LEE- Elektrik Mühendisliği-Yüksek Lisans
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Başlık ile LEE- Elektrik Mühendisliği-Yüksek Lisans'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
Öge1,5kW 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 MühendisliğiDünyada 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.
-
Öge36 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 MühendisliğiSon 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.
-
ÖgeA peak current controlled dimmable sepic led driver with low flicker(Graduate School, 2022-01-18) Örüklü, Kerim ; Yıldırım, Deniz ; 504181056 ; Electrical Engineering ; Elektrik MühendisliğiNowadays, 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.
-
ÖgeAlçak gerilim sistemlerinde ark flaş analizi ve koruma(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-07-27) Damla, Gülşah ; Usta, Ömer ; 504181019 ; Elektrik MühendisliğiElektrik, 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.
-
ÖgeAn agent-based energy management approach for V2X-capable charger clusters(Graduate School, 2023-01-05) Akyün, Gülen ; Yılmaz, Murat ; 504191071 ; Electrical EngineeringTo 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.
-
ÖgeAsenkron 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 MühendisliğiGünümüzde; 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.
-
ÖgeCompensation 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 EngineeringAs 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.
-
ÖgeCompensation 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 MühendisliğiNowadays, 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.
-
ÖgeDağıtım şebekelerinde aşırı akım rölesi ile adaptif koruma(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2020-07) Var, Hakan ; Türkay, Belgin ; 637246 ; Elektrik Mühendisliği Anabilim DalıÇevreyi 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.
-
ÖgeDeep 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 EngineeringElectrical 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.
-
ÖgeDeep 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 MühendisliğiAs 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.
-
ÖgeDeep 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 EngineeringThe 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.
-
ÖgeDNS big data processing for detecting customersbehaviour of isp using an optimized apache spark cluster(Graduate School, 2022-02-03) Alkhanafseh, Yousef ; Akıncı, T. Çetin ; 504191100 ; Electrical EngineeringDuring the past few decades, technology fields, especially Internet of Things (IoTs),have surpassingly evolved which in turn have contributed to great proliferation of datasources. Unfortunately, at that time, the available data processing tools in terms of va-riety and advancement were insufficient to analyze that huge data in a reasonable time.They suffered from several problems such as slowness, lack of comprehensiveness,limit size of clusters, high expense. These problems have constituted major obstaclesfor the progress and achievement in Big data field. Therefore, data has been unemployedfor a while. However, when its enormous benefits such as making smart decisions,saving time and cost, monitoring servers, improving performance, minimizing hiddencorrelations, and providing high quality reports have been closely realized, process-ing big data started to be prevalent. When dealing with big data, the most famousquestion that can be asked is "how can big data analysis make the enterprise jobs andbusiness better?". Currently, huge amounts of structured and unstructured data-sets,called as big data, have started to be processed by different types of companies suchas telecommunications, software and hardware, marketplaces, social media and so on.The current advanced services, hardware, and software have played an important rolein promoting big data processing by making its analysis faster, easier and inexpensive.It is important to know the difference between big data and traditional data sources.The main difference between them can be clearly noticed in data size, types, frequency,capturing speed, and used processing tools. Despite the current advanced technolo-gies, processing ExaByte (EB) or even YottaByte (YB) of data in an efficient way thatincludes the optimal usage of used system by completely utilizing its precise features isstill a challenge and need an expert who has a good mathematical background, knowl-edge of statistics, and superior experience in this field. Based on that, this thesis aims toprovide a comprehensive approach of setting up a system that consists of three differentstages which are collecting, processing, and visualizing huge amount of DNS data,daily of 1.3 TB, using an optimized YARN-based Apache Spark cluster. The process isachieved in two different clusters in terms of their place of establishment. The first onewas established on cloud by using Amazon Web Services Elastic MapReduce (AWSEMR) and the other one was established on local machines using Apache Ambari.Nevertheless, in this project, just the cloud cluster was discussed and reported in detail.The main goal of the one who was on cloud is to determine the features of neededmachines for local cluster. Moreover, it adequately made the understanding of ApacheSpark various configurations easier by trying each one of them with different values.Additionally, different structures of Python codes, especially related to Pyspark, weretried in different ways in order to specify the most efficient one. Initially, the thesisstarts by stating an extensive introduction that takes into consideration different sub-jects such as big data concepts, properties, sources, importance, future, limitations,challenges, and processing tools. Moreover, the