Search

Son yıllarda yenilenebilir enerji kaynakları üzerine yapılan çalışmaların artış göstermesi; birçok alanda olduğu gibi endüstriyel ve makine sanayiinde de tercih edilmesine neden olmaktadır. Motor sürücüleri teknolojisindeki gelişmelerle birlikte, klasik elektrik makinelerine alternatif olarak düşünülen Anahtarlamalı Relüktans Motorlar (ARM), aynı güçteki klasik makinelerden daha ucuz ve basit yapılı olmasından dolayı daha avantajlı hale gelmiştir.Bu tez çalışmasında bir Fotovoltaik (FV) Sistem ve Rüzgâr Enerjisi Sistemi (RES) ile oluşturulan hibrit bir enerji üretim sistemi tarafından beslenen ARM'nin, depolama üniteli ve depolama ünitesi olmadan doğrudan beslenme durumundaki performans analizi yapılmıştır. Analiz sisteminin fiziksel olarak kurulumunun yapılmasının ardından motorun depolama ünitesinden beslenme durumundaki davranışı belirlenmiştir. Daha sonra, bu çalışmanın temel amacı kapsamında, motor, hibrit sistemden doğrudan beslenmiş ve çeşitli yük durumlarına göre ARM'nin çalışma performansı gözlenmiştir.Kurulan bu sistem, endüstriyel sanayide ve tarımsal sulamada tercih edilmesi durumunda alınacak verim ve motorun potansiyeli açısından incelenmiş, elde edilen sonuçlar sistem grafikleri üzerinden yorumlanarak planlama ve sistem mühendisleri için öneriler sunulmuştur. As the studies on renewable energy sources are increased in recent years, such systems are preferred in many areas like industrial and machine industry. The Switched Reluctance Motor (SRM), which is considered as an alternative to conventional electric machines, has become more advantageous with the developments in motor-drive technology, because it is cheaper and simpler than the conventional machines of the same power.In this thesis, performance analysis of a SRM which was fed by a hybrid system that consist of photovoltaic (PV) system and wind energy system (WES), was performed with and without storage unit conditions. The behavior of the SRM with storage unit was determined after physical installation of analysis system. Then, as the main purpose of this study, the motor was fed directly from the hybrid system and the operating performance of SRM was observed according to the various load cases.Installed system was investigated in terms of efficiency and motor performance if preferred in industry and agricultural irrigation, results were reviewed by using obtained system graphs, suggestions were presented for planning and system engineers. 59

Güneş enerjisi temiz bir enerjidir. Bu nedenle tüm dünyada giderek kullanımı artmaktadır. Bu çalışmada fotovoltaik (PV) kullanarak anahtarlı relüktans motor (ARM) ile bir su pompası tahriki tasarlanmıştır. PV geriliminin yükseltilmesinde Boost dönüştürücü kullanılmıştır. Söz konusu sistemin matematiksel modeli Matlab/Simulink ortamında oluşturulmuş ve benzetim sonuçları alınmıştır. 50 kHz anahtarlama frekansında PID kontrolör kullanarak Boost dönüştürücü çıkış gerilimi kontrol edilmiştir. Su pompası olarak bir santrifüj pompa kullanılmıştır.Boost dönüştürücü ve ARM sürücüsü tasarlanmıştır. Boost dönüştürücünün kontrolünde Microchip firmasının ürettiği sekizlik bitlik PIC16F877A mikro kontrolörü kullanılmıştır. PV panellerinden elde edilen elektrik enerjisi akülerde depolanmıştır. Akü şarjını kontrol etmek amacıyla akü şarj kontrol cihazı kullanılmıştır.Dspace firmasının ürettiği DS1103 Ace kiti kullanarak ARM'nin hız ve akım kontrolü yapılmıştır. Akım bilgileri hall etkili akım algılayıcıları kullanılarak algılanmış ve analog dijital dönüştürücü girişi kullanarak sayısal sinyal işlemciye aktarılmıştır. ARM'nin rotor konumunun tesbitinde ve rotor hızının kontrolünde bir turda 5000 darbe üreten artımlı bir enkoder kullanılmıştır. Benzetim sonuçlarının doğruluğu deneysel sonuçlarla kanıtlanmıştır. Solar energy is a clean energy. Therefore, the use of solar energy has been increasing all over the world. In this study, a water pump drive has been designed with a switched reluctance motor (SRM) by using photovoltaic (PV). Boost-converter has been used in the voltage rise of PV. The mathematical model of the stated system has been composed in the Matlab-Simulink setting and simulation results have been obtained. The output voltage of Boost-converter has been controlled by using PID controller at 50 kHz switching frequency. A centrifugal pump has been used as a water pump.Boost-converter and ARM driver has been designed. In the control of Boost-converter, an octet PIC16F877A micro-controller produced by the Microchip firm has been used. The electrical energy obtained by PV panels has been stored in batteries. Battery charge testers have been used in the control of the battery charge.The speed and current control of ARM has been done by using DS1103 Ace kit produced by the Dspace firm. The current information has been perceived by using current sensors with hall generators and transferred to digital signal processor by using analog-digital converter. In detection and control of rotor position and speed of ARM, an incremental encoder producing 5000 stroke in one circuit has been used. The accuracy of simulation results has been proved through the experimental results. 148

