Havacılık uygulamaları için starter/generatör tasarımı ve kontrolü

Son yıllarda sera gazı salınımı ve yakıt tüketimini azaltmak için geleneksel uçaklarda kullanılan pnömatik, hidrolik ve mekanik sistemlerin yerine, elektrikli sistemlerin daha yaygın kullanımı olarak tanımlanan More Electric Aircraft (MEA)'a olan ilgi artmaktadır. MEA uçaklarda jet motorunun başlatılması ve artan elektrik gücü ihtiyacının karşılanması için hata toleransı ve verimi yüksek, bakım maliyeti ve ağırlığı düşük starter/generörlere (SG) ihtiyaç duyulmaktadır. SG için yüksek güç ve moment yoğunluğu, akı zayıflatma kabiliyeti, düşük atalet, geniş hız aralıklarında yüksek verimle çalışabilme gibi üstünlükleri nedeniyle İçten Mıknatıslı Senkron Makine (İMSM) öne çıkmaktadır. Hem mıknatıs hem de relüktans momentinden faydalanabilen bir tür hibrit makine yapısına sahip İMSM'nin performansının iyileştirilmesi, rotorda bulunan akı köprüleri, akı bariyerleri, mıknatısların yerleştiriliş biçimi ve boyutları ile değişmekte olup, çok amaçlı bir optimizasyon problemidir. İMSM için rotor içerisine yerleştirilen mıknatısların yüksek hızlarda maruz kaldığı ısı, mekanik sınırlamalar ve hata toleransı optimizasyon kısıtları olup, SG tasarımında multi disipliner analiz gerektirmektedir. Zorlu çalışma şartlarının geçerli olduğu havacılık SG'lerinin tasarımında, yüksek sıcaklıklarda çalışabilen SmCo mıknatıslar, manyetik geçirgenliği yüksek ve demir kayıpları düşük amorf metaller gibi özel malzemelerin kullanımı gündeme gelmiştir. Bu tez çalışmasında verim ve güç yoğunluğu yüksek, 5 fazlı İMSM'nin Pareto tabanlı çok amaçlı optimizasyonu gerçekleştirilerek, SG prototipi ve sürücüsü imal edilmiştir. Tasarlanan SG'nin boyutları, hem starter hem de generator çalışma için analitik modelden faydalanarak, diferansiyel evrim algoritması ile optimize edilmiştir. SG prototipinin testleri, tasarlanan bir sürücü ve test yatağı ile gerçekleştirilmiştir.