Anahtarlamalı doğrusal hareketli relüktans motor tasarımı
The design of linear switched reluctance motors
Yazar: NURETTİN ÜSTKOYUNCU
Danışman: YRD. DOÇ. DR. FERHAT DALDABAN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anahtarlı relüktans motorları = Switched reluctance motors ; Doğrusal motorlar = Linear motors ; Sayısal işaret işleyicisi = Digital signal processor ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method ; Tasarım = Design

Özet:
Anahtarlamalı relüktans motorlar (ARM) yapılarının basitliği, sağlam oluşları, hata toleranslarının yüksek olması gibi özellikleri ile alışılagelmiş alternatif akım (AA) ve doğru akım (DA) motorlarına göre oldukça avantajlıdır. Aynı zamanda sadece rotor ya da statorlarında sargı bulunması ve yapılarında mıknatıs içermemeleri, maliyet ve üretim açısından bu motorları çok avantajlı kılmaktadır. Dolayısıyla son yirmi yılı kapsayan dönem içerisinde ARM'ler hususunda birçok çalışma yapılmıştır. Bununla birlikte ilgili motorların doğrusal ve yine doğrusal prensibi temel alan disk tipleri hakkında yapılan çalışmaların sayısı oldukça kısıtlı kalmıştır.Doğrusal hareketin gerekli olduğu taşımacılık sistemleri, asansörler ve dokuma tezgâhları gibi birçok alanda döner motorlar yerine doğrusal yapılı motorların kullanılması daha uygundur. Bu uygulamalarda doğrusal motorların kullanılması ile hem ek mekanik aksam, kayıp ve maliyetlerden kurtulmuş olunmakta hem de istenilen düzeyde hızlı ve hassas hareketlerin elde edilebilmesi sağlanmaktadır. Yine döner hareket yapmalarına karşın doğrusal motorların yapısal çalışma karakteristiklerine sahip olan disk tipi anahtarlamalı relüktans motorlar da alışılagelmiş döner yapıdaki motorlara göre çok daha uygun boyutlarda tasarlanabilmekte ve özellikle doğrudan sürücülü sistemler için oldukça avantajlı olmaktadırlar.Sunulan tez çalışmasında, anahtarlamalı doğrusal hareketli relüktans motor (ADHRM) yapısını temel alan dört farklı motor yapısının tasarımı, incelenmesi, benzetimi ve prototip olarak üretimi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen motor yapıları, sahip oldukları özellikler açısından alışılagelmiş yapıdaki benzerleri ile kıyaslandıklarında değişik avantajlara sahiptir. ARM'lerin incelenebilmesi için analitik ve sayısal yöntemler kullanılmış olup sayısal yöntem olarak iki ve üç boyutlu sonlu elemanlar yöntemi (SEY) esas alınmıştır. Aynı zamanda ilgili motorların çalışma karakteristiklerinin daha iyi bir şekilde incelenebilmesi için motorların dinamik benzetimlerini yapabilen bir yazılım sunulmuştur. Motorların kontrolü, tasarlanan mikrodenetleyici tabanlı kontrol kartlarının yanında sadece motor kontrolü değil, birçok mühendislik probleminin çözümünde önemli roller alan sayısal işaret işlemci (DSP: Digital Signal Processor) tabanlı uygulama kartı kullanılarak da gerçekleştirilmiştir.Yapılan çalışmada, 1. ve 2. Bölüm'lerde, ARM'lerin temel özellikleri ve çalışma prensiplerinden bahsedilmiştir. 3. Bölüm'de, ilgili motorlara ait elektromanyetik karakteristiklerin elde edilmesinde kullanılan yöntemler üzerinde durulmuştur.4. Bölüm'de, tasarımları gerçekleştirilen motor yapıları hakkında bilgi verilip bu yapılar ile ilgili sayısal ve analitik sonuçlara yer verilmiştir. 5. Bölüm'de gerçekleştirilen prototip sistemler ve bu sistemlerle ilgili deneysel ölçümlere ait sonuçlar üzerinde durulmuştur. Son bölüm olan 6. Bölüm'de ise elde edilen sonuçlar kısaca özetlenmiş ve özellikle önerilen motor yapıları ile ilgili bir değerlendirme yapılmıştır.

Abstract:
Switched reluctance motors (SRMs) are the attractive alternative to classical alternative current (AC) and direct current (DC) motors due to their advantages such as simple structure, rugged behavior and high fault tolerance. In addition, desirable advantages such as lack of windings on either the stator or rotor and no-magnet structure, making them ideal for low cost manufacturing and maintenance. Therefore, many studies have been presented on rotary switched reluctance motor in recent two decades. However, there is a paucity of the literature on linear and disc type versions of SRMs.Using of linear motors is more suitable than that of the rotary motors in many areas which need linear movement such as elevators, weaving loom and transportation systems. In these systems, the manufacturing cost and losses can be decreased by using linear motors which do not need any mechanical parts used in other rotary systems and the needed sensitive motion and high acceleration are obtained. In addition, disc type switched reluctance motors based on linear SRMs are very attractive solutions to direct drive systems with rotary movement due to their low volumes compared with rotary SRMs.In this study, design, analysis, simulation and manufacturing of the prototypes of four different motor structures based on linear switched reluctance motor (LSRM) are realized. The proposed motor structures have different advantages when compared with classical motors. Characteristics of the SRMs are obtained by using two and three dimensional finite element method (FEM) as a numerical technique and analytical calculations. In addition, a software which is capable of doing dynamic simulation of SRMs is presented to obtain the operating characteristics of new structures. Classical and proposed motors are operated by using designed new control circuits based on microcontroller and also an evaluation module based on digital signal processor (DSP) which is used to solve many engineering problems in addition to control problems.In this study, the fundamentals and operating principles of SRMs are presented in Section 1 and 2. The techniques which are used to obtain electromagnetic characteristics of the motors are explained in Section 3. Section 4 covers the analytical and FEM calculations of the characteristics of the proposed motor structures with basics of them. The realized prototype systems and experimental measurements are given in Section 5. Section 6 presents conclusions of this study and especially, interpretations about the proposed motor structures.