OTEKON’14 7.Otomotiv Teknolojileri Kongresi 26 – 27 Mayıs 2014, BURSA GENİŞLETİLMİŞ KONTROL ARALIKLI MANYETİK RETARDER İhsan Uluocak1, Çağlar Conker2, Hakan Yavuz1, Kadir Aydın1 1 Çukurova Üniversitesi, Mühendislik Mimarlık Fakültesi, Makine Müh. Bölümü, Adana. 2 Mustafa Kemal Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Makine Müh. Bölümü, İskenderun, Hatay. ÖZET Taşıtlar genellikle mekanik fren sistemleri kullanırlar. Bu fren sistemlerinde aracın kinetik enerjisi fren sistemi elemanları üzerinde ısıya dönüştürülür ve ortama salınır. Bu mekanik fren sistemlerinde kompakt yapı ve efektif özelliklere rağmen bazı ciddi sıkıntılarla da karşılaşılmaktadır. Özellikle artan sıcaklıklarda düşen fren kuvveti ciddi bir sorun teşkil etmektedir. Bunun yanı sıra, sistemin karmaşık yapısı, fren hidroliğinin su ile kontaminasyonu gibi durumlarda teknik sorunlar söz konusudur. Geliştirilmesi planlanan manyetik retarder sistemi ile bu sorunların bir kısmını çözüme kavuşturulması ve alternatif bir fren sistemi sunulması amaçlanmaktadır. Manyetik retarder sistemlerinde aşınma, kinetik enerjinin sürtünme ile ısıya dönüştürülmesi söz konusu değildir. Diğer taraftan, standart manyetik retarder sistemlerinde de toplam 4 tane kademe vardır. Geliştirilen sistemde bu kademe 1024’e çıkarılmıştır. Sistemin kumanda kolu 0 ile 1024 arasında bir konumda bulunabilir. Retarder kolunun okunan pozisyonu manyetik retarderde elektronik kontrollü olarak oluşturulan fren kuvvetine sebep olur. Bu şekilde istenilen seviyede oldukça hassas şekilde fren kuvveti elde edilmesi mümkün olmaktadır. Anahtar Kelimeler: Manyetik retarder, manyetik frenleme, güç elektroniği, hassas ayarlanabilir fren kuvveti MAGNETIC RETARDER WITH EXTENDED CONTROL SYSTEM ABSTRACT Vehicles often use mechanical braking systems. In these brake systems, the kinetic energy of the vehicle is converted into heat and are released into the medium by brake system components. Although some serious difficulties are encountered in mechanical brake system, they are very much compact and effective in most cases. In particular, increasing temperature reduces brake forces posing a serious problem for the vehicle control. In addition, the mechanical brake system's complexity, the contamination of the brake fluid with water may lead to serious technical problems. The targeted magnetic retarder system is expected to resolve some of these issues and is intended to provide an alternative braking system. In this type of magnetic retarder based brake systems, the kinetic energy of the vehicle is not converted into heat by friction. On the other hand , in the standard magnetic retarder system, there are 4 brake force levels in total. The targeted system has been designed to increase this brake force levels to 1024. Instead of conventional four positions, the new retarder force control arm is therefore could be positioned anywhere between 0 and 1024. The retarder lever arm position is used in generation of the magnetic retarders electronically controlled brake force. In this manner, a highly sensitive desired level of braking force can be achieved. Keywords: Magnetic retarder, magnetic breaking, power electronics, sensitive braking operation 2. ÇALIŞMA PRENSİBİ 1. GİRİŞ Günümüzde ağır motorlu taşıtlarda tork ve güç seviyesi oldukça yükselmiştir. Fakat frenleme sistemindeki gelişimi sınırlı kalmıştır ve geleneksel sürtünmeye dayalı frenleme sistemleri kullanılmaktadır. Bu fren sistemleri bazı durumlarda aracın hız ve ataletini yenme konusunda yetersiz kalmaktadır. Örneğin yokuş aşağı giden bir otobüsün fren balatası aşırı ısınmakta ve tehlikeli sonuçlar oluşturabilmektedir. Retarderlar bu konuda güvenlik ve daha uzun ömürlü fren parçaları için dizayn edilmiştir. Ağır araçlarda örneğin şehirlerarası otobüslerde konfor ve güvenlik en önemli unsurlardandır. Elektromanyetik retarderlar ağır araçlar için güvenlik ve konfor sağlarlar. Geleneksel fren sistemleri hareket enerjisini ısı enerjisine çevirir. Sürtünmeye dayalı fren sistemleri(fren ve kampana) kullanıma bağlı olarak etkilerini kaybetme eğilimini gösterirler. Bunun önüne geçebilmek için daha güvenli olan retarderlar yardımcı fren olarak geliştirilmiştir. Dizel motorların bütün dünyada türlü kullanım alanları vardır. Kullanım alanları elektrik santrallerinden, toplu taşıma sitemlerine ve tarım endüstrisine kadar değişmektedir. Dizel motorlar güvenirlilik verimlilik ve taşınabilirliğinden dolayı yaygın kullanılan bir motor çeşididir. Halihazırda kurulu deney düzeneğinde MWM 4.10 TCA – Euro 2 marka