architecture of the used DNS servers was thoroughly explained by stating their general purpose and their working principle.Similarly, under the title of data collecting, the project's main big data, DNS, andthe other used data-sets, which are Call Detail Record (CDR), Customer RelationshipManagement (CRM), Carrier-grade Network Address Translation (CGNAT), and IP-Blocks, were distinctly clarified by representing a sample of each one in separate tables.All these data-sets are encrypted and only the concerned authorities can understandits content. Then, an additional data-set that was captured from internet websites wasintroduced by representing a sample of it. A web scraping method has been talkedabout as well. There were more than one thousand URLs which can be classified inalmost 31 categories including education, games, VPNs, Services, banks, economy,etc. After that, several services that are utilized to process the data such as ApacheSpark, Yet Another Resource Negotiator (YARN), Hadoop Distributed File System(HDFS), ZooKeeper, and Hive were briefly investigated by interpreting their impor-tance, working principle, architecture, and main configurations. Meticulously, ApacheSpark is the data processing engine in this project. On the other hand, HDFS and Hivewere used as general storages to save processed data-sets and metadata, respectively.Zookeeper is a service that is utilized in order to maintain centralized configuration in-formation and provide distributed synchronization. Other services such as AWS EMRand AWS s3 were also used in this project. AWS EMR is a platform that Apache Sparkclusters can be built on. AWS s3 is a cloud storage that was temporarily used for savingprocessed data-sets. Next, based on different factors, the differences between ApacheSpark APIs, which are Resilient Distributed Data-set (RDD), Dataframe, and Dataset,were concisely illustrated. Subsequently, a procedure of optimizing a YARN-basedApache Spark cluster was proposed by interpreting the used mathematical equationsand giving a detailed example of how to start the object of Apache spark in an optimalway. Both Apache Spark and YARN configurations that are related to applicationproperties, run-time environment and networking, shuffle behavior, compression andserialization, memory management, and execution behavior were extremely elaborated.Next, various experiments of processing data were done by using different cluster sizesthat started from small number of machines with a small amount of resources of RAMand vCores to huge ones with high number of machines and large amounts of RAM andvCores. These clusters were optimized based on the previously stated configurationsand the values that can be found on both Resourcemanager and Spark admin interfacewere exactly the same as the calculated ones that are related to the amount of RAM,number of vCores, number of containers, and parallel tasks which in turn confirms theefficient use of the available resources. As a result, about %95 of RAM and CPUs ofthe clusters were successfully utilized. On the other side, the results of the experimentswhich contain input data size, number of operations, execution time, and output datasize were efficiently reported. Based on these results, a local cluster that has the samefeatures of the most appropriate cluster that was obtained in the experiments, is locallyestablished. After that, the output DNS data was grouped based on specific schemaand saved in a compressed format which is Parquet that reduces the size of the dataapproximately four times. Then, it was transferred to an optimized Elasticsearch clusterwhich is established in order to make fast queries to the output data and visualize it byusing an interactive Kibana dashboard. The Elasticsearch cluster includes one masternode and two slave nodes. The indices of Elasticsearch were properly configured andsplit into small indices. Also, they were defined in a way that only uses needed featureswhich in turn leads to enhance and tune the work of disks. Captured visualizations have played a major role in determining useful information such as the situation of DNSservers, customers segmentations, distribution of DNS traffic across Turkey neighbor-hoods, types of customers, most visited categories, most used URLs, and suitable placesfor advertising. Eventually an application that is based on time siers forcasting wasmade. A sample of the output data was prepared to be used in a time series forecastingusing Facebook Prophet model which were selected after trying several models such asautoregression (AR), Seasonal Autoregressive Integrated Moving-Average (SARIMA)and Vector Autoregression (VAR). However, only a comparison between VAR andFbprophet is discussed in this project. The main target of this prediction is defining thedensity of the used DNS servers, giving information about missed data, and providingapproximate information about the future of servers. The models were evaluated bycomparing the test data-set with prediction one and calculating its mean absolute error.It was almost %2.49 for Fbprophet. In short, some of this thesis achievements can beconcluded as providing solid knowledge about cloud computing systems and big datadifferent processing tools, performing various experiments on different clusters withdifferent sizes and resources, establishing local cluster based on these experiments,transforming daily of 1.3 TB of raw data into meaningful information, and making asystem for processing new data continuously. Furthermore, these processed informa-tive DNS data is used in a wide range of fields such as congestion prediction for DNSservers, classifying customers, enhancing content delivery network of some specificwebsites, running successful market advertising campaigns.