Bu tez çalışmasında, 5-fazlı 10/8 kutup konfigürasyonlu yeni bir segmental tip anahtarlamalı relüktans motor (ST-ARM) tasarlanmış ve üretilmiştir. Tasarlanan ST-ARM; eşit aralıklı çıkık kutupları olan bir stator ve alüminyum içerisine gömülmüş U şeklinde çekirdeklere sahip bir rotordan oluşmaktadır. ST-ARM'nin çalışması; bitişik kutupların kısa akı yolları oluşturarak her anda sırasıyla enerjilendirilmesi prensibine dayanmaktadır. Tasarlanan prototipin performans karakteristikleri sonlu elemanlar metodu (SEM) ile incelenmiştir. Elektrik makinalarının üretiminde izlenen tasarım ve benzetim prensipleri sırasıyla klasik ARM ve tasarlanan ST-ARM'ye uygulanmıştır. Bahsi geçen yapıya ve faz enerjilendirme şemasına sahip ST-ARM aynı boyuttaki klasik ARM'nin yaklaşık 2,10 katı moment üretmiştir. Sonuç olarak, tasarlanan yeni ARM'nin karşılaştırmada kullanılan çıkış momenti, toplam ağırlık, birim güç yoğunluğu gibi kıstaslarda daha üstün olduğu ve amaçlanan modelin uzay ve askeri uygulamalar gibi yüksek moment gereksinimi olan ve ağırlığın önem arz ettiği uygulamalarda uygun olacağı kanıtlanmıştır.Anahtar Kelimeler : Segmental rotor, iki faz enerjilendirme, anahtarlama. In this thesis study, a novel 5-phase segment-type switched reluctance motor (ST-SRM) with 10/8 pole configuration has been designed and produced. The designed ST-SRM includes a stator having evenly spaced salient poles and a rotor having segmental U-type cores which are embedded in aluminum block. The operation of ST-SRM depends on exciting two adjacent phases respectively at all times by creating short flux loops. The performance characteristics of the designed prototype are investigated by finite element method (FEM). The design and simulation principles considered while designing electrical machines, are applied to conventional SRM and designed ST-SRM, respectively. The ST-SRM having foregoing structure and phase excitation scheme substantially provides 2,10 times more output torque than a same-sized conventional SR motor. As a result, it is proved that the novel SRM is superior among the criterias used in comparison such as output torque, total weight and unit power density and the purposed model is particularly well suited for high torque and weight constrained applications like aerospace and military applications.Key Words : Segmental rotor, two-phase excitation, switching. 179

Anahtarlamalı relüktans motorlar (ARM) yapılarının basitliği, kullanım kolaylıkları ve maliyetlerinin düşük olması nedeniyle gün geçtikçe kullanım alanları artmakta olan basit elektrik makinalarıdır. Motorun çalışma prensibi relüktans kuvvetine dayanmakta ve serbest hareketli, çıkık yapılı rotorun, bulunduğu manyetik devre içerisinde akının, en kolay yol bulabileceği en küçük relüktans konumuna kadar kuvvet uygulanarak çekilmesi şeklinde gerçekleşmektedir.Güç elektroniğinde kullanılan yarı iletken teknolojilerinin gelişimi, mikrodenetleyici yapılarında meydana gelen gelişmeler ve kontrol tekniklerinin de gelişimiyle paralel olarak ARM'lerin literatürdeki yeri artmaya başlamıştır.ARM'lerin birçok üstünlüklerine karşılık en önemli dezavantajı momentindeki dalgalanmanın büyük olmasıdır. Momentindeki bu dalgalanma motorun rulmanlarına zarar vermekte olup akustik gürültüye sebep olmaktadır. Motorda oluşan bu moment dalgalılığını azaltmak için ya motorun kontrol devresi ya da motorun manyetik devresi esas alınabilir.Bu çalışmada motorun manyetik devresi esas alınarak motor tasarımında yapılacak değişikliklerle momentindeki dalgalanmanın azaltılması amaçlanmış ve ?2 x 6/4 Disk Tipi Anahtarlamalı Relüktans Motor? tasarımı gerçekleştirilmiştir. Buna göre öncelikle, ARM'ler üzerinde yapılan çalışmalar, avantajları, dezavantajları, yapısı, çalışma ilkesi, enerji dönüşümleri, elektriksel ve manyetik parametrelerinin belirlenmesi, kontrolü, sürücü seçimi ve tasarım kriterleri incelenmiştir. Daha sonra ARM'nin bilgisayar destekli modellenmesi ve tasarıma yönelik yapılan çalışmalara yer verilmiştir. Son bölümde ise, sayısal manyetik alan analizi ve deney düzeneği ile elde edilen sonuçların değerlendirmesi yapılmıştır. Switched Reluctance Motors (SRM) are simple electrical machines whose application areas ever increasing thanks to their simple structures, convenient usage and cheap costs. The working principle of the motor is based on reluctance force and it is realized by applying force to the rotor that have a free movement and doubly-salient structure such that the flux inside the same magnetic circuit with this rotor, comes into the least reluctance position so that the flux will find the easiest way to flow.The developments of power electronics that is used in the semiconductor technology started to have more place in the SRM literature with the help of parallel developments that ocur in structures of microcontrollers and control techniques.Despite the many advantages of SRM, its biggest disadvantage is having torque ripple. This torque ripple causes damage to bearing system and produces acoustic noises. For minimizing the torque ripple in the motor, either motor control circuit or the magnetic circuitt of the motor shall be handled.In this work while taking magnetic circuit of the motor as basis, the changes in the motor design and minimizing of the torque ripple is aimed and design of ?2 x 6/4 Disk Type Switched Reluctance Motors? is created. According to this first of all related works done on SRM, its advantages, disadvantages, structure, working principle, energy transformation, identification of the electrical and magnetic parameters, its control, driver selection and design criteria have been researched. After these topics, the computer aided design of the SRM and works related to design of SRM have been given. In the last part, numerical magnetic field analysis and evaluations of the results obtained through the experiment setup have been made. 100

