123 - Uluslararası katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu / TrC

Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
Raylı Sistem Araçları Cer Motorlarının Dizayn Parametrelerinin Belirlenmesi Ve
Yerli İmalat İmkanlarının Araştırılması
M.Karadere*
Bahçeşehir Üniversitesi
İstanbul Ulaşım A.Ş.
İstanbul
M. Kantarcı†
Bahçeşehir Üniversitesi
İstanbul
Özet— Şehir içi ve şehirlerarası ulaşım türlerinde
raylı sistem uygulamalarının önemi artmaktadır. Her
geçen gün raylı sistem ağının genişlemesi, raylı sistem
araçlarına olan ihtiyacın artması; araç, sistem ve
ekipman imalatına dikkat çekmektedir. Buna istinaden,
bu çalışmada raylı sistem araçlarındaki cer motor
ihtiyacı ve tasarım parametrelerine dair incelemeler
yapılmış, çözüm önerileri sıralanmış ve yerli oranını
artırmak için imalat imkanları araştırılmıştır. Raylı
sistem araçlarında kullanılan mevcut doğru akım
motorları, asenkron motorlar (indüksiyon motorları) ve
sabit mıknatıslı senkron motorlar teknik özellikler
bakımından mukayese edilerek dizayn parametreleri elde
edilmiştir. Türkiye 2023 ulaşım stratejileri doğrultusunda
raylı sistem araç filosunun büyümesi ve mevcut
araçlardaki yenileme ihtiyacı dikkate alındığında, 2023
yılına kadar olan cer motoru talebi belirtilerek, yerli
imkanlarla yapılacak imalatın ülke cari açığının
azaltılmasına yapacağı katkı vurgulanmıştır.
I. Raylı Sistem Pazarı
A. Dünya’ya Bakış
UNIFE Roland Berger tarafından yapılan, dünya raylı
sistem pazar araştırmasına göre gelecekteki pazar değeri
Şekil 1’de verilmektedir. Bölgesel pazarda Batı Avrupa
yüzde 28 oranla en büyük pazar payına sahiptir. Batı
Avrupa’yı yüzde 26’lık payla Asya-Pasifik takip
etmektedir. Bu oranların yanında, raylı sistem araçlarının,
yüzde 33 payla dünya pazarında çok önemli bir yere
sahip olduğu görülmektedir. Raylı sistem araçlarının,
işletme ve hizmetlerden sonra yüzde 33 ile ikinci en
büyük paya sahip olması bu alandaki yatırımların önemli
bir yer tuttuğunun göstergesidir. Bu pazar araştırmasında
raylı sistem sektöründeki büyüme yüzde 3 olarak
belirtilmiştir. [15]
Anahtar kelimeler: Cer motor, sincap kafesli asenkron motor, yerli cer
motor üretimi
Abstract—Importance of railway transportation is
increasing day to day. Expansion of railway network
makes the need for Rolling stocks higher. So that,
production of Rolling stock equipment and system
attracts attention of mankind, based on this issue this
paper is written by observing parameters of traction
motor need and design, submits some solution
suggestions and manufacturing capability to increase the
domestic rate were investigated. Design parameters of
traction motor gathered by analogising DC motors,
induction motors and permanent magnet syncrhonous
motors. Turkey 2023 transportation strategy in line
Rolling stock fleet growth and considering the need to
renew the existing traction motors, up to 2023, indicating
the demand for traction motors, the manufacturing will
be held with local facilities countries are highlighted
contribution to the reduction of the current account
deficit.
Şekil. 1. Küresel demiryolu tedarik pazarında gelecekteki gelişimi
B. Türkiye Ve Bazı Avrupa Ülkelerinde Demiryolu
Varlığı
Demiryolu pazarının dünya ölçeğindeki pozisyonu
Tablo1’de görülmektedir. Görülüyor ki, raylı sistemlerin,
Kuzey Amerika ve Asya’da etkin bir şekilde büyümeye
devam ettiğini, Batı Avrupa’da ise yeniden yapılandırma
ve Beyaz Kitabın koyduğu hedefler doğrultusunda ulaşım
sektöründeki çevreci, enerji tasarrufu, arazi kullanımı,
yüksek seviyede hareketlilik ve kullanıcı merkezli
taşımacılık avantajlarıyla önceliğini ve güncelliğini
koruduğunu görmekteyiz.
Keywords: Traction motor, squirrel cage induction motor, domestic
production of traction motors
__________________________________________________________________
mehmetkaradere90@gmail.com
dr.kantarci@gmail.com
*
†
1
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
A. Tramvay
Katenerden 750V DC gerilimle beslenen, saatte tek
yöndeki yolcu kapasitesi genelde 5.000-15.000 arası
olan, şehir içinde karayolu ile kesişmeleri, kavşakları
olan, şehir içi demiryolu taşıma modudur. İstasyonlar
arası mesafe genelde 300-700m arasıdır. Karayolu
kesişmeleri olduğu için frenleme ivmesinin yüksek
olması istenir. Acil fren ivmesi 2,8m/s2, hızlanma ivmesi
genelde 1,2-1,4 m/s2 arasındadır. Fren sisteminde ray
tekerlek arası sürtünmeden bağımsız ayrı bir ek sistem
bulunması istenir. Maksimum hızı genelde 50-70km/s
arasıdır. Gövde dayanımı düşüktür (200-400kN).
Tablo 1: Kıtadan kıtaya demiryolu
B. Hafif Metro (LRV Light Rail Vehicle)
Tramvayla aynı temel özelliklere sahiptir. Ama bu
modda çalışan aracın temel görevi şehrin dışındaki
banliyölerden topladığı yolcuyu tramvay hatlarına girerek
şehir merkezinde dağıtmasıdır. Merkez dışında daha
yüksek hızlarda gider. Ortalama 60-80 km/h hızla
kendine ait hatlarda işletilir. 90-110km/s hızlara
erişebilir. Tek yönde saatte 10-30 bin yolcu taşımaktadır.
Merkez dışındaki durak aralıkları 1-2km olabilir. Eğer
şehir dışında konvansiyonel hattı kullanacaksa araç
gövde dayanımı daha yüksek yapılır (600-800kN).
II. Türkiye’de Raylı Sistem Araçları
2023 stratejik hedefleri doğrultusunda, raylı sistem
üstyapı sınıfında değerlendirilen araç üretiminde önemli
adımlar atılmaktadır. Raylı sistem yatırımlarının yüksek
maliyetli oluşu, sonuçlarının uzun vadede elde edilmesi,
araç üretiminin kamusal alanda gerçekleştirilmesi gerekli
kılmıştır. Bu kapsamda Türkiye Lokomotif ve Motor
Sanayii A.Ş., Türkiye Vagon Sanayi A.Ş., Türkiye
Demiryolu Makinaları Sanayii A.Ş., TCDD İştiraki
EUROTEM, İstanbul Ulaşım A.Ş. gibi sektör lideri
kurum/kuruluşlar araç ve ekipman üretimi yaparak raylı
sistem ihtiyaçlarını karşılamaktadır. Sektörün ekonomik
büyüklüğü özel sektör için de teşvik edici olmuştur. Bu
sayede ve kamunun teşviğiyle Durmazlar Makina San ve
Tic A.Ş. de araç ve ekipman üretimine başlamıştır.
