LEE- Elektrik Mühendisliği-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19261

Gözat

1,5kW IE4 verim sınıfı asenkron motor ve şebeke kalkışlı daimi mıknatıslı senkron motor tasarımları ve performans karşılaştırması

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-02-11) Gedik, Hakan ; Ergene, Lale ; 504071007 ; Elektrik Mühendisliği

Dünyada enerji kaynakları hızla tükenirken ve sera gazı salınımları hızla artarken karar vericiler ve politika uygulayıcılar enerji verimliliği ile ilgili ciddi çalışmalar yapmaya başlamıştır. İklim sözleşmeleri ve bunun uygulama adımları olan regülasyonlar sayesinde enerji tüketen ürün ve cihazların verim değerleri ile ilgili zorunluluklar yürürlüğü girmiştir. Elektrik motorları, enerji tüketimindeki ciddi payı sayesinde regülasyonların radarına giren ilk ürünlerden biri olmuştur. 1990'lı yılların sonunda CEMEP tarafından verimli elektrik motorları için bir gruplama yapılmış, motorlar devir sayısı ve güçlerine göre belli verim değerleri ile artan verim sınıfına göre sırasıyla EFF3, EFF2 ve EFF1 olarak gruplanmıştır. Verimlilik konusunda yapılan çalışmalar neticesinde öncelikle 2008 yılında IEC 60034-30 standardı yayımlanarak verimli motor kapsamı, tanımı ve değerleri uluslararası geçerliliği olan bir şekle dönmüştür. En düşük verim sınıfı IE1 olmak üzere IE2, IE3 ve IE4 şeklinde tariflenen motorlar, 2009 yılında Avrupa Birliği'nde yayınlanan 640/2009 regülasyonu ile zorunlu bir üretim ve kullanıma tabi olmuştur. Öncelikle IE2 ve IE3 motor kullanımını zorunlu hale getiren regülasyon Temmuz 2021 itibari ile çıtayı yükselterek 0,75kW altı motorlar haricinde IE2 motorları yasaklamış, ilave olarak 2023 yılında IE4 verim sınıfını büyük güçlü motorlarda zorunlu hale getirmiştir. Regülasyonlar ile verim çıtasının daimi yükseltildiği motor sektöründe pazara ciddi oranda hakim olan asenkron motorlarda verimi arttırıcı faaliyetler hız kazanmış, bununla beraber bu motorlara alternatif olabilecek diğer motor türlerinin endüstride yer bulabilmesi adına çalışmalar başlamıştır. Elektrik motorlarının kullanım alanları arasında ciddi orana sahip olan pompa, fan, kompresör gibi uygulamalar değişken devirli uygulamalar olmalarına rağmen inverter kullanımı çok düşük olduğu için asenkron motorlara alternatif olabilecek dikkat çekici motorlardan biri şebeke kalkışlı daimi mıknatıslı motorlar olmuştur. Bu tez çalışmasında IE3 verim sınıfı 1,5kW 4p 90 gövde bir asenkron motor referans alınarak öncelikle klasik yöntemler ile IE4 verim sınıfı seviyesine çıkarılmıştır. Bu çalışmanın yanında IE3 asenkron motorun statoru sabit tutularak yeni bir rotor tasarımı sayesinde IE4 verim sınıflı şebeke kalkışlı daimi mıknatıslı senkron motor tasarlanmış ve doğrulanmıştır. Motor gövdesi, kapaklar ve diğer mekanik parçalar IE3 verim sınıfı motora ait olup tez çalışması kapsamında tasarlanan parçalar değildir. Elektrik ve elektromanyetik tasarımlar Flux 2D ve SPEED manyetik analiz programları ile gerçekleştirilmiştir. Öncelikle var olan IE3 verim sınıfı asenkron motor modellenerek diğer çalışmalar için referans oluşturması sağlanmıştır. Klasik yöntemlerden paket boyunun arttırılması, verimli sac kullanımı, verimli rulman kullanımı gibi yöntemlerle IE4 asenkron motor tasarımı yapılmıştır. İlave olarak yeni bir rotor tasarımı ile hem mıknatıs hem de alüminyum çubuklardan oluşan hibrit bir yapı ile şebeke kalkışlı senkron motorun tasarımı tamamlanmıştır. Yapılan tasarımlar prototiplenerek IEC 60034-2-1 standardına göre sırasıyla ısınma testi, performans testi ve boşta test adımlarına tabi tutularak test edilmiştir. Yapılan testler neticesinde her iki motorun da IE4 verim değerini yakaladığı tespit edilmiştir. Başarılı tasarım ve doğrulama çalışmalarından sonra her iki motor tipinin performans değerleri karşılaştırılarak uygulama alanına göre kullanıcılar tarafından değerlendirilebilmeye sunulmuştur.
36 stator oluklu, 2 kutuplu uzay harmonik etkisi azaltılmış asenkron makina başarımında rotor oluk sayısı etkisinin tespiti

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-08-02) Ercan, Muhammetnur ; Kocabaş, Derya Ahmet ; Gülbahçe, Mehmet Onur ; 504191038 ; Elektrik Mühendisliği

Son yıllarda elektrik enerjisinin tüketimi daha çok artmış ve gelecekte de hızla artmaya devam edecektir. Elektrik enerjisi tüketiminin büyük kısmını oluşturan elektrik makinalarının önemi, bireysel ve toplu ulaşımda elektrikli araçların tamamen benimsendiğinde kat ve kat artacaktır. Bu yüzden bir asırdan daha fazla üzerinde çalışılan elektrik makinalarının başarımlarının iyileşmesine katkılar son yıllarda hızlanmıştır. Sanayide, ev uygulamalarında ve hatta elektrikli araçlarda geniş yer tutan asenkron makinalardan daha yüksek başarım elde edilmesinin önemi üreticiler için oldukça büyüktür. Asenkron makinelerinin tasarımına ilişkin küçük detayların makine başarımının artırılmasında çok kilit bir rol oynamaktadır. . Asenkron makinalardaki hava aralığı amper-sarım ifadesinin rotor açısına göre değişiminin statorun oluklu yapısı ve iletkenlerin oluklara dağılımı nedeniyle bir adım fonksiyonu şeklinde sinüse yaklaşmaya çalışan bir fonksiyondur. Elektrik makinalarında bu yapısal durum makine saf sinüs gerilimle beslense bile hava aralığındaki amper-sarım fonksiyonunun sinüs biçimli olmamasına neden olur ve hava aralığında uzay harmonikleri oluşur. Bu harmonikler makinalarda stator ve rotor oluk açıklığı, sayıları ve yapısından kaynaklı olarak çıkış momentinde titreşimler görülmesine neden olur. Bu titreşimler makinada akustik gürültüler ortaya çıkarırken kayıp artışlarından dolayı verimi de düşürür. Bu nedenle asenkron makinalarda uzay harmonikleri kaynaklı titreşim ve gürültü problemlerinin üstesinden gelmenin bir yolu da oluk sayılarının optimizasyonudur. Bu çalışmada 36 oluklu 2 kutuplu asenkron makineler için rotor oluk sayılarının seçimi uzay harmonik etkiler göz önüne alınarak incelenmiştir. Geleneksel ve uzay harmonik etkileri azaltılmış asimetrik oluk ve sargı yapısına sahip olan stator yapısı ile farklı rotor oluk sayılarındaki rotorların çalışma durumları incelenerek en iyi başarımı veren stator-rotor oluk kombinasyonu tespit edilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi sayesinde incelenen kombinasyonların manyetik açıdan başarımı, moment karakteristikleri, akım değişimleri ve hava aralığı akı yoğunlukları sayısal olarak incelenmiştir. Öncelikle 4 kW, 380 V/50 Hz, 2 kutuplu ve 36 stator oluklu geleneksel bir asenkron makina ele alınmış ve rotor oluk sayısının değişiminin hava aralığındaki uzay harmoniklerine olan etkisi incelenmiştir. Dahası detaylı bir mukayese yapabilmek için moment titreşimleri ve işletme başarımı da verilmiştir. Tüm analizlerde rotor oluk sayısı dışındaki tüm geometrik ve elektriksel büyüklükler sabit tutulmuştur. Çalışmanın ikinci bölümünde ise yine aynı plaka değerlerine sahip uzay harmonik etkileri azaltılmış asimetrik oluk ve sargı yapısına sahip olan makinada rotor oluk sayısının hava aralığındaki uzay harmoniklerine olan etkisi incelenmiştir. Geleneksel makina ile benzer olarak yine moment titreşimleri ve işletme başarımları da detaylı olarak sunulmuştur. Çalışma kapsamında rotor oluk sayısındaki değişiminin makinadaki uzay harmoniklerine ve moment titreşimlerine etkisini incelemenin yanı sıra asenkron makine tasarımına ilişkin detaylar ve incelikler de verilmiştir. Seçilebilecek manyetik malzemelerin motordan başarımına bağlı olarak nasıl değişebileceği, toplam kayıpları en aza indirebilmek adına çeşitli yöntemler önerilmiş, tasarımsal inceliklere yer verilmiştir.
72 oluklu, 2 kutuplu asenkron motorlarda farklı sayıda rotor oluklarının uzay harmonikleri üzerine olan etkilerinin tespti