-
ÖgeElektrikli araç şarj istasyonlarında sezgisel yöntemler kullanılarak talep cevabı tabanlı optimum enerji yönetimi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-01-19) Canol, Bilal ; Türkay, Belgin ; 504191012 ; Elektrik MühendisliğiGünümüzde elektrik enerjisi insanoğlunun günlük hayatının her aşamasında sürekli ve kesintisiz olarak kullandığı vazgeçilmez enerji kaynakları arasında bulunmaktadır. Hem dünyanın genel nüfus miktarındaki artışı hem de teknolojik gelişmelerin elektrik enerjisinin kullanımına daha sık yönelmesinden dolayı elektrik enerjisine olan talep son yüzyılda da olduğu gibi gün geçtikçe artış göstermektedir. Elektrik enerjisine olan talep miktarının artması Tellegen teoremine göre, elektrik enerjisinin üretimine olan ihtiyacında aynı oranda artış göstermesi gerektiğini belirtmektedir. Ülkelerin elektrik enerjisi üretiminin bir bölümünde ise ısıl değeri yüksek fosil yakıtlar temel hammadde olarak kullanılmaktadır. Fosil yakıt tüketimi ise sera gazı emisyonunu arttırmakta ve bununla birlikte küresel ısınma ve iklim değişikliğiyle sadece insan hayatını değil dünyadaki tüm canlıların yaşamını tehdit etmektedir. Fosil yakıt tüketimi sadece enerji üretiminde değil, ulaşım sektörünün de can damarını oluşturmaktadır. Petrol ve türevlerinin gelecekteki belirsiz krizlere yol açabilmesinin yanı sıra tükenebilir bir enerji kaynağı olması, karayolu taşımacılığını geleneksel içten yanmalı motorlu araçlardan farklı tipte araçlara yöneltmektedir. Hem bahsedilen bu sebeplerden dolayı hem de hava ve çevre kirliliği bakımından sera gazı emisyonları azaltmak için ulaşım sektöründe elektrikli araçların kullanımı sıklıkla teşvik edilmektedir. Son yıllarda elektrikli araç sayısındaki büyük miktardaki artış, farklı talep cevabı programlarını ve elektrikli araçların şarj yönetimi ile araştırmacıların odak noktası haline gelmiştir. Elektrikli araçlar, bulundurdukları bataryayla birlikte farklı güç aktarım tekniklerinin kullanılabildiği, yer değiştirebilen esnek yüklerdir. Bununla birlikte dağıtım sistemine bağlı çok sayıdaki elektrikli araç, güç sisteminde gerilim ve frekans dalgalanmaları, harmonik oluşumlar gibi farklı güç kalitesi sorunlarına ve arz-talep dengesinin bozulması ile yük profilinde puant güç talebinin artmasına neden olabilmektedir. Bu tez çalışmasında ise, elektrikli araç otoparklarında optimum şarj planlamasını hedefleyen, sezgisel algoritmalardan Genetik Algoritma (GA) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) tabanlı enerji yönetim modeli önerilmiştir. Önerilen yöntemler, puant yük sınırlamasını temel alarak güç profilinde yük faktörünün azami değere getirilmesini amaçlamaktadır. Elektrikli araçlar ve elektrikli araç şarj istasyonlarıyla ilgili matematiksel modelleme oluşturulmuş ve uygulamadaki kısıtlar ele alınmıştır. Ayrıca araçtan şebekeye enerji aktarımının (V2G) yanı sıra elektrikli araçların otoparka varış zamanı ve vardıkları andaki enerji durumları gibi belirsizlikleri de dikkate alan bir talep cevabı sistemi geliştirilmiştir. 