Akı anahtarlamalı generatörlerin analitik tasarımının çok amaçlı metasezgisel algoritma tabanlı en uygunlaştırmasına katkılar

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.