Tablo 2’de Türkiye araç parkının, bazı Avrupa
ülkeleriyle karşılaştırılarak, türlerine göre adedi bilgileri
verilmiştir.
C. Metro
Üçüncü ray veya katenerden 1500V DC gerilim ile
beslenen, karayolu ile çakışması olmadan sadece kendine
ayrılmış hatta yolcu taşır. İstasyonlar arası mesafe 7001200m arasıdır. Araç genişliğine ve uzunluğuna bağlı
olarak yolcu kapasitesi değişir. Tek yönde saatte 30.000 –
70.000 kişi taşıma kapasitesine sahiptir. Araç maksimum
hızları 80-90km/s arasıdır. 110km/s hıza dek çıkan
uygulamalar son yıllarda yapılmaktadır. Araç gövde
dayanımı en az 800kN olması gerekir.
D. Banliyö
Metroya benzer özellikleri vardır. Ama konvansiyonel
hatları da kullanabilir. Tek yönde, saatte 110.000 yolcu
taşıma kapasitesine dek çıkabilir. Paris’teki RER A
banliyö hattı günde yaklaşık 1 milyon yolcu taşır. Şehir
içi raylı toplu ulaşımda kapasitesi en yüksek olan taşıma
modu budur. İstasyon aralıkları 3,2-8km olup şehir
merkezinde kısalabilir. Aracın maksimum hızları 110130km/s hıza dek çıkabilir. İvmelenme değerleri
düşüktür.
Tablo 2: Türkiye ve bazı Avrupa ülkelerindeki araç adedi bilgileri
Şehir içi ve şehirler arası yolcu taşımacılığında
kullanılan metro, tramvay, hafif metro ve EMU araçları
dikkat çekmektedir. Bu araçların özellikleri genel
hatlarıyla Tablo 3’te verilmiştir.
2
E. EMU
Electrical Multiple Unit olup konvansiyonel demiryolu
hattında şehirlerarası yolcu taşımacılığında kullanılan
elektrikli dizilerdir. 2-5 araç arası büyüklükte konfigüre
edilirler. Özel bir toplu taşıma modu olmayıp sadece
aracı tanımlar. Metro ve banliyö için kullanılır.
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
Araç Kontrol
Enerji Besleme
Hat Türü
istasyon peronları
Tam Korumalı Hat (%)
Araç Boyu (m)
Araç Genişliği (m)
Dizideki Araç Sayısı
Araç Kapasitesi (yolcu)
Hat Kapasitesi (xbin yolcu/saat)
Azami dizi sıklığı (dizi/saat)
Azami Hız (km/h)
Ortalama hız (km/h)
Kapasite İşletme Hızı (km/h)
Acil Fren İvmesi (m/s2)
Azami İvme (m/s2)
ortalama hat uzunluğu (km)
ortalama istasyon aralığı (km)
Min. Sefer aralığı
Normal sefer aralığı
Yatırım Maliyeti (milyon $/km-hat)
Tramvay
Hafif Metro
Manuel/görsel
Manuel/sinyal
Katener
Katener
Cadde
Korunmuş Yol
Alçak- yüksek
Yüksek
0-40
40-90
14-35
14-54
2,2-2,7 (2,4)
2,2-3,0 (2,65)
1-3 vagon
1-4 vagon
100-250
110-250
5-15
10-30
60-120
40-60
50-70
60-80
12-20
30-50
8-13
15-40
2-3,7 (tipik değer 2,8)
2-3 (tipik değer 3)
1-1,9 (tipik değer 1,2)
1-1,7 (tipik değer 1)
5-25
5-25
0,3- 0,7
1-2
5-10 dak.
5-10 dak.
10-20 dak.
10-20 dak.
5-10
10-50
Tablo 3. Kent içi raylı sistem araçlarının özellikleri
Metro
Sinyal/otomatik kontrol
Katener / 3. Ray
Korunmuş Yol
Yüksek
100
15-23
2,5-3,2 (2,9)
4-10 vagon
140-280
30-70
20-40
80-110
40-65
24-55
1,1-2,1 (tipik değer 1,3)
1-1,4 (tipik değer 1,1)
10-25
0,8-3,2
5-10 dak.
10-20 dak.
40-100
oluşturan her bir aks, tekerlek, rotor, fren diski ve ana
dişli ağırlıkları da etkin kütleye eklenir.
Günümüzde raylı sistem ağının genişlemesi, raylı
sistem araçlarına olan ihtiyacın artması; araç, sistem ve
ekipman imalatına dikkat çekmektedir. Buna istinaden,
devam eden kısımlarda, raylı sistem araçlarındaki cer
motor tasarım gereksinimleri ve imalata yönelik
ihtiyaçlar incelenmiş,
araçlardaki yerlilik oranını
artırmak için imalat imkanları araştırılmıştır.
me = [JM ηü2 / (1- λ)2RT2] + [JT / (1- λ)2RT2] + m
(1)
JM, mekanik tasarım gereği araçta bulunması istenen n
motor adedi için, (2) formülü ile rotor ağırlığı olarak mR
ve RR rotor yarıçapı için hesaplanır.
III. İşletme Gereksinimleri ve Cer Kuvveti
JM = n mR RR2 /2
Hattın geometrisine, yolcu sayısına, işletme
planlamasına bağlı olarak, etkin kütleye sahip bir aracın
hareketi için gerekli cer kuvveti, zamana bağlı olarak araç
hızının bir fonksiyonudur.
(2)
JT, araçta bulunan n tekerlek adedi için, (3) formülü ile
tekerlek ağırlığı mT ve RT tekerlek yarıçapı için
hesaplanır.
Hız, v= ds/dt;
Mesafe, s=f(t);
İvmelenme, a= d2s/t2
JT = n mT RT2 /2
(3)
Cer kuvveti (Taşıt toplam direnci Fd), aracın t
zamanda v hızıyla azami güce erişebilmesi için gerekli
olan kuvvete, mekanik ve hava direnç kuvveti olan FR
dahil edilerek (4) formülü ile hesaplanır.
Cer sisteminin önemli bir parçası olan cer motorunda
üretilen moment, teker-ray arayüzünde doğrusal kuvvete
çevrilir. Bu kuvvet aracın dinamik olarak hızlanmasını ve
yavaşlamasını sağlayan cer gücünü oluşturur.
Cer gücü, aracın etkin kütlesinin ilk kalkış anında ve
azami hıza ulaşıncaya kadar maruz kaldığı karşıt
kuvvetlerin hesaplanması sonucu motor miline
indirgenmesiyle bulunur.
me etkin kütlenin hesaplanması için (1) formülünde
yer alan aracın boş ağırlığı ile yolcu ağırlığından teşkil
olan m kütlesinin, JM motor ve JT tekerlek eylemsizlik
momentlerinin hesaplanması gerekmektedir.