5 farklı durum analizini içeren ilgili enerji yönetim sistemi, kullanılan algoritmalar ve analiz yöntemleri ise MATLAB ortamında gerçekleştirilmiştir. 5 farklı durum analizinin içerisinde çeşitli puant yük sınırlaması ile farklı miktarlarda V2G işlem gücünü içermektedir. Sonuçlar incelendiğinde önerilen enerji yönetim sisteminin kullanıldığı durum analizlerinde yük faktörü değerinin kayda değer miktarda yükseltilebildiği farkedilmiştir. Ayrıca önerilen yöntemlerde analiz sonuçları karşılaştırıldığında, GA ile elde edilen yük faktörü değerlerinin PSO'ya göre daha iyi olduğu görülmüştür.
-
ÖgeEsnek mimari yaklaşımı ile elektrikli araç güç treni tasarımına katkılar(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-07) Çetin, İlkan ; Kocabaş, Derya Ahmet ; 504171066 ; Elektrik MühendisliğiElektrikli araçlar, günümüz teknolojisinin ve otomotiv sektörünün çok önemli ve büyük bir parçası haline gelmektedir. Kullanıcıların yani biz insanların gözündeki değerleri, her geçen gün artmaktadır. Bunun olmasındaki en önemli nedenlerden bir tanesi, giderek kötüleşen çevresel problemlerdir. Çevresel problemlerin farkındalığı, insanları daha çevre dostu uygulamalara, yöntemlere ve seçeneklere itmektedir. Bu gibi sebeplerden ötürü elektrikli araçlar daha çok tercih edilir hale gelmektedir ve bu durum da elektrikli araçlar için olan beklentiyi çok yüksek seviyelere çıkarmaktadır. Artan beklentiler de insanları daha fazla çalışma, araştırma ve geliştirme yapmaya kanalize etmektedir. Özellikle seri üretim yapan büyük araç üretici firmaları, bu konu üzerine ciddi projeler ve çalışmalar gerçekleştirmektedirler. Elektrikli araçları, daha kolay ve basit bir şekilde üretilebilir hale getirmek, elektrikli araçların mimarisinde kullanılan bileşenleri daha ucuza mal etmek ve daha hızlı üretmek, bu gibi firmaların yaptıkları en önemli çalışmalar arasındadır. Güç treninde batarya, batarya yönetim sistemi, sürücü devre ve elektrik motoru kullanılırken araç için hesaplanan gücün hangi gerilimde taşınacağı sistem tasarımını doğrudan etkiler. Batarya çıkışından tekere kadar olan bileşenlerin batarya gerilimine göre ihtiyaç duyulan her güç seviyesi için farklılaşması tasarım maliyetlerini arttırır. Ürün ve güç yelpazesi geniş ticari araç üreticileri için tasarım sürecinin kısaltan ve üretim maliyetlerini düşüren ana bileşenleri değiştirmeksizin aradaki güç çeviricileri ile farklı gerilim seviyesindeki batarya ve elektrik motorunu birbirine bağlayan esnek mimari tasarım (modülarite) bu konuda olumlu katkı yapabilir. Modülarite (esnek mimari) ve ölçeklenebilirlik çalışmaları da tam olarak buradan ortaya çıkmıştır. Bu firmalar, modülarite ve ölçeklenebilirlik metodolojileri sayesinde elektrikli araçları daha basit ve daha az maliyetli bir şekilde üretebilir