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023) Onur, Güven ; Kocabaş, Derya Ahmet ; 810625 ; Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı

Günümüz dünyasında artan nüfusun en önemli getirisi enerjiye olan ihtiyacın giderek artmasıdır. Fosil yakıtların gerek doğaya zararlı etkileri gerekse dünya üzerinde sınırlı miktarda bulunması, yenilenebilir enerji sistemlerinin giderek daha popüler olmasına sebep olurken, enerji dönüşümü yapılmasını sağlayan araçların da verim ve performans artışını zorunlu hale getirmiştir. Elektrik enerjisi ve mekanik enerji arasındaki dönüşümde şüphesiz en önemli rolü üstlenen elektrik makineleri arasında; üretim kolaylığı, bakım gerektirmemesi, düşük maliyeti sebebiyle asenkron makineleri yaygın olarak kullanılan bir elektrik makinesi haline getirmiştir. Asenkron makineler durağan kısmı stator ve hareketli kısmı rotor olmak üzere iki temel bileşenden oluşur. Statorda oluşturulan manyetik alan, stator ve rotor arasındaki hava aralığından rotora geçerek, rotor manyetik devresi üzerinden tekrar statora geri dönerek devreyi tamamlar. İdealde, hava aralığında bulunan manyetik akı yoğunluğunun saf sinüs biçimli olması istenir ancak motor sargıları saf sinüs biçimli bir kaynak ile beslense dahi oluşan manyetik alan saf sinüs biçimli olamaz. Bunun sebebi makine içerisindeki oluk yapısı ve yerleştirilen sargıların sinüs biçimli olmamasıdır. Hava aralığında oluşan manyeto motor kuvvet sinüs biçimini andıran basamaklı periyodik bir dalga olarak şekillenir. Oluşan bu basamaklı dalga şekli Fourier Dönüşümü ile açıldığında harmonik bileşenleri elde edilecektir. Elde edilen bu harmonik bileşenler kaynak geriliminden bağımsız olarak motor geometrisi sebebiyle ortaya çıktığından uzay harmonikleri olarak isimlendirilirler. Uzay harmoniklerinin varlığı makinede birçok istenmeyen etkilere sahiptir. Bu etkiler istenmeyen titreşim ve akustik gürültüler olarak özetlenebilir. Titreşim ve akustik gürültülerin varlığı ile hem makinenin çıkış performansını hem de verimini azaltacaktır. Sadece kararlı çalışma durumunda değil aynı zamanda kalkış ve frenleme durumlarında da meydana gelebilecek bu zararlı etkileri azaltmak adına birçok yöntem mevcuttur. Bu yöntemlerden en yaygın olarak kullanılanlar, sadece çift tabakalı sargılara uygulanabilecek olan kirişleme yöntemi, rotor iletkenlerine uygulanan kaykı örnek verilebilir. Bu yöntemlerden bir tanesi de motorun tasarım başlangıcında belirlenen uygun stator/rotor oluk kombinasyonu seçimidir. Bu çalışmada 72 stator oluklu, 2 kutuplu, 3 fazlı asenkron motor farklı oluk sayılarına sahip rotorlar ile analitik ve sonlu elemanlar yöntemi ile analiz edilmiştir. Sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak elde edilen hava aralığı manyetik akı yoğunluğu dalga şekilleri Fourier Dönüşümü ile harmoniklerine açılmış rotor oluk sayılarının harmonik bileşenlere olan etkileri karşılaştırma yapılarak tespit edilmiştir. Buna ek olarak, tasarlanan her motorun verimi, moment dalgalılığı gibi performans kriterleri karşılaştırılarak bahsedilen stator yapısına ve seçilen motor kriterlerine göre en uygun rotor oluk sayıları tespit edilerek, literatürde stator/rotor oluk sayısı kombinasyonu seçiminde belirlenen kurallar ile ne kadar uygun olduğu karşılaştırılmıştır. Yapılan karşılaştırma sonucunda 3 fazlı, 2 kutuplu ve 72 stator oluğuna sahip bir asenkron motor için 58, 60, 78, 86, 94, 96, 98 rotor oluklu tasarımların diğer tasarımlara göre moment dalgalılıkları ve geçici hal çalışma durumlarında üretilen elektromanyetik momentin tepe değerleri daha düşüktür. Seçilen bu 5 farklı rotor oluk tasarımları arasında 94 rotor oluğu en düşük moment dalgılılığına sahiptir ve en uygun rotor oluk sayısı olarak belirlenmiştir.
A data fusion application with linear kalman filter

(Graduate School, 2023-07-20) Geniş, Emre ; Kara Bayram, Duygu ; 504201022 ; Electrical Engineering

Bu tez, süreç ve ölçüm gürültüsü kovaryans matrisleri üzerinden lineer Kalman filtresinin kalibrasyonuna odaklanmaktadır. Dolayısıyla, sabit gözlem matrisi değeri 𝑯 = [𝟏; 𝟏] için yalnızca 𝑲, 𝑷, 𝑸, 𝑹 matrisleri ve kalibrasyon hedefi izlenmiştir. Bu tezin bir iyileştirmesi olarak, doğrusal Kalman filtresinin değişkenleri arasındaki etkileşimi daha ayrıntılı olarak ortaya çıkarmak için farklı 𝑯 değerlerinin etkisi incelenebilir. ✓ Ölçüm füzyonu ve durum vektörü füzyon yöntemleri arasındaki hesaplama maliyetini karşılaştırmak için, aynı tür yapay sinyaller her iki yöntemle birleştirilebilir. Örnekleme sıklığını artırmak, uygun 𝑸 ve 𝑹 değerlerini bulmak için otomatik kalibrasyon adımlarının sayısını azaltabilir. Bu sayede daha anlamlı hesaplamalı maliyet analizi yapılabilir. Ek olarak, MATLAB gibi programlar çok çekirdekli işlemcileri destekler. Artan çekirdek sayıları ile hesaplama gereksinimi ölçeklendirme tahminleri, veri birleştirme uygulamaları için kullanılan iş istasyonları ve süper bilgisayarlar için faydalı olabilir.
A peak current controlled dimmable sepic led driver with low flicker

(Graduate School, 2022-01-18) Örüklü, Kerim ; Yıldırım, Deniz ; 504181056 ; Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği

Nowadays, a considerable part of the energy consumption in the world has been formed by lighting sources used in buildings, industry, transportation, and commercial. Yet, there has been a rapid decrease in traditional energy resources. Therefore, an energy efficient lighting system could be a solution to global energy problem. Light-emitting diodes (LEDs) have been taken much attention lately and expected to replace with classical lamps due to their special characteristics like high efficiency, long lifetime, environment friendly, robustness, and small size. However, a driver circuit is required to operate LEDs and constant current drivers can improve the LEDs performance. Hence, studies on LED driver circuits and its control method have recently been increased both in industry and in academia. In some applications, it is desirable to have control on LED brightness. This can be done by a current-control method that adjust the current flowing through LEDs. But, there are recommended practices while modulating current in High-Brightness LEDs for mitigating health risk to viewers in IEEE Std. 1789-2015. Most of the driver circuit have put on the market without any flicker measurements and checking these recommended practices about percent flicker and flicker index. All light sources may have flicker with various levels. However, the flicker generally exists in LED lighting when AC to DC conversion is present. Because of the full-wave bridge rectification in AC-DC LED drivers, LED lamps will have a peak-to-peak current ripple at twice the line frequency (100 Hz or 120 Hz). Hence, the flicker is mainly dependent on the driver circuit for LED lighting. Health risks and biological effects of flicker to the viewers such as headache, eyestrain, and seizures cannot be ignored and should be taken into consideration when designing a LED driver. A flicker-free LED driver can improve the visual performance and offer a human health friendly lighting. In this thesis, a peak-current control method is proposed for 30-Watt Single Ended Primary Inductor Converter (SEPIC) LED driver with adjustable output current. The proposed control strategy is based on measuring MOSFET peak current value using a shunt resistor. When this voltage reaches peak threshold value, controller turns off switch. The output current is adjusted to desired levels by changing this peak threshold value. Both simulation and implementation of the driver have been carried out. 220V rms, 50 Hz AC main is used as input of the driver. Pulse Width Modulation (PWM) signals are generated by using UC3842 and TL3845 Integrated-Chips (IC). Flicker measurements are taken from the output current curve. To validate proposed peak current control method, a 33.6 Watt, 112 V / 0.3 A SEPIC LED driver prototype is constructed and tested. Analysis and measurements have been carried out for different output current levels. Peak efficiency is obtained as 88.4% at nominal output current. Furthermore, 5.806% and 6.540% of percent flicker have been obtained at 300mA and 100mA, respectively. It has been found that the proposed Peak-Current-Mode-Controlled SEPIC LED driver offers LED brightness control for the consumer comfort, a high efficient system for energy efficiency, and a low-risk level of flicker for human health.
Accident data analysis for formal scenario generation and traffic simulation

