Elektromekanik sistemlerin optimum tasarımı ve denetiminin incelenmesi

Abstract

Bu tezde elektro-mıknatıs devreleri incelenmiş ve bu devrelerle kurulan elektromekanik aygıtların tasarımları araştırılmıştır. Materyal ve Yöntem bölümünde elektromekanik aygıtların çeşitli tipleri hakkında bilgi verildikten sonra literatürde düz yüzlü disk tipi olarak bilinen elektromekanik aygıtın tasarım adımlan açıklanmış, statik ve dinamik karakteristikleri teorik ve deneysel olarak elde edilmiştir. Tasarımı alışılagelmiş doğrudan hesaplama yöntemi ile yapılan elektromekanik aygıtlar için bir optimizasyon işlem planı önerilmiştir. Hacmin minimizasyonu ile harcanan gücün minimizasyonu olmak üzere iki problem irdelenerek optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Bu tip elektromekanik aygıtların tasarımında göz ardı edilen saçaklarıma ve sızıntı akıları ile sıcaklık etkisini içine alan ifadeler kullanılmıştır. Bir uygulama alam olarak, elektromekanik aygıt kullanım alanlarından biri olan gergi denetimi amaçlı bir elektromekanik fren düzeneği gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen bu düzeneğin dinamik analbi yapılıp MATLAB ve Simulink paket programlan kullanılarak sayısal çözümleri elde edilmiştir. Bir kontrol devresi içinde aç-kapa elemanı olarak davranan bu elektromekanik fren, Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) tekniği ile sürülerek oransal bir etki sağlanmaya çalışılmıştır. Sonuçta aç-kapa çalışmaya göre denetim hatası önemli oranda azaltılmıştır. Böylece DGM tekniği yolu ile basit bir aç-kapa elemanından oldukça hassas bir denetim sağlama imkanı gösterilmiştir.

In this thesis, electromagnetic circuits are studied and the design of electromechanical devices formed with this circuits are investigated. At the section of material and method, after giving information about the different types of electromechanical devices, the design steps of electromechanical device known as a flat faced disc type are explained and its static and dynamic characteristics are theoretically and experimentally obtained. An operation of optimization is proposed for an electromechanical device which their computation can be made with a traditional design method. Two problems, namely the minimization of volume and the minimization of used power are examined, and the optimization is realized. The fringing, leakage fluxes and the effect of temperature term normally neglected in the design of this type of electromechanical device, are used. As an application area, an electromechanical brake mechanism used for the tension control system is realized. The dynamic analysis of this mechanism is made and their numerical solutions are obtained with MATLAB and Simulink package programs. In order to realize proportional effects, the PWM technique is applied the mechanical brake which normally behaves as an on-off element in a control loop. As a result of this application the magnitude of control error is significantly reduced comparing with the on-off effect. Thus with the PWM technique it is shown that reasonable precise control can be obtained from a simple on-off element.