Raylı Sistem Uygulamaları İçin Bir Ultra-Kapasitör Tabanlı Geri Kazanımlı Frenleme Sistemi
Design Of An Ultra-Capasitor Based Regenerative Braking System For Railway Applications
Yazar: ABDULLAH TALHA MERT
Danışman: PROF. DR. MÜSLÜM CENGİZ TAPLAMACIOĞLU
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Ankara metrosu = Ankara subway

Özet:
Her geçen gün toplumların şehirlerde yaşamayı tercih etmesi sebebiyle günümüzde şehirlerin nüfusu giderek artmaktadır. Artan nüfus ve nüfus yoğunluğu pek çok soruna sebep olmaktadır. Bu sorunların en önemlilerinden biri ulaşımdır. Özellikle büyük şehirlerde sürdürülebilir kitle kent taşımacılığı bu sorunu çözmekte en önemli kaynaklarımızdan biri olmalıdır. Raylı sistemlerin yüksek güçlere ulaşmaları, trafikten etkilenmemeleri, konforlu ve yüksek yolcu kapasiteli olmaları gibi avantajları sayesinde kentsel taşımacılıkta giderek daha avantajlı olduğu anlaşılmaktadır. Günümüzde toplu kentsel ulaşım sisteminde kullanılan en önemli araçlardan biri de metrodur. Kendine ait özel bir yolu ve raylı sistem araçları bulunan, hiçbir şekilde diğer sistemler ile yolları kesişmeyen kapalı bir sistemdir. Kent metro taşımacılığı için tercih edilen enerji kaynağı ise elektriktir. Raylı ulaşım sistemlerinde hem ana enerji kaynağı hem de çekiş enerjisi kaynağı olarak kullanılan elektriği sağlamak için farklı sistemler kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında 750 Volt DC gerilim kullanılarak oluşturulan çıkış enerjisi ve bu enerjiye bağlı frenleme sebebiyle ortaya çıkan rejeneratif enerjinin meydana gelmesinden bahsedilecektir. Buna bağlı olarak, raylı sistemlerde istasyon içerisindeki elektrik ekipmanlarından enerji iletim sistemlerine ve buradan da motorlarda frenleme gerçekleşinceye kadar izlenen yol ve bu süreçte enerjinin rejeneratif enerjiye dönüşümü Ankara Metrosunda kullanılmakta olan metro araçlarındaki motorlarda anlatılacaktır. Rejeneratif frenleme, elektrik motorunun frenleme sırasında elektrik üretmesini sağlayan bir sistemdir. Rejeneratif frenleme esnasında elektrik motoru, araçların kinetik enerjisini geri kazanıp elektrik enerjisine dönüştürülmesini sağlayan bir jeneratör görevi görmektedir. Bu tez çalışmasında, rejeneratif enerjiye etki eden çeşitli parametreler ve parametrelere ait sonuçları incelenmiştir. Büyükşehirlerdeki demiryolu sistemlerinde rejeneratif fren enerjisini depolama yöntemi olarak ultra-kapasitörlerin kullanımı araştırılmış ve incelenmiştir. Rejeneratif sistemler sayesinde demiryolu araçlarında frenleme esnasında boşa harcanan ve ısıya dönüşen enerjinin ivmelenme sırasında kullanılması hedeflenmiştir. Ayrıca Ankara Metro sistemi incelenmiş, rejeneratif geri kazanım enerjisini analiz etmek için ultra-kapasitör modülleri boyutlandırılmış ve ayrıca simülasyon üzerinden bir kontrol sistemi kurulmuştur.

Abstract:
Today, the population of cities is increasing due to the fact that societies prefer to live in cities every day. The increasing population and population density cause many problems. One of the most important of these problems is transportation. Especially in big cities, sustainable mass urban transportation should be one of the most important resources in solving this problem. It is understood that rail systems are becoming more and more advantageous in urban transportation thanks to their advantages such as reaching high powers, being not affected by traffic, and having comfortable and high passenger capacity. Today, one of the most important vehicles used in the mass urban transportation system is the Metro. It is a closed system with its own special path and rail system tools, which in no way intersect with other systems. Electricity is the preferred source of energy for urban metro transport. In rail transportation systems, different electrical systems are used to provide electricity, which is used both as the main energy source and as the traction energy source. In this thesis, the output energy generated by using 750-volt DC and the generation of regenerative energy due to braking related to this energy will be mentioned. Accordingly, the path followed from the electrical equipment in the station to the energy transmission systems in the rail systems and from this to the braking of the engines and the conversion of energy to regenerative energy in this process will be explained in the engines of the subway vehicles used in Ankara Metro. Regenerative braking is a system that allows the electric motor to generate electricity during braking. During regenerative braking, the electric motor acts as a generator that restores the kinetic energy of the vehicles and converts them into electrical energy. In this thesis, various parameters affecting the regenerative energy and their results are examined. The use of ultra-capacitors as a method of storing regenerative brake energy in railway systems in major cities has been investigated and studied. With the help of regenerative systems, it is aimed to use the energy wasted during braking and turned into heat during acceleration in railway vehicles. In addition, Ankara Metro system was examined, ultra-capacitor modules were sized to analyze regenerative recovery energy and a control system was established through simulation.