Manyetik levitasyon trenleri için sabit mıknatıslı lineer senkron motor tasarımı
Design of a permanent magnet linear synchronous motor for magnetic levitation trains
- Tez No: 982271
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ÇUNKAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Son yıllarda, konvansiyonel ulaşım sistemlerine alternatif ve yenilikçi çözümler üzerine yapılan çalışmalar hız kazanmış; bu alanda en dikkat çekici örnekler maglev trenleri ve Hyperloop teknolojisi olmuştur. Bu tez çalışmasında, manyetik levitasyon trenleri için yüksek verimlilikte ve kuvvet yoğunluğunda bir doğrusal tahrik sistemi prototip olarak geliştirilmiştir. Çalışma kapsamında detaylı analizleri gerçekleştirilen çift taraflı, kısa primerli 12 oluklu 16 kutuplu sabit mıknatıslı lineer senkron motorun (PMLSM) tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bununla beraber incelenen aralıklı tahrik sistemlerinin, farklı tahrik türlerinin avantajlarını bir araya getiren hibrit bir yapıya sahip olması nedeniyle, lineer indüksiyon motoru (LIM) tasarımı da sistemin tamamlayıcı bir parçası olarak ele alınmıştır. Bu kapsamda LIM tasarımları, PMLSM için belirlenen referans geometri ve ağırlık sınır koşulları altında gerçekleştirilmiştir. Buna göre oluşturulan sekiz farklı motor modeli, sonlu elemanlar analizi (FEM) ve çok kriterli karar verme (MCDM) yöntemleriyle değerlendirilmiş; en uygun tasarım seçilerek optimizasyon süreci tamamlanmıştır. PMLSM'nin elektromanyetik performansı, manyetik yüklenme, yüksüz çalışma, tam yükte çalışma ve dinamik performans analizleriyle değerlendirilmiştir. d–q ekseninde indüktansların farklı koşullarda değişimi hem konvansiyonel yöntemlerle hem de akı haritasına dayalı Look-Up Table (LUT) modeliyle incelenmiş, inverter kontrollü ortak simülasyon (co-sim) analizleriyle kuvvet–hız karakteristikleri elde edilmiş, nihai değer 565 N olmuştur. Ayrıca mıknatıs kaplama oranına bağlı olarak kuvvet dalgalanmalarını azaltmak amacıyla optislang yazılımı ile optimizasyon yapılmış; vuruntu kuvveti 107 N değerinden 37 N'a düşürülmüştür. Kayıp ve verim haritaları oluşturulan tasarımın mıknatıslar için güvenli çalışma sınırları, farklı akım ve sıcaklık koşullarında demanyetizasyon analizleri ile belirlenmiştir. Son olarak, PMLSM için prototip üretimi gerçekleştirilmiş ve test ortamı kurulmuştur. Analiz ve prototip sonuçları arasında farkın itki kuvveti için yaklaşık %5,66, verim için %0,87 olduğu görülmüştür. PMLSM tasarımında indüktans modelleme, optimizasyon, dinamik performans analizi, demanyetizasyon ve deneysel doğrulama aşamalarını bir arada ele alan bütüncül bir metodoloji sunmaktadır. Sonuçta, manyetik tren uygulamalarına yönelik prototip aşamasında verimli bir PMLSM tasarım ortaya konmuştur.
Özet (Çeviri)
In recent years, research on alternative and innovative solutions to conventional transportation systems has gained significant momentum, with maglev trains and Hyperloop technologies standing out as notable examples in this field. In this thesis, a high-efficiency and high-force-density linear propulsion system has been developed as a prototype for magnetic levitation train applications. The study involved the detailed analysis and design of a double-sided, short-primary, 12-slot, 16-pole permanent magnet linear synchronous motor (PMLSM). Additionally, because intermittent propulsion systems exhibit a hybrid structure that combines the advantages of different drive types, the design of a linear induction motor (LIM) was also considered as a complementary component of the system. Accordingly, LIM designs were carried out under the same reference geometry and mass constraints defined for the PMLSM. Eight different motor models were constructed and evaluated using finite element analysis (FEM) and multi-criteria decision-making (MCDM) methods, and the most suitable design was selected to complete the optimization process. The electromagnetic performance of the PMLSM was assessed through magnetic loading, no-load behavior, full-load operation, and dynamic performance analyses. The variation of d–q axis inductances under different operating conditions was examined using both conventional approaches and a flux-map-based Look-Up Table (LUT) model. Force–speed characteristics were obtained through inverter-controlled co-simulation studies, and a final thrust force of 565 N was achieved. Furthermore, to reduce force ripple depending on the magnet coverage ratio, optimization was performed using OptiSLang software, resulting in a reduction of cogging force from 107 N to 37 N. Loss and efficiency maps were generated, and the safe operating limits of the magnets were determined through demagnetization analyses under various current and temperature conditions. Finally, a PMLSM prototype was manufactured, and an experimental test setup was established. The difference between analysis and prototype measurements was found to be approximately 5.66% for thrust force and 0.87% for efficiency. This study presents a holistic methodology that integrates inductance modelling, optimization, dynamic performance analysis, demagnetization evaluation, and experimental validation within the PMLSM design process. As a result, an efficient PMLSM prototype suitable for magnetic train applications has been successfully developed.
Benzer Tezler
- Konvansiyonel yüksek hızlı demiryolları,maglev ve hyperloop ulaşım sistemlerinin karşılaştırılması
Comparison of conventional high speed railways,maglev and hyperloop transportation systems
MEHMET NEDİM YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Ulaşımİstanbul Teknik ÜniversitesiRaylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK
- Yüksek taşıma kapasiteli süperiletken maglev kriyostat sisteminin tasarımı ve optimizasyonu
Design and optimization of high carrying capacity superconducting maglev cryostat system
MUHAMMET İSLAM BEDİRBEYOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİM SİVRİOĞLU
- Doğrusal olmayan tek boyutlu manyetik levitasyon sisteminin model tabanlı kontrolü
Model based control of non linear one dimensional magnetic levitation system
MUHAMMET EMRE SANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERDAR İPLİKÇİ
- Tübüler lineer indüksiyon motorlarının manyetik levitasyon sistemlerine uygulanması ve kontrolü
Application of tubular linear induction motors to magnetic levitation systems and control of the system
UĞUR HASIRCI
Doktora
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ABDULKADİR BALIKÇI
- Yüksek hızlı izli ulaşım sistemlerinin çok ölçütlü değerlendirilmesi
Multi-criteria evaluation of high speed tracked transport systems
DAMLA ALTINCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDE ÖZTÜRK