(Graduate School, 2023) Kutlu, İlke ; Akıncı, Tahir Çetin ; Akbaş, Mustafa İlhan ; 835232 ; Electrical Engineering Programme

Autonomous vehicles have become one of the most important topics in the automotive industry today. Vehicles, which have started to be equipped with many electronic control units and sensors in order to increase the comfort and safety of drivers, are preparing for the transition to fully autonomous driving after breakthroughs in processor power and artificial intelligence in recent years. Advanced driver assistance systems, such as cruise control system, collision avoidance system, autonomous emergency braking system or lane tracking system, that support the driver or support systems which are activated only when it is necessary, are also present in vehicles on the road today. Although such systems are used to increase safety and driver comfort, either the driver is still in control of the vehicle or driver supervision is required during these systems and the driver can override these systems at any time. The ultimate goal of recent research and development studies on autonomous driving and autonomous vehicles is to bring self-driving vehicles to a level that they can be in traffic without any need for human attention or intervention, without causing any safety problems. Autonomous driving and advanced driver assistance systems attract the attention of the end consumers because they both are innovative technologies and because of the advantages they will provide for driving comfort. Due to this interest of the consumer, autonomous driving and advanced driver assistance systems have become an area for manufacturers and companies working in the field of research and development in the automotive sector, where they can show their technology. For this reason, the development of autonomous driving and advanced driver assistance systems and making them safer is one of the most important research and development topics for both large vehicle manufacturing companies and supplier companies that supply systems and components to vehicle manufacturers. The result of many different scenarios experienced in traffic in real life can end with major or minor accidents. One of the most important issues in autonomous driving development is to be able to test how the driverless car will behave before and during a possible accident. It is close to impossible to define these traffic accidents with only logical and mathematical equations to create test cases. Moreover, there are variables like speed, departure time, braking time etc. in real-life scenarios even for the similar cases. Accident situations are one of the most critical issues in the use of machine learning for autonomous driving, as they are the scenarios that can endanger human safety the most. A lot of different situations should be tested to validate the artificial intelligence in this regard. However, the traffic accident data for every kind of incident are very difficult to find and collect, as they are rare and real-life data. For example, one of the important data sources on traffic accidents is traffic accident reports.
Adaptive backstepping control based emegency scheme for improving transient stability of power systems with renewable energy sources

(Graduate School, 2022) Motallebzadeh, Mohammad ; Genç, Veysel Murat İstemihan ; 738021 ; Electrical Engineering Programme

Due to the high demand for electrical energy, operation of modern power systems under stressed loading conditions have become more common. Renewable energy sources are incorporated into modern power systems (RES) that include solar photovoltaics (PV), wind turbines, etc., and complex loads that can considerably alter the electrical system's dynamics. The power system comprises synchronous generators and other energy sources linked together to generate electrical power. When a severe disturbance on the electrical grid occurs, the supply of electrical power may be endangered, and this must be ensured by selecting the corrective action. Transient instabilities occur after extreme contingencies, which are a significant threat to the dynamic security of systems. In this condition, the generator's rotor speeds and rotor angles change suddenly, which causes quick altering of electrical power, and therefore, maintaining system security in tricky conditions is one of the crucial tasks in electrical engineering. The corrective control is applied after disturbance. Emergency control schemes, such as transient stability excitation control (TSEC), can improve the system's stability. TSEC enhances transient stability by controlling excitation system of generators. This control is one of the conventional excitation control techniques that is compared with other methods in this thesis. Besides the emergency control schemes, Power System Stabilizer (PSS) can be a proper solution to decrease the oscillations in a power system in the transient period. A multi-machine power system consists of generators, turbines, transformers, transmission lines, and loads. To design the dynamics of a power system, the set of differential-algebraic equations (DAEs) should be solved with numerical methods. Differential equations include synchronous generator and turbine inter-area equations, and algebraic equations include stator algebraic equations and network equations. In this study, a tandem-compound single-reheat steam turbine controlled by a speed governor is considered, and it produces the related mechanical power for inputting to synchronous generators. Synchronous generators can be designed with different degrees of accuracy to make the related electrical power. In this study, the 3th order (flux-decay) model synchronous generator with the first-order excitation system (static exciter) is regarded. The network side consists of transmission lines, loads, and other components. This study replaces RES with the related synchronous generator with equal injected real and reactive power. In this thesis, Adaptive backstepping control (ABC) is proposed to improve the transient stability of power systems during emergency conditions. The thesis problem and the modeling studies are aligned with the studies of collaboration in the TUBITAK project no. 118E184 and in our published paper, whereas the development of ABC-based controller is the main contribution of this thesis.
Alçak gerilim sistemlerinde ark flaş analizi ve koruma

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-07-27) Damla, Gülşah ; Usta, Ömer ; 504181019 ; Elektrik Mühendisliği

Elektrik, günümüzde en çok ihtiyaç duyulan enerji kaynaklarından biridir. Elektrik üretimi ve tüketimi her geçen gün arttıkça arızaların etkileri daha da yıkıcı hale gelmektedir. Bu nedenle elektrik enerjisinin üretimi kadar verimli, güvenli ve kesintisiz olarak kullanıcılara ulaştırılması da önemlidir. Elektrik güç sistemlerinde elektrik kesintilerine neden olan önemli arızalardan biri ark arızalarıdır. Ark, hava ve gaz gibi yalıtım malzemelerinde iki elektrot arasında meydana gelen elektrik boşalması olarak tanımlanabilir. Elektrik güç sistemlerinde, ark arızalarında çeşitli sebeplerle meydana gelen kısa devreler ile kontrolsüz enerji, ısı, basınç ve ışık ortaya çıkmaktadır. Ark arızalarında ortaya çıkan enerji, basınç ve ısı etkileri, anahtarlama donanımlarında hasara sebep olmakla birlikte can kayıplarına ve ekonomik zararlara sebep olabilmektedir. Bu tezde yer verilen hesaplama yöntemleri, denklemler IEEE 1584:2018 standardından alınmıştır. Standartta sabit laboratuvar koşullarında ölçülen test sonuçlarına göre ampirik denklemler elde edilmiştir. Bu nedenle hesaplama sonuçları, gerçek bir ark patlamasına maruz kalmanın verdiği tehlikeden daha şiddetli veya daha az şiddetli olabilir. Kişisel koruyucu donanım (KKD) kategorisi ve seçimi için NFPA 70E:2021 standardı kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında Trimble ProDesign ve Caneco BT yazılımları kullanılarak kısa devre analizi ve koruma konsepti çalışması için tesis ve ekipmanla ilgili elektriksel verileri içeren örnek bir veri merkezi alçak gerilim dağıtım sisteminin modeli oluşturulmuştur. IEEE 1584:2018 standardına göre ark flaş hesaplaması, Caneco BT yazılımının 'Arc flash risk' modülü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Hesap çıktısı olarak VCB, VCBB ve HCB konfigürasyonları için ayrı ayrı ark olay enerjisi, KKD giyilmesi için gereken mesafeyi belirleyen ark flaş sınır mesafesi ve KKD kategori değeri elde edilmiştir. Her pano için en kötü senaryoya göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması hedeflenmiştir. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar doğrultusunda ark flaş hesaplamaları tekrarlanarak normal işletme durumu ile karşılaştırmalar yapılmıştır. Ark olay enerjisini azaltmaya yönelik çalışmalar içerisinden akım sınırlayıcı reaktör ETAP programında modellenmiştir. Son olarak hesap çıktısı olarak elde edilen uyarı ve bilgilendirme etiketi, örnek bir pano için gösterilmiştir. Ark olay enerjisi hesaplamalarında örnek alçak gerilim sisteminin koruma ve seçicilik çalışmasından elde edilen birincil (primary) koruma ayarlarına göre uyarı ve bilgilendirme etiketi oluşturulması amaçlanmıştır. Birincil koruma arızası durumunda, yedek (back-up) koruma arızayı giderir, ancak bu daha fazla zaman ve daha yüksek olay enerjisi açığa çıkarmıştır. NPFA 70E, sistemin birincil koruma sistemindeki arızaya karşı değerlendirilmesini gerektirmez. IEEE 1584 standardına göre ark flaş analizi çalışmasında sadece üç faz arızaları ve bara tarafı dikkate alınmıştır.
An agent-based energy management approach for V2X-capable charger clusters

(Graduate School, 2023-01-05) Akyün, Gülen ; Yılmaz, Murat ; 504191071 ; Electrical Engineering