Aracın boş ağırlığı mekanik tasarım aşamasında
belirlenir. Yolcu ağırlığı ise EN 13452 standardında
belirlenen fren performans değerlerine göre m2’de yer
alan yolcu sayısına göre belirlenir. Dönen kütleleri
Fd = FR+me dv/dt
FR = FA + FC + FG
(4)
Aracın azami hıza erişebilmesi sırasında karşılaşacağı
direnç kuvveti olan FA, araç kesit alanıyla ilgili k2 hava
direnç katsayısı, aracın yolcu ile beraber ağırlığının
oluşturduğu k1 mekanik direnç katsayısı, aynı ağırlıktaki
aks sayısını da hesaba dahil eden k0 mekanik direnç
katsayılarından oluşan (5) Davis formülü ile hesaplanır.
FA= k0+k1v+k2v2
(5)
Aracın hareket ettiği hattın eğimi cer motoru üzerinde
ilave moment ihtiyacını ortaya koymaktadır.
3
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
motorlar, sabit mıknatıslı senkron motorlar olmak üzere
üç tür cer motoru tarafından sağlanmaktadır.
FG hat eğim kuvveti, me etkin kütlenin yüzde 4-6’lık α
eğimde g yer çekimi ivmesiyle oluşturduğu direnç
kuvvetidir.
FG = mg sin(α) ≈ mg tan(α) ≈ megα
A. Serbest Uyartımlı Doğru Akım Motorları
DC motorlar, alan kutupları, yardımcı kutuplar ve
sargıları, endüvi ve sargıları, kollektör, fırçalar gibi çok
sayıda parçadan oluşmaktadır. Kullanılan parçaların
aşınması, kayıpları artırıcı özellikleri ve sürekli bakım
gerektirmeleri nedeniyle bu motorların kullanımı
azalmıştır. DC motor kullanımında işletme maliyetlerinin
artması ve elektriksel olarak veriminin düşük olması,
bakım gerektirmeyen ve verimi yüksek sincap kafesli
asenkron motorların tercih edilir olmasını sağlamıştır.
Dolayısıyla bu çalışmada DC motorlara sınırlı olarak
değinilmiştir.
(6)
Kent içi raylı sistem araçları yüzde 4 eğime kadar ray
üzerinde azami hızda seyahat edebilir. Daha büyük
eğimler için, cer motoru kısa süreli olmak üzere aşırı
yüklenebilir.
FC hat kurp direnç kuvveti, m kütleli aracın, 1435mm
genişliğe sahip demiryolları için kabul edilen C1, C2, C3
direnç katsayılarına istinaden, R yarıçaplı kurp
bölgesinde maruz kaldığı kuvvettir.
FC = (mg/1000)(C1-C2R) / (R-C3)
(7)
B. Sabit Mıknatıslı Senkron Motorlar
Raylı sistem araçlarında yeni uygulanmaya başlayan
sabit mıknatıslı senkron motorlar, yapı itibariyle sincap
kafesli asenkron motorlara benzemekte, verimi yüksek,
bakım gereksinimi duymayan yeni teknoloji ürünü
motorlardır.
Sabit mıknatıslı senkron motorları sincap kafesli
asenkron motorlardan ayıran en önemli özelliği, asenkron
motorların rotorunda bulunan bakır çubuk veya
alüminyum dolgu kafesinin yerine kalıcı mıknatısların
olmasıdır. Bu mıknatıslar nadir topraktan elde edilen ve
uygun teknoloji ile manyetik özelliği kazandırılan
Neodimyum doğal mıknatıslarıdır [22]. Bu sayede
motorlar, rotorunda sabit bir manyetik alana sahiptir.
Stator yapısı asenkron motorun statoruyla aynıdır.
Mıknatıslanma
rotordaki
sabit
mıknatıslarla
sağlandığından asenkron motorda var olan rotor akımı
sabit mıknatıslı motorda yoktur. Akım sadece stator
sargılarında vardır. Bu da asenkron motorda rotorda
oluşan bakır kayıplarının sabit mıknatıslı motorda
olmayacağı anlamına gelir ve soğutulması daha kolaydır.
Bununla beraber demir kayıpları ve ısıl analizleri tasarım
hesaplamalarında yer alır.[1]
Stator sargılarında oluşacak kısa devre motorun tahrip
olmasına sebep olabilir. Çünkü sürekli mıknatısların
alanının hareket etmesi, statorda çok yüksek akımların
indüklenmesine neden olacaktır. Bu nedenle bu
motorların kontrolünde ilave devre elemanları ve
karmaşık algoritmalar kullanılır.
Bunun yanında sincap kafesli asenkron motorlarda
olduğu gibi, DC motorların tersine fırça ve kollektör gibi
aşınan parçaları bulunmamaktadır.
Tablo 4’te raylı sistem araçlarında kullanılan cer
motorlarının mukayesesi verilmiştir.
Fd etkin çekme kuvveti, RT tekerlek yarıçapı üzerinden
ü dişli çevirme oranına ve η dişli verimliliğine sahip dişli
şanzıman ile motor miline aktarılarak MM motor momenti
(8) formülü ile hesaplanır. λ kayma sabitidir.
Azami çekiş gücü azami teker bandaj çapına göre
hesaplanır.
MM = [(1- λ)/ηü].Fd.RT
(8)
Motor miline indirgenen MM momenti, geleneksel
hesaplamalarla güç değerine dönüştürmek mümkündür.
İşletilen araçların teknik özelliklerinden faydalanılarak
benzetim modeline göre cer gücü ihtiyacını belirlemek de
mümkündür.
Buradan hattın türüne göre, işletme tarafından
belirlenen duraklar arası mesafe ve seyir süresine bağlı
olarak aracın hızlanma ivmesi hesaplanır.
Aynı şekilde, EN 13452 standardına göre, araç boş
ağırlığı ve m2’de yer alan yolcu ağırlıkları tespit edilerek
frenleme ivme değerleri belirlenir [9].
Cer motorlarının güç hesabı, AW3 yük koşulundaki
servis dışı olan bir aracın, yüksek yol eğiminde, düşük bir
hızla hareket ettirmesi gerekliliği dikkate alınarak
yapılmaktadır.
Belirlenen hızlanma ve frenleme ivme değerlerine
bağlı olarak, hattın dirençleri de dikkate alınarak gerekli
olan motor gücünü (9) formülü ile tespit etmek
mümkündür.
P(t) = k0at + k1a2t2 + k2a3t3 + mEa2t
(9)
IV. Cer Motorları ve Teknolojik Gereksinimler
Cer motorları özel amaca yönelik olarak aracın, düşük
hızlarda yüksek moment, hızlı moment tepkisi, yüksek
anlık güç, geniş hız ve moment aralıklarında yüksek
verim taleplerini karşılamak üzere, yüksek güvenilirlik ve
sağlamlıkta, düşük maliyetli olarak tasarlanır.