dizel motor kullanılmıştır. Bu motorun teknik özellikleri Tablo 1 de sunulmuştur. Tablo 1. Motor Teknik Özellikleri Ağırlık 380 kg Motor hacmi 4300 cc Maksimum güç 107 kw (4000 rpm) Maksimum tork 500 N.m (2600 rpm) Elektromanyetik retarderlar doğru akımı bobinlerin yardımıyla manyetik alana çevirir ve bu manyetik alan sabit kısım(stator) ile dönen kısım(rotor) frenleme kuvvetine neden olur. Rotor motora bağlı dönerken statör şasiye bağlıdır. Rotor ile statör birbiriyle temas etmez. Elektrik akımı bobinlerden geçtiğinde, elektromanyetik alanlara neden olur ve rotorlar bu alanlardan geçerek Eddy akımı oluşturur ve bu sayede ters dönme etkisi başlar. Oluşan ısılar is rotorların üzerindeki kanatçıklar vasıtası ile atılır. Retarderin üzerinde 2 tane bobinden oluşmak üzere 4 ayrı elektrik devre vardır. Tablo 2. Retarder Teknik Özellikleri Ağırlık 129 kg Maksimum Tork 1300 N.m Rotor Ataleti 1.23 kg.m2 Çalışma Voltajı 24 V Devre Direnci 1.6 ohm İdeal Hava Boşluğu 1.3 mm 3.KONTROL TEORİSİ Hâlihazırda araçlarda kullanılan kontrol sistemi oldukça basittir. Bu sistem 4 adet röle ve 1 adet elle kontrol anahtarlama cihazından oluşur. Elle kontrol cihazı röleleri tetikler ve 4 ayrı bobin devresini açar. Sistemdeki voltaj sabittir ve 24 volttur. Sistem yalnızca %25, 50, 75 ve 100 oranlarında yükleme ile çalışabilir. Bu sistem kullanışlılık olarak yetersizdir ve düşük verime sahiptir. Ayrıca elektrik devresinde güç kaynağının pozitif ucu ve negatif ucunun hemen önünde sigortalar mevcuttur. sistemiyle değiştirilmiştir. Standart kontrol devresi, 4 adet bobin devresi ve onları kontrol eden rölelerden oluşmaktadır. Besleme voltajı sabittir ve 24 volttur. Buradaki temel amaç ise, sistemdeki bu röleleri kaldırıp bir güç devresi ve onu kontrol eden mikrodenetleyici devresi kurmak ve seviye kontrolünü 4 den 1024 ya çıkarmaktır. Mikro-denetleyici frenleme seviye sensöründen aldığı sinyali DS1868 çipin vasıtasıyla 8 bitlik çevirimle analog 0-12 V sağlayacaktır. Bu sinyal güç devresine aküden gelen giriş 24 Voltu çıkış olarak 1.2 V - 24 V arasında çıkış olarak vermesini sağlayacaktır. Bu sayede frenleme daha hassas ve stabil olacaktır. Şekil 1. Retarder elektrik şeması Sistemde milin üzerindeki torku ölçmek için bir tork sensörü kullanılmıştır. Bu sensör üzerindeki statör ve rotor kısımları arasında özel bir dijital iletişim sistemiyle üzerindeki tork etkileşimini iletmek için dizayn edilmiştir. Ayrıca volan dişlisinin dönüş hızını hesaplamak için bir hız sensörü ve devresi kullanılmıştır. Bu veriler sayesinde sistemin giriş ve çıkış değerleri arasında ilişki kurulabilecek ve sistem parametreleri hesaplanabilecektir. Ayrıca verileri bilgisayar ortamına aktarılarak MATLAB ortamında veriler incelenmiştir. Şekil 3. Yeni Sistem Eski Sistem Karşılaştırması Kontrol kolu şekil 4 de görüldüğü üzere basit olarak mekanik bir kol veiçerisinde iki adet butonlardan oluşur. Kullanıcı kontrol kolunu kullanarak gerekli görülen fren seviyesini, kolu aşağı ve yukarı şekilde hareket ettirmek suretiyle belirler. Kullanıcının kola verdiği aşağı ve yukarı yönlü hareket içerisindeki butonları tetikler. Bu tetiklenen butonlar dijital sinyaller üreterek fren seviyesini mikro-denetleyiciye iletir ve gerekli güç retarder bobinlerine iletilir. Şekil 2. Manyetik retarder control şeması Bu çalışmada, araçlarda standart olarak kullanılan kontrol sistemini, yeni, stabil ve hassas bir kontrol KAYNAKLAR 1. 2. 3. 4. Şekil 4. Kontrol kolu çizimi 4.SONUÇ Çalışma sonunda, elektromayetik retarderların daha hassas ve daha stabil bir kontrol sistemine sahip olması amaçlanmıştır. Özellikle ağır araçların frenleme sistemleri daha güvenli ve parça aşınmaları azaltılmış dolayısı ile daha da az bakım maliyeti sağlanmıştır, frenleme sistemlerindeki stabilitenin artırılmasının yanı sıra kontrol aralığı da 4 basamaktan 1024 ya artacağından araçların daha uygun seviyelerde frenlenmesi anlamında faydalı bir sonuca ulaşılmıştır. Şekil 5. Geliştirilen manyetik retarder sistemine ait deney düzeneğinin fotoğrafı Byron J. Bunker, Robust Multivariable Control of an Engine-Dynamometer System, IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol. 5, no. 2, march 1997. Mehrdad Ehsani, Parametric Analysis of Eddy-Current Brake Performance by 3-D Finite-Element Analysis, IEEE Transactıons on Magnetics, vol. 42, no. 2, February 2006 Fuat Fırat, Elektromanyetik Retarderla İçten Yanmalı Motorlarda Performans Ölçmede Kullanılması, Çukurova Üniversitesi Yüksek Lisans Tezi, 2010. Anonim,"Retarder", http://www.telmausa.com, 2013.
© Copyright 2024 Paperzz
