Manyetik levitasyon trenleri için sabit mıknatıslı lineer senkron motor tasarımı

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.