Bu tez çalışmasında, Karşıt Kuplajlı Anahtarlı Relüktans Motorunun(KKARM) modellenmesi ve moment dalgalılığının azaltılması ile ilgili önerilen yenibir yöntem sunulmuştur.Çalışmanın ilk bölümde KKARM ile ilgili yapılmış olan literatür çalışmasına yerverilmiş, ikinci bölümde klasik ARM ve sürücü sistemleri tanıtılmıştır. KKARM'ninyapısı tanıtımı ve manyetostatik analizleri üçüncü bölümde sunulmuştur. Bubölümde KKARM'nin modellenmesi amacıyla kullanılan manyetik devre temellimodelleme yöntemi ve matris temelli modelleme yöntemi tanıtılmıştır.Manyetostatik Analiz verileri kullanılarak, Yapay Sinir Ağları (YSA) tabanlıKKARM yeni bir model gerçekleştirilmiştir. YSA tabanlı modelin Matlab Simulinkortamında çalıştırılması ile KKARM'nin dinamik analizi gerçekleştirilmiş vemodelden elde edilen akım, akı, moment ve hız verilerinin literatürdegerçekleştirilmiş çalışmalar ile örtüştüğü benzer profiller çizdiği görülmüştür.Çalışmanın son iki bölümünde, KKARM'nin moment üretimi esnasında meydanagelen dalgalılığının azaltılması için yeni bir yöntem tanıtılmış ve bu yönteme ?meğrisi? adı verilmiştir. Bu yöntem ile, anlık moment değerlerinin ortalama momentdeğerinin altına düştüğü konum aralıkları önceden tespit edilebilmektedir. Bu konumaralıklarında KKARM'nin ilave bir kaynak ile beslenmesi sağlanarak momenttekidüşmeler desteklenmiş ve moment dalgalılığı %50'ye yakın bir değerde azaltıldığıyapılan deneysel çalışmalar sonucunda ispatlanmıştır. In this thesis, is presented modeling of Mutually Coupled ReluctanceMotor (MCSRM) and a new method of torque ripple reduction about MCSRM.In first chapter, MCSRM related to literature study are presented that have beenmade. In the second section, the classical SRM and drive systems are introduced. Inthe third section, the structure of MCSRM and magnetostatic analysis are presented.Also used for the purpose of MCSRM model, modeling method based on magneticcircuit, and matrix-based modeling method is introduced. Magnetostatic Analysisusing the data, Artificial Neural Networks (ANN) was carried out based on a newmodel. ANN-based model in the Matlab environment Simuluk, dynamic analysis ofMCSRM was performed by running the model derived from current, flux, torque andspeed data in the literature have been found to be similar to the study.In the last two chapters of the study, occurring the production of torque in MCSRMto reduce the torque ripple a new method is introduced and the method is called `mcurve`.With this method, instantaneous torque values, the average torque value fallsbelow the range of positions can be determined in advance. This range of positionswith a source of nutrition MCSRM providing additional torque and torque-wavework supported by the decrease of 50% reduced close to the experimental value hasbeen proven in studies. With this method, instantaneous torque values, the averagetorque value falls below the range of positions can be determined in advance. Whenthe torque is reduced, in tihs position range of the MCSRM, is supported by anadditional power source. Torque ripple is reduced %50 and distinquished inexperimantel study chapter of this thesis. 135

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. 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. 119