Kent içi raylı sistem araçlarının hareketi, serbest
uyartımlı doğru akım motorları, sincap kafesli asenkron
4
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
Hacim ve Ağırlık
Verim
Gürültü
Invertör başına motor sayısı
Galvanic yalıtım
Dahili motor yalıtım hatası
Motor yapısı
İmalat
Maliyet
Isıl risk
Elektronik kontrol
Bakım periyodu
Aşınan parçalar
Arıza oranı
Bakım Maliyeti
İşletme Maliyeti
Elektrodinamik frenleme
Üretim maliyetleri
Üretim maliyetleri
Komütatör
AC Motor
Sabit Mıknatıslı Senkron Motor
%80
%70
%80-98
AC Motor +%2-4
%100
-6dBA
4 paralel
1
İhtiyaç duymaz
İhtiyaç duyar
Yok
Yüksek Risk
Doğal Soğutmalı
Tamamen kapalı
%100
Karmaşık
%70
%100
Düşük
Yüksek
IGBT
Karmaşık IGBT
1,2 milyon km
1,2 milyon km
Yok
Yok
Düşük
Düşük
Düşük
Düşük
Düşük
Düşük
0 km/h kadar
0 km/h kadar
Düşük
Yüksek
Düşük
Yüksek
Yok
Yok
Tablo 4. Raylı sistem cer motorlarının mukayesesi
DC Motor
%100
%75
4 paralel
Cebri Soğutmalı
%90
Düşük
IGBT
400-600 bin km
Kollektör, Fırça
Yüksek
Yüksek
Yüksek
10 km/h kadar
Yüksek
Yüksek
Var
aynı zamanda motorun gövdesini teşkil etmekte, ayrıca
bir gövdeye ihtiyaç duyulmamaktadır.
Stator ve rotor, silisyumlu sac paketlerinden
müteşekkildir. Geometrilerinde, sonsuz iletkenlik ve en
düşük sıcaklık katsayısına sahip, gümüş katkılı dökme
bakırdan imal edilen birincil ve ikincil form sargıların
yerleştirildiği, olukları ve boyundurukları ihtiva eder.
Form sargılar, iletken-iletken-gövde arası oluşabilecek
kısa devrelere karşı yalıtılarak, oluklara yerleştirilir.
Stator sargılarının bağlantı uçları üç faz oluşturacak
şekilde gruplandırılır ve bağlantı kutusuna iletilir. Rotor
iletkenleri, kısa devre halkası ile her iki uçtan kısa devre
edilir.
Stator ve rotor arasında asgari ölçüde hava aralığı
bulunması gereklidir. Rotorun yüksek dönüş hızlarında,
merkez kaç kuvvetinin, sargıları dağıtmaması ve hava
aralığının sabit kalması beklenir.
Stator geometrisi, rr rotor yarıçapına bağlı olarak (10),
izin verilen akı yoğunluklarına göre, Lby boyunduruk
yüksekliği ve wt diş genişliği ilgilidir. [2].
Günümüzde, araştırmacıların birçoğu daimi mıknatıslı
senkron motorların, daha kompakt, daha verimli, düşük
hızda daha kararlı durum ve dinamik performanslarının
cer uygulamaları için uygun olduğunu belirtmektedir.
Ancak, özel tasarımı ile asenkron motorların mevcut
raylı sistem uygulamalarında yoğun bir şekilde
kullanılması, araçların güç ve hız taleplerini karşılayan
iyi bir ekonomik çözüm olduğu göstermektedir [8]. Sabit
mıknatıslı senkron motorlara, başka bir araştırma konusu
olması gerektiği düşüncesiyle, bu çalışmada sınırlı olarak
yer verilmiştir.
Bu çalışmanın amacı raylı sistem araçlarında yaygın
olarak kullanılan, gerekli hız ve ivme taleplerini
gerçekleştirmek üzere yeterli momenti üretebilen
asenkron
cer
motorlarının
yerli
imkanlarla
üretilebileceğini tespit etmektir.
C. Asenkron Motorlar (İndüksiyon Motorları)
Günümüzde raylı sistem araçları cer sisteminde yaygın
olarak üç fazlı sincap kafesli asenkron motorlar
kullanılmaktadır.
Standart DC motorlara göre, yapımı basit, bakımı
kolay, güç/boyut ve güç/ağırlık oranları yüksek olan
sincap kafesli asenkron motorlar, EN 60077 tanımlanan
en ağır normal servis koşullarında ihtiyaç duyulan
performans gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlanır
ve imal edilir. Motorun genel tasarımı araçların mekanik
tasarım gereksinimlerine göre özelleştirilir, gövde
tasarımı, soğutma yöntemleri ve montaj düzenlemeleri
gibi özellikleri dikkate alınarak, modern cer
uygulamalarına uygun şekilde, EN 60349-2 standardına
göre imal edilir [15].
rr = rm - (Lby+Ldd+Lha)
(10)
Boyunduruk yüksekliği Lby, stator iç çapı Ciç, hava
aralığı akı yoğunluğu Bha, boyunduruk akı yoğunluğu Bba
ve kutup çifti p sayısına; diş genişliği wt, stator iç çapı
Ciç, hava aralığı akı yoğunluğu Bha, diş akı yoğunluğu Bt,
toplam oluk S sayısına; diş derinliği ise, motor yarıçapı
rm, stator iç yarıçapı rsi, boyunduruk yüksekliğine Lby
bağlı hesaplanır.
Ldd = rm - rsi - Lby
Lby = (Ciç Bha) / (2Bba 2p)
wt = (Ciç Bha) / (Bt S)
C1. Üç Fazlı AC Motor Yapısı
Konvansiyonel uygulamalarda olduğu gibi stator ve
rotor olmak üzere iki kısımdan oluşur. Bazı raylı sistem
uygulamalarda olduğu gibi statoru oluşturan sac paketi
(11)
Stator sargılarının ürettiği manyetik akının dolaştığı,
stator boyunduruğu, hava kanalı ve rotor boyunduruğu,
5
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
Motor üzerinde kullanılan yalıtım sisteminin derecesi
izin verilen sıcaklık artışına göre tespit edilir. Genel
olarak yalıtım malzemesi, yüksek sıcaklığa daha kısa
maruz kaldığında etkin ömürlüdür. Ömrü havadaki
kirleticiler ve kimyasal temizleyiciler tarafından
kısalabilir. Cer motoru yalıtım sınıfı EN 60085
standardına göre “Class 200” olarak tespit edilir [14]. Motor tipleri ve motor parçaları arasında biraz farklı
şekillerde uygulanır. Sincap kafesli asenkron motorlarda
sıcaklık artışı, EN 60349-2’de belirtildiği üzere herhangi
bir sargı veya parça için tehlikeli olmamalıdır [15].
Cer motor yalıtım sistemlerinde, bu standartların
asgari gerekliliklerin ötesinde, ısıl, mekanik ve dielektrik
özellikleri geliştirilmiş malzeme ve vernikler kullanılır.
manyetik devre yoludur. Manyetik akı bu yapı içinden
geçerek devreyi tamamlar. Manyetik akının aktığı
ferromanyetik alanda histeresis ve fuko kayıpları, aşırı
ısınmaya, dolayısıyla kayıplara neden olmaktadır. Bu
kayıpların azaltılmak üzere stator ve rotor, silisyumlu
saclarla imal edilir. Sacların yüzeyine 8-25 mikron
kalınlığında, 300-350 °C’de fırınlanan lak kaplaması
uygulanır.
Ayrıca, stator ve rotor oluklarının geometrik tasarımı,
form sargıların fiziksel ve elektriksel karakteristiği, bakır
kayıplarının, dolayısıyla oluk yüzey kısımlarında oluşan
ikincil harmonik bakır kayıpların azaltılması ve
verimliliğin artırılması yönünden önemlidir.[3]
C2. AC motorun çalışması
Asenkron motorda yalnız statora AC gerilim
uygulanır. Rotora uygulanmaz. Statordaki döner
manyetik alan, kısa devre edilmiş rotor kafesinde akım
indükler ki, bu akım manyetik alan üretir. Üretilen bu
manyetik alan hızlanma ve frenleme momenti üretmek
için stator manyetik alanıyla birbirlerini karşılıklı etkiler.