To deal with the intermittency problem of renewable-based distributed generation, flexible energy assets such as electrical batteries are widely considered. In line with the localization trend in the energy sector, electric mobility is becoming mainstream. The additional load demand that comes with the penetration of EVs will raise the need for additional electricity generation. In particular, aggregated charging load of electric vehicles cause overload in the distribution network. With the management of EV charging, overload can be avoided and grid reliability can be ensured. At this point, smart grid applications promise to help make the addition of electric vehicles to the grid more sustainable with concepts such as V2X (vehicle to everything). On the other hand, as the plug-in EV fleet grows, an effective energy management system is needed to avoid adverse effects such as voltage fluctuations and increased electricity losses. By combining several flexible energy assets, a bidirectional EV charger cluster can have a local balancing capacity and therefore be operated without demanding energy from the grid for a specified period of time. The aim of this thesis is to manage EV charging in clustered systems and to obtain energy neutral charger clusters by increasing the local balancing capabilities of clusters and to efficiently use V2X functions with the proposed energy management algorithm. With this thesis, it is also aimed to reduce the peak-to-average ratio and to provide a balanced and efficient load profile. To achieve the objectives, an agent-based energy management concept has been proposed. In the proposed concept, each bidirectional charging unit with a connected EV at the charging station is represented by an agent. This approach provides a decentralized structure and swarm control in line with the agents' local targets. In this algorithm all power producers and consumers are represented as agents. First, the agents calculate their operation range and current power demand or production, i.e. their flexibility. Energy consumers and producers then interact and negotiate with each other, thus providing self-consumption by meeting each power consumption with an equivalent power generation. This allows flexible power transfer between EVs with a collaborative perspective on the charging system. In this way, the peak-to-average ratio decreases and self-consumption increases. In the study, the negotiation and decision-making processes of the agencies are discussed in detail. Simulation studies performed on the proposed concept for local balancing show that this application has the potential to provide effective and sustainable solutions for energy management.
Asenkron motorlarda rotor oluk şekli ve kaykının elektromanyetik titreşim ve gürültü spektrumu üzerine etkisinin analizi ve değerlendirilmesi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-01-28) Çatal, Duygu ; Kırış Kömürgöz, Güven ; 504171015 ; Elektrik Mühendisliği

Günümüzde; azalan kaynaklar, çevre kirliği ve gürültü kirliliği gibi sebeplerden dolayı enerjinin verimli kullanımı dikkat edilmesi gereken konulardan biri haline gelmiştir.Endüstriyel bir ortamda gürültünün bir kısmını elektrik motorları oluşturmaktadır. Elektrik motorlarının amacı düşük ses gücü seviyesi ile yüksek mekanik güç sağlamaktır. Optimum mekanik enerjininim elde edilmesi için motor tasarım sürecinde alınması gereken farklı önlemler mevcuttur ve gelişime açıktır. Bir motorda giriş gücünün bir kısmı ısı olarak dağıtılırken bir kısmı havalandırma sistemi tarafından harcanır ve daha küçük olan bir kısmı ise gürültü olarak kaybolur. Optimum motor tasarımı, beklenen tasarım isterine göre değişkenlik göstermektedir. Elektrik makinalarında gürültü kaybına neden olan; aerodinamik, mekanik ve elektromanyetik kaynaklar mevcuttur. Manyetik kuvvet, statorda salınım hareketine neden olur. Titreşim enerjisi, mekanik bileşenlere veya çevreleyen ortamlara akustik gürültü şeklinde istenmeyen aktarıma neden olur.Bu yüzden elektrik makinelerin, tasarım aşamasında iyileştirme yapılarak manyetik kuvvetin neden olduğu sonuçlar azaltılmaya çalışılır. Bu aşamada statorun manyetik kuvvetten kaynaklanan titreşim analizi önemlidir. Manyetik akı yoğunluğunun radyal ve teğetsel harmonik bileşenleri manyetik kuvvetin oluşmasında ana etkendir.
Compensation of current harmonics in single phase grid connected inverters with deadtime under distorted grid voltage

(Graduate School, 2022-06-28) Tekin, Barış ; Yıldırım, Deniz ; 504181007 ; Electrical Engineering

As the human population in the world increases, the demand for energy, which is the most basic need of human beings, also increases. In order to meet the increasing demand, the energy supply is enlarged with the investments made. While energy investments continue to grow in all areas, investments in renewable energy production have reached serious levels in the last 20 years and its share among other investments is increasing every year. Among these investments, wind and solar energy investments have the highest ratio. The increase in these investments has also increased the development and production of photovoltaic panels and grid-connected inverters and other power electronic devices. In this thesis, the power electronics circuit consists of a two-stage structure. In the first stage, the solar panel voltage is increased to the inverter DC bus voltage by a DC/DC converter. In the second stage, an inverter works in connection with the grid and transfers energy from the solar panel to the grid. Single-phase full-bridge inverter is selected as the inverter topology. The inverter is designed as 1500 VA. The switching frequency is 16 kHz. The full-bridge inverter is connected to the grid with an LCL filter. LCL filter has a 3rd order transfer function and when the resonance frequency is set correctly, the harmonics generated by the switching frequency can be filtered out easily. However, when the frequency response of the transfer function of the LCL filter is examined, it is seen that it peaks at the resonance frequency. Active and passive damping methods have been developed to reduce the gain at the resonant frequency. In passive damping methods, the peak is damped by adding a passive element to the LCL filter structure. Passive damping, which is made by adding resistance to the filter capacity is an easily applied method. The disadvantage of this method is that the capacitor current flowing through the resistor creates a loss. However, since the inverter is designed as low power in this thesis, the loss is less compared to the large power inverters. For this reason, damping with resistance is preferred. In most of the studies on the selection of the resonance frequency, it is suggested that it should be greater than 10 times the grid frequency and less than half of the switching frequency. LCL filter capacitor is selected so that the reactive power loss in the capacitor is not more than 5% of the inverter rated power. The inductance of the filter on the inverter side is selected according to the current ripple ratio. In the studies, it has been suggested to choose the ripple ratio between 20% and 40%. In this study, the ripple ratio was chosen as 20%. It has been suggested that the grid side inductance be the same as the inverter side inductance. In this study, it was chosen to be the same as the inverter side inductance. Grid-connected inverters, as power electronic devices, need to be designed in accordance with international standards. These standards have criteria for both the safety of the device and its operating performance. In this study, the operating performance of grid-connected inverters and the standards related to the grid are examined. The most common of these are IEEE Std 519™-2014 and IEC 61727:2004. The design has been made taking into account these standards. A synchronous reference signal must be given to the controller to work synchronously with the grid. Various methods have been developed for generating the synchronous reference signal such as Phase Locked Loop (PLL). When grid voltage is applied to the input of this control structure, a synchronous reference signal to the grid can be obtained at its output. This structure is usually shown in three parts. These are Phase Detector (PD), Loop Filter (LF), and Voltage Controlled Oscillator (VCO). PD structures with adaptive filters, which have better performance than others have been examined. Secondary Generalized Integrator (SOGI), which was obtained by making some changes in these structures, was examined and the SOGI-PLL structure was implemented. The Bode diagram and step response of the transfer function with variable coefficients are examined. Research and simulation studies have been carried out for the development of the inverter current controller. PI controller and PR controller are used as current controllers of grid-connected inverters. PR controllers are implemented in this thesis. It has been understood that this controller alone is not sufficient. Because grid harmonics and inverter-induced harmonics cause odd harmonics such as 3rd, 5th, 7th, and 9th harmonics. Resonant controllers parallel to the PR controller are used to compensate these harmonics. It has become compliant with standards at full load. In order to compensate the grid voltage harmonics, the grid voltage is added to the controller as a feed-forward path. Harmonic components originating from the grid are greatly attenuated. However, harmonics are still present at low loads. Repetitive controllers (RC) are added in parallel to the current error signal in the control structure, reducing the harmonics both at rated load and light loads. Although the dynamic performance of RC is slow compared to multi-resonance controllers, their steady-state performance is quite beneficial. Controllers with theoretical studies have been tested in a grid-connected inverter study with a simulation model. In the tests, the total harmonic distortion in the grid voltage is 3%, and the dead time of the PWM signals is set to 1.5 µs. When only PR controllers are used, the total harmonic distortion of the grid current at full load is 6.92%. This ratio decreased to 3.71% with multiple resonance controllers. As a result of grid voltage feed-forward, the harmonic distortion was 2.87%. The rate decreased to 1.53% when the repetitive controller was added. The results confirmed the theoretical work. The results were also confirmed by the experimental implementation. In the experiment, the total harmonic distortion was slightly higher with the effect of the disturbances that were not taken into account in the simulation. When only PR controllers are used, the total harmonic distortion of the grid current at full load is 9.84%. This ratio decreased to 6.11% with multiple resonance controllers. As a result of grid voltage feed-forward, the harmonic distortion was 3.93%. Results were similar to the simulation when the disturbances were taken into account. Theoretical studies for harmonic compensation of single-phase grid-connected inverter were verified on simulation and circuit, and the results were compared with each other. With the applied control methods, the total harmonic distortion of the grid current has been successfully reduced.
Compensation of dead time caused output voltage distortion in SPWM full bridge inverter

(Graduate School, 2022-01-18) Polat, Umutcan ; Yıldırım, Deniz ; 504181073 ; Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği

Nowadays, inverters have become an indispensable element for many application areas when industrial applications are examined. Inverters are widely used in battery systems, renewable energy systems, control of various electrical machines and power systems. Due to the fact that inverter is often used in industry, studies on inverters have increased recently and inverter technologies are developing gradually. Generally, single-phase or three-phase full bridge voltage source inverters are used in such applications and there are various modulation techniques such as sinusoidal pulse width modulation technique, space vector pulse width modulation technique and etc. to provide voltage and frequency control of these inverters. These various techniques have been developed to minimize switching losses and reduce harmonics in output current and voltage. In real applications, power switches used in power electronics circuits are not ideal. These power switches have turn-on and turn-off time in switching characteristic. Because of this reason, the simultaneous conduction of switches on the same leg causes short circuit in inverter circuit. This situation is undesirable. In order to prevent synchronous conduction of both switches of the same leg at the same time, time delay is inserted to the driving signal of these switches.This time is called as dead time. Although dead time/blanking time has to be used in this circuits as mentioned above, the dead time has a very negative effects in terms of distortion of output waveforms. These problems are distorion of the output voltage and current waveform to contain a significant number of harmonic components at low voltage and high switching frequency. During the dead time, distortion of the voltage and current waveforms can be seen clearly at zero crossings of the current. In literature, this situation is called as zero-current-clamping phenomenon. This effect becomes greater as the switching frequency increases. In order to eliminate or reduce these effects, several approaches have been proposed. These methods can be listed as dead time compensation methods, dead time elimination methods, dead time minimization methods. It is seen that it is necessary to use dead time compensation methods since it is desired that the output voltage of the inverters is close to the sinus form and thus the total harmonic distortion is be reduced to a minimum. In order to provide this, these compensation methods are gradually developed. In this thesis context, time compensation method, which is one of the dead time compensation methods, is used. The turn-on or turn-off time of the power devices are adjusted by changing pulse-width in this method. Pulse-width is increased or decreased at zero crossings of the current. Thus, THD value of output waveforms is decreased by using this method. In this thesis, both simulation and implementation of a voltage source single-phase inverter have been carried out and the sinusoidal pulse width modulation method (SPWM) is used as modulation technique. Digital sinusoidal pulse width modulation is programmed with the help of STM32F407VG microcontroller of STM series. In addition, STM32CubeIDE is used as development tool. SPWM is produced by comparing the sine tables, which is produced by the microcontroller, with the microcontroller counter. This circuit is designed as open-loop system and the modulation index is initially set to a certain value both R and RL loads. While the input voltage of the designed circuit is 400 V, the output voltage is 220Vrms and the switching frequency is 20 kHz. The output power of the designed circuit is between 450 and 480 W at both R and RL loads. In addition, the dead time is 1 µs in all cases. In fixed dead time, output voltage and current for compensated and uncompensated states are obtained by simulation and implementation at R and RL loads. Due to the effect of dead time, harmonic distortions are observed on the output voltage and output current in uncompensated state. In order to minimize this effect, the time compensation method, which is one of the dead time compensation methods, is used within the scope of this thesis as mentioned above. Thus, the harmonic distortion is aimed to be reduced. According to simulation results, while the total harmonic distortion of output voltage is 5.34 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 3.15 at compensated state at R load. On the other hand, while the total harmonic distortion of output voltage is 5.42 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 3.71 at compensated state at RL load. According to experimental results, while the total harmonic distortion of output voltage is 5.89 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 3.86 at compensated state at R load. On the other hand, while the total harmonic distortion of output voltage is 6.02 at uncompensated state, total harmonic distortion of output voltage is 4.50 at compensated state at RL load. According to the results, It has been clearly seen that the applied time compensation method reduces the harmonic distortions on the output voltage caused by the dead time.
Çift darbe testi ile güç MOSFETlerinde, parazitik etki ve anahtarlama kayıplarının uygulamalı tespiti ve Monte Carlo yöntemi ile güvenilirlik analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2025-02-10) Öztürk, Abdulkerim ; Kocabaş, Derya Ahmet ; 504211048 ; Elektrik Mühendisligi

Günümüz dünyasında artan bilimsel gelişmelerle birlikte elektronik cihazlar daha küçük, daha hızlı ve daha verimli hale gelmiştir. Transistörler, modern elektronik ve teknoloji devriminin temel bileşenlerinden biridir ve sayısız uygulamanın merkezinde yer alır. Güç yönetimi ve kontrol sistemlerinde kullanılan transistörler, enerji verimliliğini artırarak endüstriyel cihazlardan yenilenebilir enerji sistemlerine kadar geniş bir yelpazede yaygın olarak kullanılır. Motor sürücülerin tasarımı sırasında göz önüne alınan ana kriterler verim, boyut ve maliyettir. Bunlar birçok parametreye bağlı olsa da çalışma sırasında açığa çıkan ısının ana kaynağı olan güç kayıplarının büyük bir kısmı yarı iletken anahtarlama elemanları tarafından oluşturulmaktadır. Bu elemanların doğru seçimi ve etkin kullanımı, sistemin genel performansını doğrudan etkiler. Ayrıca, soğutma sistemlerinin tasarımı ve yerleşimi de bu kayıpların yönetilmesinde kritik bir rol oynar. Yarı iletken malzemelerin termal özellikleri ve anahtarlama hızları, sürücülerin verimliliğini belirleyen önemli faktörlerdir. Yüksek verimli güç dönüştürücüleri ve eviricilerde, MOSFET ve IGBT gibi transistör türleri, yüksek anahtarlama hızları ve düşük kayıpları ile öne çıkar. İletim ve anahtarlama sırasında güç kayıpları nedeniyle ısı açığa çıkar. Bu kayıpların büyük bir kısmı, transistörlerin anahtarlama sırasında sergilediği davranışlardan kaynaklanır. Güç kayıplarını en aza indirmek ve ideal tasarımı oluşturmak için kayıpların tasarım aşamasında öngörülmesi ve hesaplanması büyük önem taşır. Bu çalışmada, ilk olarak MOSFET'lerin yapısı ve çalışma prensipleri incelenmiştir. Ardından dinamik karakteristikleri ve seçim kriterleri ele alınmıştır. Güç MOSFET'lerinde iletim direnci, yükselme zamanı, düşme zamanı ve kapasitelerin etkisini görmek için birbirine yakın değerlerde iki MOSFET, çift darbe testi ile incelenmiş ve deneysel sonuçlar, benzetim ile hesaplama sonuçlarıyla desteklenmiştir. Bütün sonuçların birbirine paralel olarak gösterdiği IAUS260N10S5N019T seri numaralı MOSFET'in belirtilen koşullarda daha verimli olduğudur. Ardından MOSFET'lerin güvenilirliğini değerlendirmek için Monte Carlo analizi ve en kötü durum analizi yöntemleri kullanılmıştır. Monte Carlo analizi ile sıcaklık, besleme gerilimi ve üretim toleransları gibi parametreler, belirlenen aralıklar içinde rastgele değişim göstererek olası sonuçların istatistiksel dağılımı elde edilir. Bu sayede, MOSFET'in gerçek dünya koşullarında performansındaki olası sapmalar ve arıza olasılığı öngörülür. Bu sayede, cihazın güvenli çalışma sınırları belirlenmiştir. Bu iki yöntemin bir arada kullanılmasıyla, MOSFET tasarımlarının güvenilirliği artırılarak elektronik sistemlerin kararlılığı ve performansı en üst düzeye çıkarılmıştır. Paralel MOSFET'lerin akım dağılımını incelemek için, ilk olarak birbirine dört paralel kol bulunan ve her kolda iki seri bağlı MOSFET'in ve sürücü kartının şema ve devre baskı kartı tasarımı yapılmıştır. Tasarım sırasında dikkat edilmesi gereken noktalara değinilmiştir. Yol kalınlıkları belirtilen 22 kW güç seviyesi için hesaplanmış ve sıcaklık artışı dikkate alınmıştır. Anahtarın iç yapısından kaynaklanan doğal parazitik etkiler olduğu gibi devre yapısından eklenen parazitik etkiler de mevcuttur. Bu tez çalışmasında, devre ile ilgili olan, yani MOSFET kaynak bağlantılarına ait parazitik etkiler, MOSFET'ler arası kaçak endüktanslar ve anahtarlama döngüsü kaçak endüktansı incelenmiş ve akım bağlanma etkisi olup olmama durumuna göre matrisler çıkartılmıştır. Benzetim ve test sonuçları, akım dağılımının nasıl gerçekleştiğini ve parazitik etkilerin bu dağılıma olan etkisini göstermiştir. Farklı kapı dirençleri ve sönümleyici kapasitelerle yapılan karşılaştırmalar sonucunda hangi değerlerin kullanılacağına karar verilmiştir. 14,7 Ω kapı direnci, kayıpların en uygun düzeyde olduğu ve tepe değerlerini de aynı şekilde dengeli bir hale getirdiği için, 50 nF sönümleyici kapasite kayıpların artmasını kapı direncine göre daha az etkilediği için yüksek seçilmiş, bu sayede gerilim dalgalanmaları ve ani gerilim değişimi (dv/dt) azaltıldığı için seçilmiştir. Sonuçların yorumlanması bölümünde, elde edilen veriler ışığında akım dağılımının iyileştirilmesi için öneriler sunulmuştur. Bu çalışmalar, paralel MOSFET'lerin daha verimli ve güvenilir bir şekilde kullanılmasına katkı sağlamaktadır.
Çok kaynaklı mikroşebekelerde aşırı akım koruma rölesi performans analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2024-02-06) Yıldırım, Habip ; Usta, Ömer ; 504201029 ; Elektrik Mühendisliği