Anahtarlamalı relüktans motorlarının çalışma prensibi, relüktans kuvvetine dayanmakta ve serbest hareketli, çıkık yapılı rotorun, bulunduğu manyetik devre içerisinde akının, en kolay yol bulabileceği en küçük relüktans konumuna kadar kuvvet uygulanarak çekilmesi şeklinde gerçekleşmektedir. Bu motorlara olan ilgi, maliyetlerinin düşük olması, yapılarının basitliği ve kullanım kolaylıkları nedeniyle her geçen gün artmaktadır. Bu duruma paralel olarak anahtarlamalı relüktans motorları üzerine yapılan performans arttırmaya yönelik çalışmalar kontrol devresi üzerine yapılan çalışmalar ve manyetik devresi üzerine yapılan çalışmalar olarak iki alana ayrılmaktadır. Bu çalışmada motorun manyetik devresi üzerine bir çalışma gerçekleştirilmiştir.Bu çalışmada, öncelikle anahtarlı relüktans motorları ve bu motorların tasarımı hakkında genel bilgiler verildikten sonra klasik anahtarlamalı relüktans motorunun ve katlı sargı yapısına sahip anahtarlamalı relüktans motorunun sonlu elemanlar yöntemi ile analizi yapılmıştır. Sargı yapısında yapılan değişiklik sonucunda elde edilen değerler klasik anahtarlamalı relüktans motor analizinden elde edilen değerler ile karşılaştırılmış ve grafiksel olarak gösterilmiştir.Yapılan statik analizler sonucunda sargı yapısındaki değişiklik motorun moment değeri üzerinde pozitif yönde etkili olduğu görülmektedir. Katlı sargı yapısına sahip ARM için moment dalgalılığı değerinde küçük bir artış gözlemlenmiştir. Analizler sonucunda her iki sargı yapısı için moment dalgalılık oranları tespit edilerek giderilmesine yönelik önerilerde bulunulmaktadır. The principle of working of the motor is based on reluctance force and realizes by pulling the rotor which has doubly-salient structure to the least reluctance position where the easiest is and most suitable way to flow flux-linkages. Switched reluctance motors(SRM) are simple electrical machines which have application areas increasingly growing because of their cheapness and easy usage. In paralel with this situation, Its seen from the related literature that the first method used for performance improvement is the design of motor control circuit while the second method is the design of motor magnetic circuit have been taken into account. This study is about magnetic circuit os switched reluctance motor.First of all, the general knowledge about Switched Reluctance Motors and its design has been given in this study. Subsequently, magnetic analysis of the classical switched reluctance motor and multiple layer winding structured switched reluctance motor has been achieved by using the finite element method. Finally, the analysis results of these two machines have been compared and showed grafically.According to the resulting of the static analyses it has been found that output torque of the motor was effected positively. It has been seen that a little torque ripple increment for Multiple windig structured SRM was occured. After the analyses results, the torque ripples ratios for both winding structure have been determined, and suggestions for eliminating them have been presented. 82

Anahtarlamalı relüktans motorlar, sade yapıları ve imalatının kolay olması nedeniyle bir çok farklı alanda uygulama imkanı bulmuştur. Bu alanlardan biri de otomotiv sektörüdür. Bu tezin amacı araçların ilk hareket sistemlerinde kullanılan DC marş motorlarını, özellikle düşük maliyetli bir Anahtarlamalı Relüktans Motor ile tasarlamak ve bu ARM' nin mikro denetleyici yardımıyla kontrolünü sağlamaktır. Çünkü mevcut marş motorları Bölüm 3' te anlatıldığı gibi yapıları itibariyle bir çok probleme sahiptir ve bakımları da zordur.Tasarım esnasında öncelikle ARM' ler hakkına genel bir bilgi verilerek ARM tasarımı ve marş motorları hakkında bir literatür taraması yapılmıştır. Daha sonra gerçek bir marş motorunun teknik özelliklerine göre elektromekanik bir tasarım yapılmıştır.Elektromekanik tasarımın tamamlanmasının ardından yapılan iki ek tasarım daha sunulmuştur. Bu tasarımlardan biri; konum sensörlerini, güç kaynağını, akım anahtarlama elemanını (SSR) ve mikro denetleyicinin de içinde bulunduğu PCB planlaması ile yazılım tasarımıdır.Yazılım, ARM' yi kontrol eder ve sensörlerden gelen bilgilere göre motorun dönüşünü sağlamaktadır. Yazılımın bir diğer fonksiyonu da motor akımını PI kapalı döngü kontrol mantığına göre kabul edilebilir sınırlar içinde tutmaktır. Yazılım, ayrıca kontrol kartı üzerinde bulunan LCD panelde motora ait bilgileri göstermek ve gerçek akım değerini bilgisayara göndermektedir. Tasarlanan kontrol kartından gelen bilgiler, analizleri kolaylaştırmak için bilgisayarda grafik ortamına aktarılmış, donanım ve yazılım tasarımı başarıyla gerçekleştirilmiştir.Sonuç olarak, bir marş motoru anahtarlamalı relüktans motor kullanarak tasarlanmış, bu motorun kontrolü mikro denetleyici tabanlı yapılmış, kontrol sisteminde akım anahtarlama elemanı yerine SSR' ler kullanılarak toplam sistem maliyeti düşürülmüştür. Switched Reluctance Motors (SRM) have found a lot of application areas in many different field due to their simple structures and simplicity of manufacturing. One of the field that they are used is automotive. What this thesis aim is to design a low cost SRM, control it by using a microcontroller in order to replace starter motors used in vehicles for their starting systems. Because traditonal starter motors have many problems due to their structures and they are hard to maintain, as given in chapter 3.During design fulfillment a general explanation of SRMs is given first. Secondly, a literature research about SRM design and starter motors has been introduced. Then according to the technical requirements taken from a real starter motors the electromechanical design is accomplished and output of this design is introduced in chapter 4.After completing electromechanical design it is given two additonal designs that are obligatory. One of them is hardware design that includes position sensors, power supply, current switching elements (SSR), plannig a PCB including microcontrollerThe other design that has been completed is software design. The software controls the SRM and make it rotate according to the signals coming from the sensors. Another important issue that software makes is to control motor current values, using PI closed loop logic, in order to keep them in a tolerable limits.In addition to these goals the software is also responsible for indicating the motor?s actual datas on the LCD located on the control card and sending the actual current values to computer. The received data from the designed control card are transferred on a graph on the computer screen to make easy to analyse the results. Hardware and software design are succeded in chapter 5.As a result, a starter motor design using a SRM, control of it by microcontroller is accomplished and utilizing SSRs in current switching element simplify the design, reduce total system cost. 90