İvmelenme esnasında, rotor dönüş hızı elektronik
olarak ayarlanır. Bu dönüş hızı stator döner manyetik
alan hızından yavaştır. Fakat frenleme esnasında rotor
hızı, statordaki döner manyetik alan hızından daha
hızlıdır. Eğer statordaki döner manyetik alan hızı ile
rotorun dönüş hızı aynı olursa motorda moment
üretilmez. Bu dönüş hızı farkı, kayma olarak adlandırılır.
% Kayma (Ns-Nb)/Nsx100 şeklinde ifade edilir. Ns
senkron hızı, Nb rotor hızını ifade eder. Senkron hız
Ns=120 x f/P ile gösterilir. f hertz frekansı, P çift kutup
sayısını göstermektedir.
Kayma,
motorun
hız-moment
karakteristiği
tasarımının belirleyici unsurudur. Senkron hıza yakın
dönen, düşük kaymaya sahip motorlar yüksek kaymaya
sahip motorlardan daha verimlidir.
Nominal motor hızında üretilen moment senkron hızı
olarak adlandırılır ve sıfırdır. Asenkron motorlar senkron
hızdan daha düşük hızlarda moment üretir. Sabit bir
moment-hız aralığında çalışması için stator gerilimi, üç
fazlı değişken frekanslı güç kaynağı ile kontrol
edilmelidir.
C4. Motor havalandırma ve gürültü
Raylı sistem araçlarının, ülkelere göre farklılık
gösteren iklim koşullarında çalışması söz konusudur.
Ortam sıcaklığı, motorun çalışmasının etkileyeceği için,
özellikle sıcaklık artışında karakteristiğini koruyan parça
ve malzemeler seçilerek tasarlanır. Ülkemizde -25 C ve
+40 C aralığında ortam sıcaklığı ideal koşul olarak
görülmektedir.
Cer motorunun araç altından açık alanda bulunması
dolayısıyla çevre gürültüsü söz konusudur. Motorun tam
frekans aralığında maksimum kabul edilebilir ses seviyesi
1 metre mesafeden 85 dB (A) 'dir.
Tüm cer motorlarında ısıl artışlar önemli miktarda iç
kayıplara neden olmaktadır. Modern yalıtım sistemleri
yüksek sıcaklıklarda çalışabilmesine rağmen, motorun iç
sıcaklık artışı yinede kontrol edilmelidir.
Tüm cer uygulamalarında soğutma şekli, motorunun
gücüne, sargılarından geçen akımların genliklerine,
kullanılan
elektro-manyetik
devrenin
yapısına,
mıknatıslanma karakteristiğine ve kayıplara bağlıdır.
Kayıpların motor sıcaklığında meydana getirdiği artış,
ısınan yüzeylerde ısı transferinin yapılmasıyla engellenir.
Buna göre, cer motorların yapısı soğutma şekline bağlı
olarak tamamen kapalı, kendinden havalandırmalı, cebri
havalandırmalı olarak imal edilir.
Tamamen kapalı motorlar iç kısmına gelen harici
havaya kapalı sistemlerdir. Demiryolu araçlarında
nadiren uygulanır.
Kendinden havalandırmalı motorlar, raylı sistem
araçlarının büyük kısmında kullanılır. Burada hava ısıyı
dağıtmak için motorun içinden geçmeye zorlanır.
Motorlar uzun süre düşük hızlarda yüksek çekiş
gücünde çalışabilir. Bu durumda cebri havalandırma
kullanmak gereklidir, soğutma havası harici fandan
beslenir.
Kendinden havalandırmalı ve cebri havalandırmalı
motorlarda hava, herhangi bir parça kirlenmeyecek
şekilde temiz ve kuru olması için filtrelenir. Yeterli
soğuk hava tüm hız aralıklarında ve motorun her çalışma
şartında elde edilmesi gerekir. Hava akımı diğer
C3. Yalıtım sistemi
Sincap kafesli asenkron motorun geliştirilmesi,
düzgün sinüs temin etmek üzere yalıtım sistemi ile
ilişkilidir. En az bakımla serviste kalması, güvenilir bir
çalışmaya sahip yapıda olması gerekmektedir.
Kayıplar nedeniyle çalışma sıcaklığındaki artış
yalıtımdaki bozulmalara neden olmaktadır. Kayıplar
tahmin edilerek sıcaklık artışını önlemek mümkündür [2].
Sıcaklık artışı iletkenin T çalışma sıcaklığındaki iletkenin
R direnci, T0 ilk çalışma sıcaklığındaki iletkenin R0
direnci, α sıcaklık kat sayısına bağlı olarak tespit edilir.
R=R0[1+α(T-T0)]
(12)
6
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
genlik modülasyonlu (PWM) invertörle, 4 adet asenkron
motorun paralel bağlanarak sürülmesi, asenkron
motorların kullanımını artırıcı yönde desteklemektedir.
Cer motorlarının nominal çalışma gerilimi ve akımı,
maksimum çekeceği akım, güç devresinin kapasite ile
sınırlandırılır. Verilen sürücü özellikleri, stator ve rotor
geometrileri, motor performansları hakkında parametrik
değerleri etkilemektedir.
Düz bir hat üzerinde, iki istasyon arasındaki araç
hareketi araç ivmelenmesi, süzülme, frenleme ve duruş
şeklinde tanımlanabilir. Süzülme ve frenleme anında
asenkron motorlar rejeneratif özellik kazanır. Üretilen
rejeneratif enerji cer invertörünün süzülme kontrolü ile
üzerinden, aynı hat üzerinde kalkış yapmak üzere olan
başka bir aracın kullanması için hatta verir [5].
ekipmanlar tarafından engellenmeyecek ve ısıtılmayacak
düzende imal edilir.
İmalatı yapılacak motorda kullanılacak havalandırma
şekli, düzensiz hava akımı nedeniyle motorun aşırı
ısınmasını önlemek ya da sıcak noktalardan kaçınarak
enerji tüketimi minimize etmek üzere, ısıl analizlere göre
yapılır.[4]
C5. Motor kontrolü
Cer motorlarının geniş hız aralığında yüksek moment,
dolayısıyla yüksek cer performansı sağlaması
gerekmektedir.
Şekil 2’de bir motorda cer performansı eğrisi
verilmiştir. Moment, eğrinin birinci bölgesindeki temel
hıza kadar sürmelidir. Bu hızın üzerinde motor
üretebileceği en yüksek çıkış gücü ile çalışır. Bundan
dolayı ikinci bölgede cer performansı V hızı ile ters
orantılıdır ve bu bölge asenkron motorlarda frekans ayar
bölgesidir. Üçüncü bölgede ise motorun fiziksel
limitlerinden dolayı cer performansı hızın karesi ile ters
orantılıdır. Bu limit, devrilme momentinin olduğu
sınırdır.
