Design and analysis of a linear induction launcher fed by variable frequency power sources

Abstract

Diğer lineer indüksiyon fırlatıcı tipleriyle karşılaştırıldığında; sargılı asenkron bobin fırlatıcısının yapısal tasarımı ve uygulaması nispeten daha basittir. Döner elektrik makinelerinin sürülmesinde güç elektroniği uygulamalarından olan çok seviyeli dönüştürücü topolojileri, emsalsiz avantajlarının sonucu olarak son yıllarda büyük bir ilgi görmektedir. Lineer indüksiyon fırlatıcılar, döner elektrik makineleriyle aynı teorik altyapıya sahip olduğu için çok seviyeli güç elektroniği dönüştürücülerini; elektromanyetik fırlatıcıların sürücü uygulamalarına uyarlamanın önünde teorik ve pratik hiçbir engel bulunmamaktadır. Bir fırlatıcının statoru; gerilim ve frekansı sabit veya değişken generatör/kapasitör grubunun oluşturduğu bir güç düzenleyicisi devresi tarafından uyarılabilmektedir. Bu tezin amacı, asenkron indüksiyon fırlatıcıların değişken frekanslı kaynaklarla beslenen güç kaynakları için çok seviyeli dönüştürücü topolojisini kullanan özgün bir güç şartlandırıcısını tasarlamak ve analiz etmektir. Dönüştürücüdeki çok seviyeli yapı; skaler bir modülasyon tekniği olan seviye kaydırmalı PWM yöntemiyle tetiklenen kaskat bağlı H-Köprü konfigürasyonu olarak tasarlanmıştır. Fırlatıcı PSIM simülasyonu boyunca doğrusal bir RL modeli olarak kabul edilmiş, ancak pratik uygulamalarda doğrusal olmayan matematiksel denklemlerle ifade edildiğinden; bu tezde JMAG'de FEM analizi gerçekleştirilmiş ve fırlatıcının geçici analiz çalışması için Simulink'te elektromekanik modeli de türetilmiştir.The structural design and implementation of the asynchronous induction launcher is relatively simple, compared with other linear induction launcher types. Multilevel converter topologies in driving rotating electrical machines have attracted great attention in recent years as a result of their unique advantages. Since linear induction launchers have the same theoretical background as rotary electric machines, there is not any theoretical and practical barrier to drive them by using multilevel power electronics converters. The launcher's stator can be stimulated by a power conditioner constituted of generator/capacitor group which have fixed or variable voltage and frequency. The aim of this thesis is to design and analysis a unique power conditioner using multilevel converter topology for power supplies, fed by variable frequency sources, of asynchronous induction launchers. Multilevel converter structure is designed in PSIM as a cascaded H-Bridge configuration triggered by the scalar level-shifted PWM modulation technique. Since the launcher is assumed as a linear RL model during PSIM simulation and it is expressed by nonlinear mathematical expressions in practical applications, its FEM analysis is executed in JMAG and its electromechanical model is derived too in Simulink for transient analysis in this thesis.