URL: http://sutod.selcuk.edu.tr/sutod/article/view/109, Bu çalışmada anahtarlamalı relüktans motorlar (ARM) için en uygun çalışma şartlarını sağlayan bir hız kontrol devresi geliştirilmiştir. ARM’ın özellikle düşük hızlarında karşılaşılan titreşimler ve tork dalgalanmaları giderilmeye çalışılmıştır. Motoru sürmek için üçgen ve trapez olmak üzere iki farklı dalga şekli kullanılmıştır.Söz konusu dalga şekilleri EPROM’a yazılan bir program aracılığıyla elde edilmiştir. Motoru sürmek için kullanılacak bir adım dalga şekli onaltı parçacığa bölünmüştür Ayrıca iki faz enerjili tam adım modu dalga şekli de tasarlanan devreden elde edilerek motorun hız kontrolunda kullanılmış ve her bir dalga şekliyle ayrı ayrı sürülen motorun titreşim, gürültü, tork dalgalanma seviyeleri ve performansları karşılaştırılmıştır., In this study, an appropriate speed control circuit for switched reluctance motors has been designed and implemented in such a way as to eliminate vibrations encountered in low speeds.In doing so, triangular and trapezoidal wave forms dividing one step of the motor into sixteen have been generated by means of an EPROM and the wave forms obtained in this way have been employed to drive motor. Full step mode with two phases has been obtained and used to control the speed of motor. A comparison has also been between this technique and the full step mode driving.

Bu tezde zeki denetimli endüstriyel çamaşır makinesi (EÇM), anahtarlamalı relüktans motoru (ARM) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. EÇM'lerde genellikle asenkron motor kullanılmakta ve denetiminde geleneksel denetim algoritması kullanılmaktadır. Doğrusal olmayan çok değişkenli durum denklemleri ile modellenmesinden dolayı bir asenkron motorun denetimi çok karmaşıktır. Bu karmaşıklık vektör denetim tekniği ile azaltılabilmektedir. Ancak, bir anahtarlamalı relüktans motor ile bir asenkron motoru kıyaslandığında ise bir ARM yüksek akım olmaksızın yüksek kalkınma torku, daha yüksek verimlilik, oldukça yüksek hız ve daha iyi tork/atalet oranı verebilmektedir. EÇM'de denetim algoritması olarak bulanık mantık algoritması kullanılmıştır. Bulanık mantık denetim algoritması sistemin matematiksel modeline ihtiyaç duymadığı için kolayca uygulanabilmektedir. Bu tezde EÇM'deki geleneksel denetim algoritmalarının zayıflıkları giderilmiş ve ARM kullanılarak EÇM'nin verimi arttırılmıştır. In this thesis, intelligent controlled industrial type washing machine using a Switched Reluctance Motor (SRM) is developed. Induction motors are generally used in industrial type washing machines and classical control algorithms are chosen as control algorithms. Control of induction motors are complex, as it is modeled by nonlinear multivariable state equations. Vector control techniques alleviate the complexity of the problem. But a SRM in comparison to an induction motor can offer a high starting torque without high currents, higher efficiency and a better torque/inertia ratio. In this study fuzzy logic control algorithm was chosen as a control algorithm. Fuzzy logic control is somewhat easy to implement because it does not need the mathematical model of the system. In this study, the disadvantages of the classical control algorithm are eliminated and a high efficient system is performed using a SRM in the industrial type washing machines. 95