Şekil 2. Cer performansı- Hız eğrisi [12]
C6. Motor montajı
Her motorlu aks, motor montaj şekline göre, iki yönlü
harekete uygun olarak tasarlanır. İşletme şartlarında
aracın sık sık duruş-kalkış, ağır yolcu yükü, ani yolcu
yükü değişimi, hattaki yol eğimleri dikkate alınarak
tasarlanır.
Cer motorlarının aks-yol ve tekerlekler arasındaki
sınırlı bir alanda yerleştirilmesi itibariyle, tasarımın
mekanik yönleri de ortaya konularak, itici cer gücünü
aracın tekerleklerine transfer etmek için motor çıkış şaftı
ve araç aksları arasında mekanik aktarma organlarına
ihtiyaç duyulur. Cer motorunun ürettiği momenti
dönüştürme oranına bağlı olarak artıran, aks teker setine
aktaran, sabit dönüştürme oranına sahip dişli üniteleri
kullanılmaktadır.
Her tahrikli bogide tek veya birbirine çapraz konumda
iki cer motoru aksa paralel olarak yerleştirilebilir. Şekil
4’te görüldüğü gibi, bogi yerleşiminin kısıtlı olması bu
motorların tasarımını etkilemektedir. Düşük tabanlı
araçlarda aynı uygulamayı yapmak mümkün olduğu gibi,
motorların bogi dışına alınarak aks başlarına montajı da
mümkündür.
Yerleşim kısıtları ve ağırlıkları nedeniyle cer
motorları, hafif ve küçük boyutlarda tasarlanır.
Cer performans eğrisi ile aracın ihtiyacı olan güç eğrisi
denge hızında kesişir ki, bu hız aracın teorik olarak
maksimum hızıdır. Bu hıza yakın hızlarda, aracı
hızlandırmak için, grafikte kırmızı okla gösterildiği gibi
sadece çok küçük miktarlarda cer performansı mevcuttur.
Şekil 3’te günümüz raylı sistem araçlarında yaygın
olarak kullanılan, frekans kontrolü ile asenkron
motorların her hız aralığında moment üretmesini
sağlayan ve hassas yol veren güç kontrol devresi
görülmektedir.
Şekil 3. Raylı sistem araçları kontrol devresi
Şekil 4. Yüksek tabanlı araç motor yerleşimi [13]
AC motor hız kontrolü için 750V, 1500V gibi DC
invertör giriş gerilimi kullanımına bağlı olarak, değişken
gerilim ve değişken frekans elde etmek için farklı
yöntemler kullanılır. Bunlardan en önemlisi olan darbe
Mekanik düzenlemeler tek bir motor ve tek bir
aks/tekerlek için yapılabileceği gibi, tek motor tek bojide
iki aks tahrik edecek şekilde de yapılabilir. Motor,
7
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
elektriksel ve boyutsal bilgileri (stator ve rotor boyu, iç
ve dış çaplar ile stator ve rotor oluklarına ait ölçüler) elde
edilir. Eşdeğer devre parametreleri, moment değerleri,
kayıplar ve verim gibi değerler hesaplanır. Performans
değerleri kontrol edilir, işletme karakteristik eğrileri
çizilir ve nominal çalışma noktaları belirlenir. Aynı
zamanda sonlu elemanlar yöntemi ile analizleri yapılarak,
mekanik ve ısıl hesaplamaları yapılır [10].
Ayrıca, asenkron motorların, performansı artırma,
kayıpları azaltmak ve verimliliği artırmak üzere şu
tasarım konuları önem arz etmektedir [7]:
 Aktif parçaların kullanımı (silisyumlu sac, gümüş
katkılı bakır kullanımı gibi),
 Yüksek performanslı laminasyon malzemelerinin
kullanımı,
 Stator, rotor geometrileri ve hava boşluğu ile ilgili
tasarım,
 Doymanın engellenmesi için rotor ve stator oluk
yüksekliği ve genişliğiyle ilgili tasarım,
 Rotorun sargıların konumlarıyla ilgili tasarım,
 Manyetik alanın etkisi altında kalan sac paketi, mil
ve kutup ayakları gibi parçaların tasarımı.
uygulamaya göre mekanik aktarma organlarıyla, boyuna
ya da enine montajlanabilir.
C7. Motor kayıpları ve verimi
Raylı sistem araçlarında büyük oranda kullanılan
sincap kafesli asenkron motorlar, yüzde 80-98 arasında
değişen bir verimlilikle çalışmaktadır. Doğru uygulama
için tasarlanan asenkron motorların verimliliğinin sabit
mıknatıslı motorların verimliliğinden önemli ölçüde daha
yüksek olduğu ortaya konmuştur [8]. Aracın asıl işletme
durumunda, asenkron motor çok önemli bir avantaja
sahiptir. Moment üretmesi gerekmediği zamanlarda
uyarmaya ihtiyaç duymaz ve boşta elektrik kayıplarının
önüne geçer. Asenkron motor rotasyonel kayıpları az
olduğu için daha verimli çalışır.
Verimlilik motordaki bakır kayıpları, demir kayıpları,
mekanik kayıplar ve başıboş yük kayıpları gibi
elektriksel ve mekanik kayıpların azaltılmasıyla doğru
orantılı olarak artmaktadır. Motorda oluşan toplam
kayıpların yaklaşık olarak yüzde 60-65 kadarını Joule
kayıpları, yüzde 25-30 kadarı da demir kayıplarından
oluşmaktadır. Geri kalan sürtünme ve vantilasyon
kayıpları ise, yaklaşık olarak rotor hızının karesi ile
değişir.
Motorların manyetik devresinde kullanılan parçalar
farklı elektromanyetik özelliklere sahiptir. Bu parçaların
manyetik endüksiyon değeri, lineerlikten ayrılıp doyma
bölgesine girdiği ara bölgede seçilir. Lineer bölgede
yapılan seçimler manyetik alan küçük olmasından dolayı
demir çekirdek kesitinin büyümesine ve gücün
küçülmesine yol açar. Ayrıca demir ağırlığının artmasıyla
demir kayıpları artarak verimin küçülmesine sebep olur.
Aynı şekilde manyetik endüksiyonun doyma bölgesinde
seçilmesi, bobinlerin aşırı yüklenmesine neden
olacağından, ısınma nedeniyle soğutma problemleri
ortaya çıkmaktadır.
Parçaların manyetik özelliklerinin yanında stator rotor oluk ve boyunduruk ölçülerinin optimum düzeyde
belirlenmesi, asgari demir kayıplarına ve bakır
kayıplarına erişildiği için, verimde varabileceği en
yüksek noktaya ulaşır [6].
Stator ve rotoru oluşturan sac paketlerinin mümkün
olduğu kadar ince saclardan oluşturulması ve etkin bir
laminasyon malzemesi ile laklanması, motordaki
kayıpları önemli ölçüde azaltılır ve zarar verecek ısı
değerlerine ulaşması engellenir.
Rulmanlı yataklarda meydana gelen sürtünme kaybı
vantilasyon kaybının yanında çok küçüktür. Birçok
durumda hesaba dahi katılmaz. Bu kayıp genel olarak
rulmanın çapı, boyu, rulmana gelen basınç ve milin
çevresel hızı ile orantılıdır.