Mikroşebekeler, elektrik üretiminin, dağıtımının ve tüketiminin bir arada yapıldığı ve gelecekteki enerji sistemlerinin önemli bir parçasını oluşturacak akıllı şebekelerdir. Çevreyi koruma bilincinin gelişmesi, yenilenebilir enerji kaynaklarına ulaşmanın kolaylaşması ve ucuzlaması, enerji verimliliğini yükseltme hedefi ve güç elektroniği/ otomasyon sistemlerinin gelişmesi mikroşebeke konseptinin yaygınlaşmasında etkili olmaktadır. Mikroşebekeler klasik dağıtım şebekelerine kıyasla bazı önemli avantajlara sahiptir. Klasik dağıtım şebekelerinde enerjinin farklı gerilim seviyelerine dönüştürülmesi ve iletimi sırasında meydana gelen kayıpların olmaması, çevreye verilen zararın çok düşük seviyelerde olması, erişimin çok zor olduğu bölgelerde klasik dağıtım şebekesine göre daha düşük yatırım maliyetiyle kurulabilmeleri ve enerji güvenilirligini yüksek oranda sağlayabilmeleri bu avantajlardan bazılarıdır. Büyük avantajlarına rağmen mikroşebekeler üstesinden gelinmesi gereken bazı dezavantajlara da sahiptir. Klasik dağıtım şebekelerinde yüklere doğru tek yönde gerçekleşen enerji akışı, mikroşebekelerde yer alan dağıtık üretim kaynaklarının entegrasyonuyla artık şebekeye doğru da gerçekleşerek iki yönlü olacaktır. Bu durum koruma sistemlerinin ve koordinasyonunun yeniden yapılandırılmasını gerektirmektedir. Dağıtık üretim kaynaklarının arıza akımlarına farklı seviyede verdikleri tepki de mikroşebekelerin korunması noktasında göz önünde bulundurulması gereken diğer bir husustur. Bunlara ek olarak mikroşebekenin ana şebekeden plansız şekilde ayrılarak ada modunda çalışma durumu koruma sistemleri tasarlanırken değerlendirilmesi gereken bir senaryodur. Bu şekildeki bir plansız adalanmada mikroşebekedeki dağıtık üretim kaynakları, gerilim ve frekans kararlılığını kaybederek hem yüklerin hem de personel ve ekipmanların zarar görmesine neden olabilir. Mikroşebekelerde koruma sistemleri tasarlanırken yukarıda bahsedilen unsurlar da göz önünde bulundurularak kapsamlı bir koruma sistemi uygulanmalıdır. Uygulanabilecek koruma yontemleri ile ilgili literatürde farklı yaklaşımlar mevcuttur. Bu yaklaşımlardan biri ve en yaygın olanı aşırı akım korumasıdır. Aşırı akım koruması klasik dağıtım şebekelerinde etkili ve yeterli olabilirken mikroşebekelerdeki performansını çok yönlü ortaya koyabilmek için bu çalışma yapılmıştır. Aşırı akım koruması, anlık akım değerinin önceden belirlenen bir sınır değeri ile karşılaştırılması prensibine dayanır. Aşırı akım koruması, aşırı akım röleleri ile sağlanır. Aşırı akım röleleri açma karakteristiklerine göre 3'e ayrılmaktadır. Bunlar ani zamanlı, sabit zamanlı ve ters zamanlı aşırı akım röleleridir. Ani zamanlı aşırı akım röleleri, anlık akım değerinin önceden belirlenen sınır değeri aşması halinde herhangi bir zaman gecikmesi olmadan ani olarak açma yaparlar. Sabit zamanlı aşırı akım röleleri ise anlık akım değerinin önceden belirlenen değeri aşması halinde yine önceden belirlenen süre sonunda açma yaparlar. Bu röleler genellikle yedek koruma kapsamında uygulanırlar. Ters zamanlı aşırı akım rölelerinde ise rölenin açma zamanı aşırı akımın büyüklüğü ile ters orantılıdır. Aşırı akımın büyüklüğü arttıkça rölenin açma süresi azalmaktadır. Bu röleler genellikle belli bir koruma koordinasyonunun uygulandığı sistemlerde kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında kullanılan aşırı akım röleleri ters zamanlı karakteristiğe sahiptir. Bu röleler için belirlenmesi gereken iki önemli parametre vardır. Bunlardan biri aşırı akım set değeri ve zaman ayar çarpanı (TMS)'dir. Aşırı akım korumasının performans analizini gerçekleştirmek amacıyla; ana şebekenin yanında güneş enerjisi santrali, akü depolama sistemi ve dizel jeneratörün bulunduğu bir mikroşebeke tasarlanmıştır. Tasarım Matlab/Simulink ortamında yapılmıştır. Ana şebeke mikroşebekeye 34.5/0.4 kV dönüştürme oranına sahip 1.6 MVA gücündeki transformatör ile bağlanmıştır. Güneş enerjisi santrali 100 kW gücünde olup Gerilim Kaynaklı Dönüştürücü (GKD) ve 0.26/ 0.4 kV dönüştürme oranına sahip transformatör ile mikroşebekeye bağlanmıştır. Akü depolama sistemi 100 kW gücünde olup Nötr Nokta Kenetlemeli Dönüştürücü (NNKD) ve 0.26/ 0.4 kV dönüştürme oranına sahip transformatör ile mikroşebekeye bağlanmıştır. Dizel jeneratör ise 1 MVA gücünde olup direkt 400V çıkışlıdır. Tasarlanan mikroşebekede koruma performansını analiz edebilmek için belirli senaryolar altında bütün baralarda ve bütün hatlarda faz- toprak ve üç faz arızaları gerçekleştirilerek rölelerin tepkileri kaydedilmiştir. Ana şebekeye paralel çalışma için oluşan koruma performansına göre faz- toprak arızalarında çoğunlukla başarılı bir koruma sağlandığı söylenebilir. Faz- toprak arızaları için bu senaryoda toplam 27 başarılı açma yapılması beklenirken 24 başarılı açma gerçekleşmiştir.
Çok yüzeyli süperiletken ve halbach dizilimli sürekli mıknatıslardan oluşan süperiletken manyetik kaldırma sisteminin donmuş görüntü modeli ile analizi

(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022) Reisoğlu, Ahmet Furkan ; Cansız, Ahmet ; 706975 ; Elektrik Mühendisliği Bilim Dalı

Yüksek sıcaklık süperiletkenleri tarafından sağlanan kaldırma kuvveti, araç uygulamaları için sınırlıdır. Süperiletken malzemelerin özellikleri sürekli olarak geliştirilmiş olsa bile, süperiletkenler ile manyetik kaldırma ve kılavuz sistemleri için verimli tasarım mekanizmaları bulmak oldukça zordur. Son on yılda yapılan çalışmalar çok yüzeyli süperiletken ve sürekli mıknatıs bileşenlerini optimum konfigürasyonlarda birleştirmenin kaldırma kuvvetlerini önemli ölçüde etkilediğini göstermiştir. Bu bağlamda, çok yüzeyli süperiletkenlerle etkileşime giren Halbach dizilimli sürekli mıknatıslar en çok kullanılan yöntemlerden biri haline gelmiştir. Bu tezde, çoklu süperiletken ve Halbach dizilimli sürekli mıknatıslar kullanılarak farklı konfigürasyonlar için araç gövdesi kaldırma sistemi oluşturulmuştur. Konfigürasyonlar üç şekilde ele alınmıştır. Konfigürasyon 1'deki kaldırma sistemi bir mıknatıs ve bir süperiletkenden oluşmaktadır. Konfigürasyon 2'deki kaldırma sistemi Halbach dizilimli üç mıknatıs ve bir süperiletkenden oluşmaktadır. Konfigürasyon 3'deki kaldırma sistemi Halbach dizilimli üç mıknatıs ve üç süperiletkenden oluşmaktadır. Bu tezde söz konusu konfigürasyonlar inşa edildikten sonra havaya kaldırma ve kılavuz (yatay) kuvvetleri değişik süperiletken soğutma işlemlerine göre deneysel olarak ölçülmüş ve elde edilen sonuçların analizi donmuş görüntü modeli ile gerçekleştirilmiştir. Kaldırma kuvvetinin artırılması, kılavuz ve araç gövdesi arasındaki kuvvet etkileşimlerine göre yukarıda anlatılan üç konfigürasyon için incelenmiştir. Mevcut konfigürasyonlar için düşey ve kılavuz kuvvetleri, manyetik dipol yaklaşımı ve donmuş görüntü modeli kullanılarak alanlı soğutma ve sıfır alan soğutma koşullarına göre hesaplanmıştır. Öngörülen kuvvet hesaplamaları, belirli ölçüm mesafeleri için analiz edilmiştir. Bu çalışma vasıtasıyla manyetik kuvvet ile hareket eden araç sistemlerinde sürekli mıknatıs ve yüksek sıcaklık süperiletkenlerin sayısı ve dizilimlerinin kılavuz ve kaldırma kuvvetleri üzerinde belirli bir miktarda kazanç elde edilebileceği görülmüştür.
Dağıtım şebekelerinde aşırı akım rölesi ile adaptif koruma