Bu çalışmada, birçok alanda kullanımı giderek yaygınlaşan anahtarlamalı relüktansmotor yapısını temel alan ve özellikle doğrudan sürücülü uygulamalarda kullanılmasıdüşünülen Terslendirilmiş Anahtarlamalı Relüktans Motor (ARM) tasarımıgerçekleştirilmiş ve imal edilmiştir.Tasarımı ve prototip üretimi gerçekleştirilen 8/6 motor, üç fazlı klasik döner yapıdakiARM' un rotorunun stator, statorunun ise rotor olarak kullanıldığı bir çeşididir.Uygulama olarak raylı ve karasal taşımacılık sistemleri, çamaşır makineleri ve benzerbirçok elektrikli ev araç-gereçlerine ve asansör sistemlerine kadar çok geniş biryelpazede kullanım alanı bulabilecek olan bu motor, çalışma prensibi gereği klasikARM ile aynı özellikleri taşımaktadır.Klasik motorlara göre mekanik sistem kullanımından kaynaklanan aktarma kayıplarınınortadan kalktığı ve dolayısıyla sistem veriminin artmasını sağlayacak bu motorlar, aniivmelenmenin gerçekleşmesini de sağlayacaktır.Sunulan bu çalışmada yine ilgili motorun kontrolü hususunda kullanılabilecek kontrolteknikleri ve özellikle konum algılanmasının yapılabilmesi için uygulanabilecekyöntemler üzerinde de durulmuştur. Özellikle ARM' lerin temel dezavantajları arasındayer alan sensör kullanımını elimine etmek amacıyla konum algılanmasınıngerçekleştirilebileceği yakın zamanda çok popüler hale gelen yapay zekâ tekniklerindenyıllardır uygulanmakta olan klasik tekniklere kadar birçok tekniği içeren temel tekniklerverilerek bunların avantaj ve dezavantajları üzerinde durulmuştur.Bu tez çalışmasında, 1.BÖLÜM' de tezin literatürdeki yeri ve çalışmanın amacıverilmektedir. 2.BÖLÜM' de anahtarlamalı relüktans motorun temel özellikleri veçalışma prensiplerinden bahsedilmiştir. 3.BÖLÜM' de ARM' lerin sürücü devrelerindekullanılan çevirici yapıları üzerinde durulmuştur. 4. BÖLÜM' de tasarımı ve imaligerçekleştirilen Terslendirilmiş ARM' den, 5. BÖLÜM' de ise sensörsüz işletimteorisinden bahsedilmiştir. Son bölüm ise yapılan çalışmada elde edilen sonuçlarıiçermektedir.Anahtar Kelimeler: Anahtarlı Relüktans Motorları, Yapay Sinir Ağları (YSA),Sürücüler, Güç çeviriciler, Güç elektroniği. In this study, Inverted Switched Reluctance Motor (ISRM) that has operational andtechnical characteristics of classic SRM has been projected and produced. The motorthat has been produced is 8/6 inverted SRM and has the power of 5kW. This type ofmotor can be used of very large field that deals with trains, cars and the other electricalappliances.Unlike classical electric motors, ISRM has the capability of direct drive for somestudying, like the first paragraph. These ISRMs are more productive than the classictype of motors because they don?t need any kind of gear box. In addition, these type ofmotors has better acceleration abilities.Besides, in this study, sensorless operation of SRM drives and its advantages anddisadvantages were talked about. ANN ( Artifical Neural Network ) was inspected forapplying sensorless operation.In the first chapter of this study, the position of the thesis in literature and purpose of thestudy has been mentioned. In the second chapter, working principles and basiccharacteristic of switch reluctance motors has been discussed. In the third chapter, theconverter structures which are used in SRM driver circuit have been dwelled on. In thefourth chapter, IRSM that projected and produced have been discussed. In the fifthchapter, sensorless operation of SRM drives has been mentioned. The last chapterincludes results of the study.Keywords: Switched reluctance motors, ANN, Drivers, Power converters, Powerelectronics. 103

