel modele ulaşılması gereklidir. Başta transformatör modeli olmak üzere metro besleme hattı, eviriciler, motorlar modellenerek ve mekanik modelle birleştirilerek nihai modele ulaşmak mümkündür. Belirli kabuller dahilinde modeli basitleştirmek olasıdır. Metro hattının topolojik ve fiziksel özellikleri de modellenebilir. Bu sayede tasarım aşamasında sayısal hesaplamalar ile tasarım bileşenlerinin uygunlukları öngörülebilir hale getirilebilir. Kurulan model kullanılarak farklı frenleme, yolverme, arıza ve benzeri işletme senaryoları incelenebilir. Enerji iletim sisteminden başlayarak harmonik, kayıp vb. olumsuz etkiler hesaplanabilir. Birden fazla seçeneğin olduğu tasarım bileşenleri için en uygun olanının da bu model ile seçilmesi sağlanabilir. Bu tezde, çok istasyonlu ve doğrusal hatta sahip bir metro sisteminin cer gücü tedarik sistemi MATLAB ® Simulink programı ile modellenmiştir ve birçok farklı durum için analizler yapılmıştır. Model oluşturulurken şebeke için faz-faz arası gerilimi 154 kV, 3-faz ve 50Hz olarak, indirici trafo merkezleri için ise trafolar 25MVA, 154kV/34.5kV, 50Hz olarak modellenmiştir. Cer trafo merkezlerinde bulunan trafoların giriş gerilimi 34.5 kV çıkış gerilimi 580V olarak, doğrultucular 6, 12, 18 veya 24 darbeli olarak LC filtre üzerinden akımı 3. raya iletecek şekilde modellenmiştir. Üçüncü ray 750V DC gerilim ile beslenecek şekilde oluşturulmuş ve her 1 km için eşdeğer 3. ray, geçiş ve dönüş dirençleri, her bir tren için ise eşdeğer pabuç dirençleri eklenmiştir. Tren setleri 4 araçtan oluşacak şekilde modellenmiştir ancak araçlardan biri sadece taşıyıcı araçtır ve üzerinde motor bulunmamaktadır. Her bir tren seti için toplam 12 adet sincap kafesli asenkron motor, her araçta 4 tane olmak üzere 3 araçta kullanılmıştır. Bu motorların her 2 tanesi 1 IGBT modülü tarafından sürülmektedir. Motorlar, rotor hızına göre değişen yük ile ve %25, %50, %75 ve %100 sabit nominal yük ile yüklenmiştir. Modele eklenen sabit değer fonksiyonu, trenlerde bulunan her bir motora bağlanmıştır ve sabit değer değiştirilerek yüklenme miktarının değişimine olanak sağlanmıştır. Bunun yanında model, eşdeğer 3. ray, geçiş ve dönüş dirençlerinin değerleri değiştirilerek istasyonlar arası mesafelerin değiştirilmesine, tren sayısının ve araç sayısının kolaylıkla değiştirilmesine, basamak fonksiyonu ve DGM sinyali için gecikme fonksiyonu değerleri değiştirilerek trenlerin kalkış zamanlarının değiştirilmesine, cer trafo merkezlerinin 3. ray hattını beslendiği noktaların belirlenmesine, cer trafo merkezlerinin çıkış hattına eklenen kesici ile istenilen zamanda cer trafo merkezlerinden birinin devreden çıkarılmasına, benzeri hataların oluşturulmasına ve bunlar gibi birçok işletme koşullarının değiştirilmesine ve analiz edilmesine olanak sağlamaktadır. Bir trenli, bir istasyonlu model, iki trenli iki istasyonlu model, iki trenli dört istasyonlu model ve dört trenli dört istasyonlu model oluşturulmuştur. Oluşturulan modeller kullanılarak farklı nominal yüklerde, farklı darbe sayısına sahip doğrultucular ve farklı yapıdaki doğrultucu trafoları kullanıldığında, farklı LC filtreler kullanıldığında, farklı kalkış zamanlarında, cer trafo merkezi sayısının farklı olduğu ve sistemi farklı noktalardan beslediği durumlarda, cer trafo merkezlerinden birinin veya ikisinin belli bir süre sonra devre dışı kaldığı durumlarda senaryolar çalıştırılmış, trenlerin kalkış karakteristikleri ve şebekeye harmonik etkileri analiz edilmiştir. Analizler sonucunda birçok farklı veri hakkında bilgi sahibi olunmuştur. Trenlerin kalkış anında sistemden çektikleri yüksek ray akımlarının kısa devre hata akımları ile karıştırılmaması gerektiği anlaşılmıştır. Cer trafo merkezlerinin rayı besledikleri noktaları arasındaki mesafeler arttıkça bazı trenlerin gerekli akımları raydan alamadığından dolayı 750 V DC sistemlerde cer trafo merkezleri arası mesafeler 1-3 km arasında tasarlanması gerektiği sonucuna varılmıştır. Doğrultucuların darbe sayıları arttıkça şebekeyi etkileyen THD değerlerinin azaldığı görülmüştür.