(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-07) Var, Hakan ; Türkay, Belgin ; 637246 ; Elektrik Mühendisliği Anabilim Dalı

Çevreyi koruma bilincinin artması, yenilenebilir enerji kaynaklarına ulaşımın kolaylaşması, elektrik fiyatlarının artması bireyleri ve şirketleri kendi enerjisini üretmek istemesidir. Tüm bu etkenler mikro şebekelerin kurulumunu ortaya çıkarmıştır. Mikro şebekeler bölgesel olarak içerdikleri enerji kaynakları ile bölgedeki yükleri beslerler. Bu enerji kaynakları biyogaz, mikro hidroelektrik, güneş santrali, rüzgâr türbinleri, gaz türbinleri, batarya teknolojisi, jeotermal enerji gibi birimlerden oluşmaktadır. Mikro şebeke teknolojisi, mikro şebeke otomasyonu sayesinde ana şebekeye bağlı veya temel şebekeden bağımsız olarak çalışabilmektedirler. Mikro şebekeler arz/talep dengesi gözetiminde temel şebekeye enerji verebilir ya da ana şebekeden enerji alabilmektedir. Ayrıca bir arıza durumunda temel şebeke bağlantısı kesilerek frekans ve gerilim değişimlerinin önüne geçilebilmektedir. Mikro şebekeler hava koşullarından etkilenen rüzgâr türbinleri, güneş santralleri gibi yenilenebilir enerji kaynaklarına sahip olduğundan ve hem temel şebekeye bağlı hem de güç adası biçiminde çalıştırdıklarından dolayı değişken güç akışına sahiptir. Bu durum mikro şebekelerin kontrolü ve korumasını zorlaştırmaktadır. Geleneksel aşırı akım röleleri birçok sistemi başarıyla koruyabilmektedir. Akım genliği arızanın tespiti için akım yön bilgisi ise arızanın koruma bölgesinde olup olmadığını tespit etmek için kullanılır. Sistemdeki ardışık rölelerin koordinasyonu için röleler arasında zaman aralıkları olmalıdır. Bu zaman aralıkları röle ayar parametrelerinden röle ayarında izin verilen maksimum akım (Is) ve zaman ayar çarpanı (TMS) değerlerine bağlıdır. Bu röleler merkezle ve birbirleri ile haberleşmedikleri için Is ve TMS değerlerini tekrar değiştirmek için manuel bir işlem yapmak gerekir. Özellikle mikro şebekelerin bulunduğu sistemlerde görülen şebeke yük akışının değerinin ve yönünün değiştiği durumda geleneksel rölelerin kullanımı güçleşmektedir. Geleneksel aşırı akım rölelerinin aksine, adaptif aşırı akım röleleri şebekedeki akım bilgileri ve kesici durumlarını kontrol eder. Herhangi bir değişiklik saptanmış ise röle parametreleri olan Is ve TMS değerlerini tekrar hesaplayarak yeni değerlere göre devreye girer. Bu durum yük akışının sıklıkla değiştiği sistemlerde adaptif aşırı akım rölelerinin kullanımının avantajını ortaya çıkarmaktadır. Adaptif aşırı akım rölesinin parametrelerinin değişime bağlı olarak ayarlanabilmesi için rölelerin bir ana merkezle haberleşmesi gerekmektedir. Yeni güç akış değerlerine entegre olması için bu haberleşmenin hızlı ve güvenilir olması gerekmektedir. Haberleşme hattının da olduğu bir otomasyon sistemi kurulduktan sonra adaptif aşırı akım rölesiyle sistemi koruma daha güvenilir, hızlı ve kolay olmaktadır. Geleneksel yöntem ile koruma ve adaptif koruma arasında karşılaştırma yapabilmek için örnek bir mikro şebeke sistemi modellenmiş ve her iki koruma modeli bu şebeke sistemine uygulanmıştır. Modellenen mikro şebeke hem ana şebekeye bağlı hem de ada durumunda çalışabilmektedir.
Deep convolutional neural network based broken magnet detection of PMSM using finite element analysis

(Graduate School, 2023-02-13) Matanagh, Amin Ghafouri ; Öztürk, Salih Barış ; 504191006 ; Electrical Engineering

Electrical machines are used more frequently, which raises the need for good validity and safety. Unanticipated failures of these devices, especially in mission-critical applications, can result in irreparable system failures. These failures in electrical machines could have dangerous effects on human life in medical robotics, aerospace, and the military. Adding additional modules to complex applications results in high cost, volume, and complexity. Artificial Intelligence (AI), Machine Learning (ML), and Deep Learning (DL) technologies are essential for continuously monitoring system performance and running tests on machines regularly to anticipate and prevent potential failures that could cause harm to the system or people. PMSMs are becoming increasingly popular for a variety of applications due to their ability to operate at both high and low speeds, their improved power density, their low rotor inertia which makes them easy to control, and their availability in different packages and sizes. These motors are being used in electric vehicles. In general, three types of electrical, mechanical, and magnetic faults can be classified according to the nature of the faults in motors. The class of electrical faults includes incorrect connection of the motor windings, grounding errors, short circuits of the stator phases, and open circuits of the entire phases. In contrast, mechanical faults such as shaft bending, bolt loss, bearing faults, and air gap eccentricity are all grouped together. In addition, excessive heat, imbalanced stator current, and fluctuating short-circuit currents can lead to the weakening of magnets, a type of magnetic malfunction. Different parameters of PMSM are thoroughly studied to understand electrical and mechanical faults. In this thesis, broken magnet faults and their corresponding reflectance on the variables of PMSM motors are investigated. The 3D simulation of the finite element machine approach is carried out for different shapes of cracks, and as a result, several characteristics are analyzed compared to the other variables. The winding current shows a significant difference by implementing various damages. In this research, the deep convolutional neural network (DCNN) was performed for broken magnet detection and classification in PMSM by using the data set obtained from simulation current curves. Ansys Electronics and Phyton design, implement cracks, train, validate, and test DCNN in PMSM motors. In this study, we have measured precision, recall, loss and calculated training and validation accuracies in prediction. As a result, 99.8% training accuracy and 98.9% validation accuracy were achieved with the DCNN model based on winding current data sets. Subsequently, the study proposed the integration of the best-performing DCNN models in the crack detection of PMSM motors.
Deep learning for wind energy systems using the hurst exponent and statistical parameters

(Graduate School, 2021-08-14) Alafi, Behnaz ; Şeker, Şahin Serhat ; 504181008 ; Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği

As we all know, energy demand is continuously increasing because of population growth and developing technology. As a result of this increasing demand, energy shortages and environmental pollution will occur. Besides, because of the growing crisis and other critical issues around energy, renewable energy is taking countries' attention and becoming important in various parts of the entire world. Wind energy, solar power, tidal energy, geothermal energy, etc. as renewable energy sources have been used to solve these issues. Among these alternative sources of energy, wind and solar energy have got the most attention recently. Since wind power has less pollution, shorter construction time, less occupation, and flexible investment, it has become one of the most effective sources of energy. And in this study, the information is about wind data. But the wind is unstable and mainly affected by meteorological and navigational conditions and the principle for its implementation changes from one place to another. These changes in the meteorological measurement cause uncertainty in wind farms' generated power that affects power supply and quality. Also, because it is impossible to generate every power amount by wind energy or store electrical energy, there is a limitation on the amount of output power. Therefore, An accurate prediction can cause the cost of power generation reduction, less winding reserve capacity of the grid, and more reliable operation of the grid. Because of aforesaid reasons, prediction in wind energy systems is a very important issue. Nowadays, deep neural networks have been considering for prediction problems. In this study, the convolutional neural network(CNN) as a deep neural network is used to do predictions in wind energy systems based on meteorological data of one station. Since the Hurst exponent H is used to determine the predictability degree of a set of data, it gives some information about data that is useful in developing predictive models both theoretical and computational in nature. We first aim to apply the Hurst exponent method on wind energy data and then execute a deep neural network on data to tarin data through that deep neural network. Work steps: this literature study on the yearly meteorological features of one station applies deep learning methods to it. First of all, we gathered reported data for wind speed, air pressure, and relative humidity as the inputs of one deep neural network to train that network for predicting wind speed data. Since the power of one turbine is related to wind speed value, studying the wind speed behavior of one location leads to the study of the power capacity of that location. Before training a neural network, it is better to study the behavior of wind speed and find its statistical model and predictability degree, so before entering meteorological data into a deep neural network we studied statistical parameters of wind speed and find the probability density of it and then we found Hurst exponent, as the factor for predictability degree, and, then, all data is entered to one CNN to tarin that network and predict wind speed data.
Deep neural network-based stealthy false data injection attack detection on der integrated systems