Raylı sistem lokomotif ve makine üretimi konusunda
çalışan TÜLOMSAŞ, DC ve AC cer motoru imalat
teknolojisinde oldukça büyük bilgi birikimi ve deneyime
sahiptir. Cer motorunda önemli yer tutan her türlü yalıtım
için gerekli altyapı mevcuttur. Rotor, stator paketlerinin
oluşturulması,
sargıların
ve
dökme
bakırların
yerleştirilmesi,
emprenye,
balans,
rotor
mili,
havalandırma, hız sensörü, gövde imalat ve test
aşamalarıyla ilgili tüm işlemler gerçekleştirilmektedir.
Ayrıca, TÜLOMSAŞ test laboratuvarında AC cer
motoru verim ve karakteristiğinin belirlenmesi EN 60349
standardına göre minimum frekansta, nominal hızda,
maksimum kayma sınırlama hızında ve maksimum hızda
aşağıdaki testler yapılmaktadır [15]:
 Gövdenin boyutsal ve ağırlık ölçümleri,
 Stator sargı direnci,
 Yüksüz, rotor kilitlemeli kısa devre ve yüklü
karakteristik testleri,
 Sürekli nominal güçte ve bir saatlik çalışmadaki
sıcaklık artış testleri,
 Aşırı hız testi,
 Gürültü, salınım, titreşim testleri,
 Hız sensörü ölçümleri,
 İzolasyon direnci ölçümleri,
 Dielektrik yalıtım testleri.
Türkiye’nin cer motorlarıyla ilgili kendine özgü
teknolojisi bulunmamaktadır. Tek cer motor imalatçısı
olan TÜLOMSAŞ imal etmekte olduğu lokomotiflere ait
cer motorlarını ya komple ithal etmektedir ya da
lokomotif firmalarının lisansları ile üretmektedir.
TÜLOMSAŞ bu bağlamda 400 adet/yıl cer motor üretme
V. Türkiye’de Cer Motor İmalatı
Araç ve yol teknik bilgileri, eşdeğer devre analizine
göre, Maxell programı ile motor parametreleri belirlenir.
Bu programdan 3D tasarımlara yönelik motora ait bütün
8
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
Bazı cer motorlarının imalatında yerlileştirme payı
yüzde 75 oranına kadar çıkmaktadır. Ancak genel olarak
cer motoru imalatında yerli oran yüzde 51’i geçmektedir.
Bakiye oran Lisansör firmalardan ithal edilmektedir.
Bununla birlikte 2023 hedefleri dikkate alındığında cer
motoru üretim kapasitesi yeterli gelmemektedir. Bu
sebeple ihtiyaçların karşılanması için TÜLOMSAŞ
imalat teknolojilerini yenilemeli ve teknolojisini
geliştirmelidir.
Teknolojik açıdan cer motoru ile ilgili TÜLOMSAŞ’ın
mühendislik kabiliyetlerinin artırılması Üniversiteler
ve/veya TÜBİTAK desteği ile birlikte yapılabilir. Ancak
Üniversiteler ve TÜBİTAK bu çalışmaları imalat ve
mamul mühendisliği konularında TÜLOMSAŞ’ın
tecrübesi üzerine bina etmesi ihtiyaç duyulan zamanı
azaltacaktır. Bu göz ardı edilmemelidir.
AR-GE faaliyetlerinin uzun vadeli alması, prototip
safhasından seri üretim safhasına geçişi çok sayıda
prosedür ve belgelendirmelerin zaman alması nedeniyle,
2023 hedeflerine yönelik talep edilen Cer motorunu
üretmek son derece güçtür.
ARGE faaliyetlerine paralel olarak teknoloji transferi
veya teknoloji satın alma yolu ile cer motoru üretimi
TÜLOMSAŞ ve TÜVASAŞ gibi kuruluşlar tarafından
yapılabilir. Bu tesislerde şehir içi raylı sistem araçları için
cer motoru üretimi önceliği verilmelidir.
Üretilecek cer motorlarını 2023 stratejilerindeki ithal
araçlarda yüzde 51 yerli oranı gereğince ülkemize
kazandırmak mümkündür.
Buna ilaveten özel sektörü demiryolu sektörüne
yatırım yapmasını temin için, alım garantili, Demiryolu
sektöründeki AR-GE altyapısının düzenlenmesi, bu alana
yapılacak yatırımların desteklenmesi ve iş adamlarının
teşvik edilmesi uzun vadede ülkemizin refahının
gelişmesinde önemli bir etken olacaktır.
Sonuç olarak büyük Türkiye hedefine varabilmek için
öncelikle ihtiyaç planlaması yapılmalı. İhtiyaç planlaması
talep değerlendirmeye göre değil, talep yönetim
sistemine göre yapılmalıdır. Kamu alımları dizaynı,
teknoloji transferi ve %50 yerli imalat oranlarına
oturtulmalıdır. Mevcut kurulu kapasiteyi artırmak için de
son on yıldır gelişme kaydeden özel sektör demiryolu
imalat sanayi şirketleri devreye sokulmalıdır. Demiryolu
sektörü için yeni AR-GE fonlarının oluşturulması ve yeni
yasal teşviklerin getirilmelidir. KİK ihale mevzuatı
demiryolu sektörü için bu konseptle uyarlı hale
getirilmelidir.
TCDD’nin son iki Şura’da belirlenen hedef taşıma
rakamlarını yakalayabilmek için toplam taşıma içindeki
demiryolu sektörünün taşıma paylarının dağılımını 2023
yılına kadar dengeli duruma getirilmelidir.
Bu nedenle demiryolu sektörü çok hızlı bir şekilde
yeniden yapılandırılmalı ve demiryolu makine imalat
sanayisi özel teşviklerle teknolojik ve finansal olarak
güçlendirilmelidir.
Kalkınmanın
lokomotifi
olan
ve 800 adet/yıl bakım-onarım kapasitesine sahiptir.
Dolayısıyla cer motor imalatı için ülkemizde alt yapı
mevcuttur.
Artan raylı sistem yatırımları araç ihtiyacını,
dolayısıyla ekipman ihtiyacını artırmaktadır. Araç üretimi
konusunda önemli atılımların yapıldığı günümüzde,
yatırımlar, ikincil fayda olarak, ekipman yan sanayinin
geliştirilmesi gerekliliği ortaya koymaktadır. Bu
doğrultuda araçların %25’ini oluşturan cer sistemi
içindeki cer motorunun imalatı önemli bir yerli katma
değer oluşturacaktır. Gelecekte ihtiyaç duyulacak
miktarın belirlenmesi, mevcut miktarın, 2023 hedefleri
doğrultusunda artırılması, sektörel büyüme ve yatırımlara
göre şekillenmektedir.
“Türkiye Ulaşım Ve İletişim Stratejisi Hedef 2023”
belgesinde
belirlenen
hedefler
doğrultusunda
Türkiye’nin, Anadolu Raylı Ulaşım Sistemleri
Kümelenmesi tarafından, 5 yıl içinde 853 metro ve LRT
aracı, 2023 yılına kadar yaklaşık 7000 adet metro ve LRT
aracına ihtiyacı olduğu tespit edilmiştir. Bu araçların
yaklaşık 90000 adet cer motoruna ihtiyacı olacağı
ortadadır.