ÖZET Tam Kutup Adımlı Anahtarlamalı Relüktans Motor (TKARM), yeni sargı yöntemi ile klasik Anahtarlamalı Relüktans Motorun (ARM) sahip olduğu üstünlüklere ek olarak ortalama momentte önemli bir oranda artış sağlamaktadır. Motorun magnetik ve elektrik devresinin daha verimli kullanılması ile elde edilen bu artış yanında temel çalışma ilkelerinde de önemli değişiklikler meydana gelmektedir. Ortalama çıkış momentinde sağlanan olumlu gelişmeye rağmen, yeni sargı yöntemi iki olumsuz yönü beraberinde getirmektedir. Bunlardan ilki makinede üretilen akının sadece rotor konumuna ve bir faza değil aynı zamanda makinenin diğer fazlarına da bağlı olmasından kaynaklanan, analitik modelde meydana gelen karmaşıklıktır. Diğeri ise klasik ARM 'un yapısında zaten var olan fakat yeni sargı yapısı ile uyarmaya bağlı olarak etkisini daha da arttıran ve faz geçişleri esnasında oluşan momentteki dalgalılık oranının artmasıdır. Çalışmanın amacı TKARM 'un moment dalgalılığını azaltmak ve yeni sargı yöntemi ile elde edilen ortalama çıkış momentindeki artışı ön plana çıkartmaktır. Bu amaçla ilk olarak Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile TKARM 'un analizi yapılarak çalışma karakteristikleri bundan önceki çalışmalara uygun olarak elde edildi ve değişik uyarma akımları için dalgalılık oranlan belirlendi. Aynı motor hiç bir parametresi değiştirilmeksizin klasik ARM olarak modellendi. Değişik konumlara ait akı yolu haritaları karşılaştırıldı ve moment dalgalılığını azaltmak amacıyla klasik ARM 'una uygulanan ve magnetik devreyi temel alan çalışmaların tek yönlü uyarma yapısında TKARM için de uygulanabileceği sonucuna varıldı. Ortalama çıkış momentleri açısından karşılaştırıldığında ise anma akımında %23.8 oranında bir artış sağlandı. Moment dalgalılığını azaltmak için farklı stator ve rotor kutup başı parametrelerine sahip beş ayrı model oluşturuldu ve bu modeller anma alam değeri için analiz edildi. Moment dalgalılığında en iyi iyileşme oranına sahip olan Model 5 ayrıntılı olarak incelendi ve tüm çalışma karakteristikleri çıkartıldı. Kutup başı parametrelerinin hiç değiştirilmediği Temel Model ile karşılaştırıldığında anma alamı için dalgalılıkta %22.6 'lık bir iyileşme elde edildi. Ortalama moment açısından klasik ARM ile karşılaştırıldığında ise yaklaşık %26.7 değerinde bir artış elde edildi. Sonuç olarak, TKARM 'da momentteki dalgalılık sorunu önemli ölçüde giderildi. Bu şekilde yeni sargı yönteminin sağladığı ortalama momentteki artıştan daha olumlu bir şekilde yararlanma imkanı sağlandı. Anahtar Kelimeler : Tam Kutup Adımh, Anahtarlamalı Relüktans Motor, Sonlu Elemanlar Yöntemi, Moment Dalgalılığı, Kutup Başı Şekillendirme xıı ABSTRACT Fully Pitched Switched Reluctance Motor (FPSRM) has higher average torque output than conventional SRM. This is an additional benefit of FPSRM since it has all other advantages of conventional SRM compared to the rest of the motor family. By employing a new winding configuration, the electric and magnetic circuit of motor is used more efficiently and some important modifications occur in its operational principles. In spite of increasing average torque output, FPSRM has two major drawbacks. Firstly, since the phase flux linkages are a nonlinear function of not only the associated phase current and rotor position, but also other phase currents as well, the analytical modelling is more complex than conventional SRM. Second drawback is the torque ripple which occurs during transition between the phases. Although the torque ripple problem inherently exists in conventional SRM, it is likely more severe depending on excitation pattern and increases in fully pitched winding arrangement. The aim of this thesis is to decrease the torque ripple and to emphasize the average torque increase provided by fully pitched winding arrangement. For this purpose, FPSRM is analyzed by Finite Element Method (FEM) and its operational characteristics have been obtained. Than, the model of conventional SRM has been built by changing winding arrangement for the same motor and compared to FPSRM. 23.8% increase has been observed in average torque output at nominal phase current. By comparing flux paths for different rotor positions, it has been shown that magnetic circuit based torque ripple reduction methods used in conventional SRMs, could be applied to FPSRM for unipolar excitation scheme. Five FPSRM models, having different stator and rotor pole tip geometric parameters, have been constituted and FEM analyses has been performed at nominal phase current. The model which provides the best torque ripple improvement has been analyzed with all details and named as Model 5. When compared to basic model of FPSRM, 22.6% improvement had been obtained in torque ripple value. In terms of avarage torque output in conventional SRM, this value had been determined as approximately 26.7%. Consequently, the torque ripple problem of FPSRM has been investigated and significant reduction is achieved. So torque output increase has been succesfully exploited in FPSRM. Keywords: Fully Pitched, Switched Reluctance Motor, Finite Element Method, Torque Ripple, Pole Tip Shaping xm 132

Bu tezde, hız denetimi yapılan anahtarlamalı relüktans motor (ARM), doğrusal olmayan karakteristiğe ve düşük verime sahip bir su pompasını tahrikte kullanılmıştır. Su pompasının debi ve basma yüksekliği, pompanın hızı değiştirilerek denetlenmiştir. Elde edilen uygulama sonuçları, ARM ile çalıştırılan pompa sisteminin toplam veriminin, aynı güce sahip asenkron motor ile çalıştırılan pompa sisteminin toplam veriminden %27,62 daha yüksek olduğunu göstermiştir. ARM'nin hız denetimi, PIC16F877 mikrodenetleyici ile tasarlanan bir denetleyicide Pl tekniği kullanılarak sağlanmıştır. Motorun faz akımları tasarlanan klasik konvertör, hız ise gerilim azaltan (step-down) konvertör ile denetlenmiştir. Motorun hızı, su pompasının emme ve basma yükseklikleri tasarlanan deney düzeneğinde bulunan 2x16 karakterli LCD ekranda gözlenebilmekte, 16 karakterli tuş takımı ile motor hızı değiştirilebilmektedir. Anahtar Kelimeler : ARM, Hız denetimi, Su pompası, PIC16F877 In this thesis, a speed controlled switched reluctance motor (SRM) has been used to drive a water pump that has nonlinear characteristics and low efficiency. Capacity and total head have been adjusted by changing the speed of the water pump. Experimental results show that efficiency of the water pump system driven by a SRM is %27,62 much higher than efficiency of the water pump system driven by induction motor that has equal power rating with SRM. The SRM was controlled with microcontroller PIC16F877. A classical converter for both operation and the current control, and a step-down converter for speed control and the voltage control of the SRM were designed and implemented. The motor speed, input and output heads can be observed on a LCD display with 2x16 characters, and the motor reference speed can be set, or altered by a 16 characters push-button set placed on the experimental set. Keywords :SRM, Speed control, Water pump, PIC16F877 163