(Graduate School, 2023-06-15) Gürkan, Can ; Genç, İstemihan V. M. ; 504191063 ; Electrical Engineering

The world's rapidly growing population has led to an increase in demand for consumption, which in turn requires an energy production system that is both economically feasible and environmentally sustainable. To meet these requirements, renewable energy resources (RES) such as wind, solar, and thermal energy have been utilized to improve energy efficiency, while also adhering to stringent carbon emission regulations. By using these clean and renewable energy sources, we can achieve a more sustainable and environmentally friendly energy production system for the future. The shift towards more sustainable grid structures has resulted in a greater adoption of distributed energy resources (DERs) which allows for the generation and distribution of energy from multiple small-scale sources, rather than relying on a few large power plants. By deploying distributed energy resources (DERs) in close to consumers, we can strategically leverage on-site generation and reduce utility costs, as it eliminates the need for significant investments in expanding the power system network. This approach allows energy to be generated and consumed locally, reducing transmission losses and enabling greater control and flexibility over energy production and consumption. Consequently, DERs can offer a more cost-effective and efficient solution for meeting energy demands while also helping to reduce greenhouse gas emissions. Because the demand for energy to growing and power system topologies and strategies rapidly evolving, traditional power systems have become inadequate in meeting the modern society's energy requirements from multiple perspectives. Conventional power networks are designed for unidirectional power flow. Conventional power networks are designed for unidirectional power flow. Additionally, traditional power networks lack the flexibility, resilience, and monitoring and control capabilities needed to effectively manage the modern energy demands. Consequently, to meet the needs of society, smart grids have replaced conventional grids. The smart grid is a complex cyber-physical system that relies on modern information and communication technologies (ICT), advanced control systems, and the electrical grid. This system is composed of two fundamental layers: the cyber layer and the physical layer. The cyber layer includes various communication, information, and control systems that enable the smart grid to collect and analyze data, monitor performance, and facilitate decision-making. The physical layer of the smart grid consists of the electrical infrastructure that provides power to homes, businesses, and industries. This layer includes transmission and distribution lines, transformers, generators, and other equipment that are crucial for the distribution and management of electricity. Smart Grids are equipped with Remote Terminal Units (RTUs), that collects and transmits field data such as smart meters and sensors to monitor the system and retrieve data, for instance active and reactive powers flows on branches and voltages and voltage angles of buses, using ICT. Along with the benefits of smart grid structure and ICT, it may also cause issues on the grid such as cyber security and system security. Smart electrical power systems are encountered with new challenges: cyber security of the smart grids. State estimation is a critical process that ensures the secure and reliable operation of power systems by determining the system's operating state based on available measurements. However, recent research has shown that this process can be susceptible to False Data Injection Attacks (FDIAs), where attack vectors are injected into compromised measurements to bypass bad data detection methods. With the increasing penetration of distributed energy resources (DERs), the traditional state estimation process has become more vulnerable to cyber-attacks, exacerbating the risk of successful FDIAs. In this thesis, we first identify the available measurements and perform state estimation based on the identified measurements. We assume that an attacker targeting the grid compromises the system and gains access to the measurements and data used in state estimation. We also assume that the compromised data is used to launch a False Data Injection Attack (FDIA) on the measurements of the power system. In this thesis, Deep Learning-based method for detecting cyber-attacks in power systems with a high penetration rate of DERs is examined. The proposed method aims to detect anomalies in measurements, that are used in state estimation, with high detection rate. The proposed approach is evaluated implementing historical hourly load data from the New York Independent System Operator (NYISO) to three IEEE systems; 14 Bus, 30 Bus and 57 Bus. To test the effectiveness of the proposed method, four different system configurations with varying levels of DER penetration were used. To reflect the real-life conditions to the work, proposed method's performance also examined under different noise levels. Proposed Deep Learning-based method's performance is compared with widely-used classification algorithms, k-Nearest Neighbor (KNN) and Logistic Regression (LR). The results of the study indicates that LR had a higher attack detection rate than k-NN at low noise levels in the IEEE 14 Bus system. However, it was observed that the Deep Learning-based Deep Neural Networks (DNNs) was more accurate than both algorithms at both high and low noise levels. In the 30 Bus system, which has medium complexity among the introduced systems, it was observed that the k-NN algorithm detected more attacks than the LR algorithm at both low and high noise levels. Similar to the 14 Bus system, it was also observed that the DNN algorithm had a higher ability to detect attacks than both classification algorithms. DNN algorithm performed the highest attack detection ability at different noise levels in 57 Bus system. However, it was observed that the attack detection rate dropped to as low as 90% at high noise levels. The studies have shown that DNNs perform well even in the presence of noisy measurements against False Data Injection Attacks. Although the results are satisfactory, it is possible to achieve higher attack detection rates and performances by using configurations that include different hidden layers, optimizers, loss functions, or completely different algorithms.
Deep unfolding for clutter removal in ground penetrating radar /

(Graduate School, 2023) Özgül, Samet ; Erer, Işın ; 807236 ; Satellite Communication and Remote Sensing Programme

Ground Penetrating Radar (GPR) is commonly used for identifying subterranean items, particularly plastic landmines that have a small amount of metal, cavities and pipelines. Nevertheless, reflections emanating from subterranean targets are considerably impacted by the mess created by the direct connection between the antennas used for transmitting and receiving signals, reflections originating from the surface of the soil, and the scattering effect caused by objects other than mines, such as roots, gravel, or uneven terrain. The clutter is preventing to detect targets and decreases the performance of detection algorithms since it is dominating targets' reflections. For this reason, the clutter removal of GPR images plays a critical role to detect clearly underground objects. For decades, lots of methods are proposed for clutter removal from GPR images. The subspace decomposition techniques such as Principal Component Analysis (PCA), Independent Component Analysis (ICA), and Singular Value Decomposition (SVD) can be used to decompose GPR images into distinct components corresponding to the clutter and the target based on their strength differences. Non-negative matrix factorization (NMF) can be applied to GPR images to extract meaningful features and reduce the dimensionality of the data. Robust PCA (RPCA) decomposes a matrix to low-rank and sparse components. Due to high computational cost SVD operation in each iteration to solve non-convex minimizing operation that increases run-time. Several efforts have been made to accelerate the process of SVD operations in field studies suchs as Go-Decomposition (GoDec) which uses bilateral random projections (BRP) to directly obtain the low-rank component. Also robust NMF (RNMF) has been proposed, which includes a sparse component in the NMF decomposition. Deep learning methods are used in GPR imaging detection target and clutter removal tasks. The Robust AutoEncoder (RAE) is unsupervised deep learning method that can serve as a viable alternative to RPCA when it comes to decomposing a matrix into low-rank and sparse components. RAE employs the l_1-norm to break down a sparse matrix, much like RPCA does. The following traditional methods have been proposed to reduce the high computational cost and working time: Learned Robust Principal Component Analysis (LRPCA), Convolutional Robust Principal Component Analysis (CORONA), and Go-Decomposition Network (GODEC). These proposed methods are referred to as Deep Unfolding Networks (DUN) algorithms. In general, DUN algorithms convert each iteration of iterative methods into a deep learning layer in order to reduce the aforementioned computational cost and working time. LRPCA expands the concept of deep unfolding from a limited number of iterations to an infinite number of iterations by utilizing a unique feedforward-recurrent-mixed neural network model. This approach allows LRPCA to improve the runtime performance during the testing phase compared to traditional methods, while also enabling the learnability of hyperparameters. On the other hand, CORONA is recognized for its fast algorithm, but its computational intensity is amplified due to the utilization of SVD in each iteration. However, a newly proposed method called GODEC-Net addresses this issue by employing BRP instead of SVD at each iteration. As a result, this modification significantly enhances the speed of regular operations for CORONA. In this thesis study, a dataset is created using GPR images obtained from real-world conditions. The dataset is divided into two parts: training and testing. In order to train the DUN algorithms, the training dataset included not only raw data from GPR images but also separate images for target and clutter. To achieve this, the training dataset is initially decomposed into its components using RPCA. The proposed algorithms are compared visually and numerically with SVD, RPCA, RNMF, GoDec, and RAE. According to the obtained results, our proposed algorithms yielded similar results to other methods and, in some scenarios, are observed to perform better in clutter removal. LRPCA, although faster in terms of processing speed compared to CORONA and GODEC-Net, it has been demonstrated that CORONA and GODEC-Net perform better in clutter removal. The aim of the thesis is to remove clutter in GPR images using deep unfolding networks, instead of computationally expensive and time-consuming algorithms. By doing so, it becomes more flexible to learn the iterative algorithm parameters that vary from one application to another using the proposed algorithms. This enables the realization of clutter removal in real-world applications.

Gözat

Başlık ile LEE- Elektrik Mühendisliği-Yüksek Lisans'a göz atma

Sayfa başına sonuç

Sıralama Seçenekleri