Bu talebin parasal değeri, asenkron cer motorunun
güncel ortalama fiyatı baz alınarak hesaplandığında
yaklaşık 2,250 milyar Euro baliğ olmaktadır. Bu değerin
yüzde 50’sinin bile ülkemizde kalması cari açığın
azaltılmasına katkı yapacağı aşikardır.
Cer motoru tasarım ve imalatının yerli olarak
yapılması, teknoloji transferi, teknolojinin satın alması
veya AR-GE faaliyetleri ile gerçekleştirilir.
Cer motoru üretim teknolojisinin satın alınması ile
yüksek fayda elde edilir. Bu fayda, uzun vadede çok fazla
değişmemektedir.
Üretim teknolojisinin AR-GE faaliyetleri ile yerli
imkanlarla geliştirilmesi kısa vadede ihtiyacın
karşılanması için yeterli faydayı sağlayamamaktadır. Orta
ve uzun vadede elde edilecek fayda sınırlı olmakla
beraber yeterli olmamaktadır.
Üretim teknolojisi transfer edilerek, kısa zamanda
yüksek fayda elde edildiğinden bu yolla teknolojinin elde
edilmesi uygun olmaktadır.
IV. Sonuçlar
Raylı sistem uygulamalarında cer motorları, yol
şartlarına, aracın yapısına, motorun araç üzerindeki
konumuna ve çevre şartlarına göre tasarlanmaktadır. Bu
durum her motorun araç özelinde tasarlanmasını ve imal
edilmesini gerektirmektedir.
Cer motorlarının mukayese edildiği ve cer motoru
dizayn parametrelerine göre sabit mıknatıslı cer motoru
imal etmek için yüksek imalat ve malzeme
teknolojilerine ihtiyaç vardır. Bu teknolojileri edinmenin
yüksek yatırım maliyeti gerektirdiği bilinmektedir. Buna
karşılık, verimlilik bakımından çok iyi durumda olan
sincap kafesli asenkron cer motorları oldukça yaygın
olarak kullanılmaktadır.
9
Uluslararası Katılımlı 17. Makina Teorisi Sempozyumu, İzmir, 14-17 Haziran 2015
[19] Krishman, R., 2001. Electric motor drives modeling, analysis, and
control. Upper Saddle River, New Jersey 07458: Prentice Hall
[20] Roumeguère, Ph., 1995. Railway engineering. England:
V.Profillidis
[21] Karadere, M., 2013 Raylı Sistem Araçları Cer Motorlarının Dizayn
Parametrelerinin Belirlenmesi Ve Yerli İmalat İmkanlarının
Araştırılması
[22] Barcaro, M., Fornasiero, E., Bianchi, N., Bolognani, S., 2011.
Design procedure of IPM motor drive for railway traction, Electric
Machines & Drives Conference (IEMDC), 2011 IEEE
International, pp. 983 – 988
ulaştırma ve demiryolu sektörü yeni yasama döneminde
de meclisimizin önemli ve öncelikli konusu olmalıdır.
Kaynakça
[1] Chin, Y.K., Soulard, J., 2003. A Permanent Magnet Synchronous
Motor for Traction Applications of Electric Vehicles, Electric
Machines and Drives Conference, 2003. IEMDC'03. IEEE
International, pp. 1035 – 1041, vol.2
[2] Chong, L., Dutta, R., Rahman M. F., Design and Thermal
Consideration of an Interior Permanent Magnet Machine with
Concentrated Windings, Australia: University of New South Wales
Sydney, School of Electrical Engineering and Telecommunications
[3] Kondo, M., Ebizuka, R., Yasunaga, A., 2009. Rotor design for high
efficiency induction motors for railway vehicle traction, Electrical
Machines and Systems, 2009. ICEMS 2009. International
Conference on , pp. 1 – 4
[4] Wrobel, R., Mellor, P.H., Holliday, D., 2011. Thermal Modeling of
a Segmented Stator Winding Design, Industry Applications, IEEE
Transactions on, Vol. 47, pp. 2023 - 2030
[5] Sedat Bekıroglu, Regeneratıve Brakıng Energy Recovery For
Raılway Applıcatıons, Tcdd, Rrtc (Railway Research And
Technology Centre), Ankara, Turkey, International Workshop On
Railway Systems Engineering (Iwrse’12), 11-13 October 2012,
Karabuk, Turkey
[6] Asenkron Motorun Boyunduruk ve Diş Boyutlarının Motor
Performansına Etkileri, Asım Gökhan Yetgin, Mustafa Turan, Ali
İhsan Çanakoğlu, Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü
Dergisi, Sayı 27, Nisan 2012.
[7] Jung Ho Lee, Byeong Du Lee, Tae Won Yun, 2010.
Optimum design for
premium
250
kW
efficiency
oftraction induction motor using response surface methodology &
FEM, Electrical Machines and Systems (ICEMS), 2010
International Conference on, pp. 1844 – 1847
[8] Kirtly Jr., J.L., Traction motor design considerations, Massachusetts
institute of technology, Cambridge
[9] EN_13452-1_2003_Railway applications - Braking - Mass transit
brake systems; Part 1 Performance requirements
[10] Murthy, S.S., Singh, B., Bhuvaneswari, G., Naidu, K., Siva, U.,
2006. Design of
Squirrel
Cage
Induction Motors for
Traction Applications, Power Electronics, Drives and Energy
Systems, 2006. PEDES '06. International Conference on, pp. 1 – 7
[11] Tramvay aracının işletme sırasında maruz kalacağı yükler EN
13104 sınıflandırılmıştır
Özge, R.O., Vatandaş, S., Küçükcicibıyık, E., Sabırlı, S., Demir, Ö.
& Mecitoğlu, Z., 2012. Raylı taşıt bogi aksının analitik ve sayısal
yöntemlerle yorulma analizi, 1. Uluslar arası Raylı Sitemler
Mühendisliği Çalıştayı (IWSE’12), 11-13 Ekim 2012, Türkiye:
Karabük
[12] John Wiley and SONS, INC. Urban Transit Systems and
Technology, 2007
[13] İstanbul Ulaşım A.Ş, Yerli Tramvay Proje Koordinatörlüğü, Ocak
2013.
[14] TS EN 60085:2008, Elektrik yalıtımı – Isıl değerlendirme ve
gösteriliş.
[15] TS EN 60349-2:2010, Demiyolu uygulamaları – raylı ve karayolu
taşıtlarında kullanılan döner elektrik makinaları – Bölüm 2:
elektronik değiştirici (konvertör) ile beslenen alternatif akım
metotları.
[16] Kantarcı, Dr. Muammer, 2013. Hatay İli Yenilik Platformu Projesi
Kapsamında Küresel Rekabet Ortamında AR-GE Semineri.
[17] Kantarcı, Dr. Muammer, 2011. Güvenli Gelecek Demiryolu
Sanayinde Lokomotiften Tramvaya yerli üretim ve Pazar, Mimar
ve Mühendis, 62 ss 84-87
[18] Kantarcı, Dr. Muammer, 2012. (Local Content Rules as a Tool of
Technology Transfer in the Turkish Rolling Stock Manufacturing
Industry: Tulomsas Experience). Desingning Public Procurement
Policy in Developing Countries Edited By Murat A. Yülek, Travis
K. Taylor, London: Springer Yayınları.
10