bir anahtarlamali relüktans motorun sinirsel-bulanık denetimi (Doktora Tezi) M.A1İ AKCAYOL GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Aralık 2001 ÖZET Bu tezde bir Anahtarlamali Relüktans Motorun sinirsel bulanık denetimi gerçekleştirilmiştir. Bulanık denetleyiciye ait kurallar ve üyelik fonksiyonlarının başlangıç değerleri sistemin dinamik davranışı incelenerek elde edilmiş ve daha sonra yapay sinir ağlan ile öğretilerek en iyi değerler bulunmuştur. Benzetim çalışması için Delphi programlama dili kullanılarak bir simulator hazırlanmıştır. Uygulama için geliştirilen program ANSI C diliyle hazırlanmıştır. Uygulama TMS320F240 sayısal işaret işlemcisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Motorun değişik hız ve yük altında elde edilen benzetim ve uygulama sonuçlan karşılaştınlmıştır. Benzetim ve uygulama sonuçlan tam uygunluk göstermiştir. Aynca TMS320F240 sayısal işaret işlemcisi ile motorun çok düşük ve çok yüksek hızlarda hassas denetiminin yapılabildiği gözlemlenmiştir. Bilim kodu : 626.01.01 Anahtar Kelimeler : ARM, Sinirsel Bulanık Kontrol, NEFCLASS, ANFIS, Sayısal İşaret İşlemcisi Sayfa Adedi : 204 Tez Yöneticisi : Prof. Dr. Çetin ELMAS 11 NEURO-FUZZY CONTROL OF A SWITCHED RELUCTANCE MOTOR (Ph.D. Thesis) M.A1İ AKCAYOL GAZI UNIVERSITY INSTITUTE OF SCIENCE AND TECNOLOGY December 2001 ABSTRACT In this thesis, neuro-fuzzy control of a Switched Reluctance Motor has been implemented. Initial values both membership functions and rule base of fuzzy logic controller have been obtained using knowledge of dynamic behavior of the motor then these values have learned by artificial neural networks for optimization. A simulator was developed using Delphi programming language. Then the system was implemented using TMS320F240 fixed point digital signal processor. The program of TMS320F240 has been developed using ANSI C language. The comparation of results obtained from both simulations and experiments showed very good agreement. In addition, it has been observed that Switched Reluctance Motor could be controlled in a wide range of speed. Science code Key Words Page Number Adviser 626.01.01 SRM, Neuro-Fuzzy Control, NEFCLASS, ANFIS, DSP 204 Prof. Dr. Çetin ELMAS 204

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 1999, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 1999, Bu çalışmada, stator ve rotor kutup başı şekilleri değiştirilerek Anahtarlamalı Relüktans Motorunun (ARM) moment dalgalılığı azaltılmıştır. Stator ve rotor kutup başlarında tanımlanan yeni geometrik parametreler değiştirerek yeni stator ve rotor şekillerine sahip ARM modelleri elde edilmiştir. Beş yeni ARM modeli incelenerek en az moment dalgalılığına sahip ARM modeli, önerilen model olarak tespit edilmiştir. Sonlu Elemanlar Metodunun (SEM) kullanıldığı çalışmada hem klasik kutup şekillerine sahip ARM modeli hem de yeni modellerin davranışı doğrusal ve doğrusal olmayan doymalı çalışma bölgeleri için incelenmiştir. Yeni kutup şekline sahip önerilen modelinin moment dalgalılığını büyük oranda iyileştirdiği gösterilmiştir. Doğrusal çalışma bölgesinde önerilen modelin moment dalgalılığında yaptığı iyileştirme oranları %14.9 ile %20.2 arasında iken, doğrusal olmayan doymalı çalışma bölgesinde önerilen modelin moment dalgalılığında yaptığı iyileştirme oranları ise %21.4 ile %24.1 arasında elde edilmiştir., In this study, changing the shape of the pole tips, torque ripple of the Switched Reluctance Motor (SRM) has been reduced. Modifying the geometric parameters which has been defined on the stator and the rotor poles, new models of SRM which has new stator and rotor pole shapes has been obtained. Thus, five SRM, which has different stator and rotor shapes, has been examined. One of these SRM, which has minimum torque ripple, has been proposed for reducing to torque ripple of the SRM. Using the Finite Element Method (FEM), behaviour of the SRM, which has both classic and new pole shapes, has been examined in the linear region and in the non-linear region. New proposed model of the SRM reduces the torque ripple on a large scale. Improvement to the torque ripple by using proposed model is about 14.9% and 20.2% in the linear region. Improvement to the torque ripple by using proposed model is about 21.4% and 24.1% in the non-linear region. After using the proposed model, torque ripple of the SRM has been obtained as 11.9%., Yüksek Lisans, M.Sc.