Raylı Ulaşım Sistemlerinde Tahrik Amaçlı Katı Hal Transformatörü Kullanımı

Bu çalışmada demiryolu uygulamalarında yaygın kullanılan tahrik sistemlerinin yanında alternatif bir sistem olarak beliren katı hal transformatörü devre topolojisinin bir değerlendirmesi ve devre benzetimi gerçekleştirilmiştir. Makalede, önce bilinen yaygın tahrik sistemleri incelenmiş; daha sonra katı hal transformatörü ve yaygın sistemlere göre avantajlarından ve dezavantajlarından söz edilmiştir. Son olarak da örnek yük olarak seçilen Durmazlar firmasının ürettiği İpekböceği tramvayı seçilmiş ve bu örnek yük üzerinden bir katı hal transformatörü tahrik devresi benzetim yoluyla PSIM programında çalıştırılmıştır. Yapılan çalışmalar sonucunda önerilen katı hal transformatörü devre topolojisinin bir doğru akım tahrik sistemine sahip olan tramvayı maksimum hızıyla ve teknik özelliklerine uygun bir biçimde çalıştırdığı görülmüştür. Katı hal transformatör devresinin toplam verimi %93 olarak tespit edilmiştir. Sonuç olarak katı hal transformatörü devre topolojilerinin demiryolu uygulamaları başta olmak üzere başka tahrik uygulamalarında da öne çıkabilecek bir alternatif olduğu değerlendirilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

transformator, tahrik, katı-hal, demiryolu, rezonans, çevirici

The Use of Solid State Transformer for Traction in Railway Systems

In this study, solid state transformer circuit topology which is an alternative to current conventional traction systems is investigated using simulation tools. First, conventional traction systems are investigated then the solid-state transformer topology is introduced with its advantages and disadvantages. At last, a sample load is selected for simulation. The load is a tram named silkworm (ipek böcegi in Turkish) manufactured by Durmazlar. This sample load is driven with designed solid-state transformer circuit using simulation tool named PSIM. In conclusion it is seen that the proposed solid-state transformer system can drive aforementioned sample load which has direct current traction system commercially at maximum speed with needed specifications. Total efficiency of the solid state transformer system is 93%. It can be accepted that solid-state transformer circuit topologies are suitable alternatives for traction purposes.

PDF

___

[1] BS EN 50163, Railway Applications. Supply voltages of traction systems, 2005.

[2] F. Kiessling, R. Puschmann, A. Schmieder, and E. Schneider, Contact Lines for Electric Railways, Publicis Publications, Germany, 2009.

[3] R. D. White, "AC/DC Railway Electrification and Protection," IET 13th Professional Development Course on Electric Traction Systems, London, 2014, pp. 1-42. doi: 10.1049/cp.2014.1439.

[4] A. Hernadi, Taufik and M. Anwari, "Modeling and Simulation of 6-Pulse and 12-Pulse Rectifiers under Balanced and Unbalanced Conditions with Impacts to Input Current Harmonics," 2008 Second Asia International Conference on Modelling & Simulation (AMS), Kuala Lumpur, 2008, pp. 1034-1038. doi: 10.1109/AMS.2008.88

[5] M. Rashid, Power Electronics Handbook, Elsevier, 2nd Ed., 2007.

[6] M. Steiner and H. Reinold, "Medium frequency topology in railway applications," 2007 European Conference on Power Electronics and Applications, Aalborg, 2007, pp. 1-10. doi: 10.1109/EPE.2007.4417570.

[7] D. Dujic, F. Kieferndorf, F. Canales, and U. Drofenik, "Power electronic traction transformer technology," Proceedings of the 7th International Power Electronics and Motion Control Conference, Harbin, 2012, pp. 636-642. doi: 10.1109/IPEMC.2012.6258820

[8] S. Zhao, "High Frequency Isolated Power Conversion", M.Sc. Thesis, Dept. of Electrical Engineering, Virginia Tech, VA, USA, 2016.

[9] "İpekböceği Tramvayı Teknik Özellikleri", http://www.durmaray.com/ipekbocegi-tramvay/2/3/5, accessed May 12, 2019.