Akı anahtarlamalı generatörlerin analitik tasarımının çok amaçlı metasezgisel algoritma tabanlı en uygunlaştırmasına katkılar
Contributions to the multi-objective metaheuristic algorithm-based optimization of the analytical design of flux-switching generators
- Tez No: 987614
- Danışmanlar: PROF. DR. NEVZAT ONAT, DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Manisa Celal Bayar Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Akı anahtarlamalı generatörler (AAG), hem uyartım mekanizmasının hem de endüvi sargılarının statorda bulunduğu stator aktif elektrik makinalarıdır. Bu makinalar; yüksek güç yoğunluğu, kompakt ve hafif yapı, geniş hız aralığında verimli çalışma ve fırçasız tasarımları sayesinde düşük bakım maliyeti, yüksek güvenilirlik ve sağlamlık gibi önemli üstünlüklere sahiptir. Bu avantajları, AAG'leri elektrikli araçlar, havacılık, küçük ölçekli rüzgar türbinleri ve mikro şebeke uygulamaları için güçlü bir aday haline getirmektedir. Ancak, relüktans temelli bu çalışma ilkesi, AAG'lerin doğası gereği yüksek moment dalgalanmalarına (titreşimlerine) ve endüklenen gerilimde yüksek harmonik bileşenlere sahip olmalarına neden olur. Bu tez çalışmasında, küçük güçlü bir AAG'nin analitik tasarım modelinin geliştirilmesi ve çıkış parametrelerinin başarım değerlerinin arttırılmasına yönelik çok amaçlı optimizasyonu hedeflenmiştir. Tezin birinci bölümünde AAG mimarileri üzerine kapsamlı bir literatür taraması sunulmuştur. İkinci bölümde, 12 oluk/10 kutuplu bir AAG modeli üzerinde kaykı açısı, rotor kutup eğim açısı ve kutup yay oranı gibi kritik parametrelerin generatör başarımına etkileri Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile analiz edilmiştir. Üçüncü bölümde, tezin temel yöntemi olarak, literatürdeki yaklaşımlardan daha hassas ve MATAB/Simulink destekli Manyetik Eşdeğer Devre (MED) tabanlı yenilikçi bir analitik model geliştirilmiştir. Bu model aracılığıyla generatörün kayıp, hacim, ortalama moment ve moment titreşimini ifade eden analitik denklemleri türetilmiştir. Geliştirilen MED modelinin sonuçları, SEY analizleri ile kıyaslanarak yüksek doğrulukta olduğu teyit edilmiştir. Dördüncü bölümde, bu analitik denklemler Gri Kurt Optimizasyon (GKO) algoritması ile bütünleştirilerek çok amaçlı optimizasyon uygulanmıştır. Optimizasyonda 9 farklı tasarım değişkeni kullanılmıştır. Çok amaçlı optimizasyon toplam kayıpları, hacmi ve moment titreşimini minimize ederken; ortalama momenti maksimize etmeyi hedeflemiştir. GKO ile yapılan çok amaçlı optimizasyonun SEY ile doğrulanması sonucunda, farklı senaryolara göre belirgin iyileştirmeler elde edilmiştir. Ortalama momentin önceliklendirildiği senaryoda, moment değeri referans tasarıma göre 1,62 katına yükseltilmiştir. Moment dalgalılığının önceliklendirildiği senaryoda, dalgalılık referans değerin 0,33 katına düşürülmüştür. Toplam kayıpların önceliklendirildiği senaryoda ise kayıplar 0,68 katına indirilmiştir. Bu çalışma, AAG'lerin tasarım sürecini hızlandıran ve yüksek başarımlı tasarımlar elde etmeyi sağlayan, MED ve meta-sezgisel optimizasyonu başarılı bir şekilde bütünleştiren bir metodoloji sunmuştur.
Özet (Çeviri)
Flux-Switching Generators (FSGs) are stator-active electrical machines, wherein both the excitation mechanism and the armature windings are located on the stator. These machines possess significant advantages, including high power density, a compact and lightweight structure, efficient operation across a wide speed range, and low maintenance costs, high reliability, and robustness owing to their brushless design. These attributes to the position of FSGs as strong candidates for applications in electric vehicles, aerospace, small-scale wind turbines, and microgrid applications. However, this reluctance-based operational principle inherently causes FSGs to exhibit high torque ripple and significant harmonic components in the induced voltage. This thesis aims to develop an analytical design model for a low-power FSG and to perform a multi-objective optimization to enhance the performance of its output parameters. The first chapter of the thesis presents a comprehensive literature review on FSG architecture. In the second chapter, the effects of critical parameters such as skew angle, rotor pole tilt angle, and pole arc ratio on generator performance are analyzed using the Finite Element Method (FEM) on a 12-slot/10-pole FSG model. In the third chapter, as the core methodology of the thesis, an innovative MATLAB/Simulink-supported analytical design model based on the Magnetic Equivalent Circuit (MEC) was developed, which is more precise than existing approaches in literature. Through this model, analytical equations defining the generator's losses, volume, average torque, and torque ripple were derived. The results of the developed MEC model were validated against FEM analyses, confirming high accuracy. In the fourth chapter, these analytical equations were integrated with the Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm to implement multi-objective optimization. Nine different design variables were utilized in the optimization. The multi-objective optimization aimed to minimize total losses, volume, and torque ripple while maximizing average torque. As a result of validating the GWO-based multi-objective optimization via FEM, significant improvements were obtained under different scenarios. In the scenario prioritizing average torque, the torque value was increased to 1,62 times that of reference design. In the scenario prioritizing torque ripple, the ripple was reduced to 0,33 times the reference value. Furthermore, in the scenario prioritizing total losses, the losses were reduced to 0,68 times. This study presents a methodology that successfully integrates MEC and meta-heuristic optimization, thereby accelerating the design process of FSGs and enabling the attainment of high-performance designs.
Benzer Tezler
- Kalıcı mıknatıslı senkron generatörlerin sensörsüz direkt tork kontrolü
Sensorless direct torque control of permanent magnet synchronous generators
MEHMET SERTUĞ BAŞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ABDULKADİR BALIKÇI
- Elektrikli araç tahrik sistemleri için akı anahtarlamalı motor tasarımı
Flux switching motor design for electric vehicle drive systems
SÜMEYYE ÇARKIT
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErciyes ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURETTİN ÜSTKOYUNCU
- Anahtarlamalı relüktans motorun denetimi
Control of a switched reluctance motor
UĞUR GÜVENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2005
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇETİN ELMAS
- Anahtarlamalı relüktans motorun üç boyutlu sonlu elemanlar yönteminde incelenmesi ve bulanık mantık hız denetimi
The study of switched reluctance motor in three dimensional finite element method and fuzzy logic speed control
BURHAN CİVELEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTunceli ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ZEKİ OMAÇ
- Anahtarlamalı relüktans motorun genetik bulanık mantık denetleyici ile nonlineer hız ve konum denetimi
Nonlinear speed and position control of switched reluctance motor with genetic fuzzy logic controller
İLKER YILDIZ
Doktora
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiElektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET FEVZİ BABA
DOÇ. DR. OĞUZ ÜSTÜN