hale getirmektedirler. Zaten batarya komponentinin hammadde pahalılığı yüzünden fiyatları yüksek olan elektrikli araçlar, bu firmaların bu araçları daha basit ve daha az maliyetli bir şekilde üretebilmeleri sayesinde çevreci olmayan diğer araç seçenekleri ile piyasada mücadele edebilir hale gelebilmektedirler. Elektrikli araçların elektriksel mimari tasarımlarında ticari üreticilerin en az sayıda sistem bileşeni ile olabildiğince çok ticari ürün çeşitliliği sunabilme kabiliyeti olan modülariteyi ve ölçeklenebilirliği sağlamak için tercih edilebilecek yöntemlerden bir tanesi de güç aktarım organlarının arasına bir güç çeviricisi eklemek olabilir. Motor gücü, motor gerilimi ve buna bağlı olarak batarya gerilimi sistem verimliliği üzerinde birinci derecede etkili olan parametrelerdendir. Motor sürücü gerilimi ile batarya geriliminin uyumlandırılabilmesi için doğru akım anahtarlamalı güç çeviricileri kullanılabilir. Bu bahsedilen güç çeviricileri sayesinde motor sürücü gerilimi farklı gerilim değerlerine dönüştürülebilir. Bu sayede de aynı batarya komponenti ile farklı model ve farklı çalışma değerlerindeki motor sürücü ünitesi ve elektrik motoru sürülebilir. Bu tez çalışmasında elektrikli araç güç treninde farklı doğru akım bara gerilimi değerlerinde batarya, DA/DA çeviriciler, sürücü devre ve elektrik motoru bileşenlerinin birbirleri ile uyumlulaştırılarak aynı çıkış gücü için farklı bağlantı şekillerinde verimlilik karşılaştırması yapılmıştır. Böylelikle bir seferde tasarlanmış farklı çevirici ve sürücü bileşenleri ile farklı grupların birleştirilerek farklı işletme değerlerine sahip tasarımların modüler bir şekilde elde edilmesi hususunda bilimsel bir bakışı açısı ile karşılaştırmalı bir sonuç ortaya konmuştur. Modülaritenin sağlanması için araç mimarisine farklı bara gerilimlerinde ve çıkış gerilimi değerlerinde doğru akım çeviricileri eklenmesi irdelenmiştir. Bu doğru akım çeviricileri sayesinde batarya gerilimi ile doğru akım bara gerilimi arasında isteğe bağlı, değişken ve esnek bir mimari ile bir kontrol oluşturulmak istenmiştir. Bu devre yapısının ardından farklı besleme gerilimindeki elektrik motorlarının ara devreler kullanılarak işletme başarımlarının sürüş treni verimliliği üzerine etkisi tespit edilmiştir. Bu sebeple güç aktarım organlarıyla birlikte çalışabilecek yani mimaride kullanılabilecek doğru akım çeviricileri araştırılmıştır. Uygulamanın gereksinimlerine göre kullanılabilecek doğru akım çevirici topolojileri incelenmiştir. Mimaride bulunduğu konum ve bağlı olduğu komponentler sebebiyle bahsi geçen doğru akım çeviricisinin çift yönlü çalışması gerekmektedir. Çift yönlü çalışan bir doğru akım çeviricisi olmazsa elektrikli araçlar enerji geri kazanımlı frenleme ile geri kazanım sağlayamaz hale gelir. Bu nedenle çift yönlü çalışmaları çok önemlidir. Çift yönlü çalışan doğru akım çeviricileri aslında senkron anahtarlama yapılan doğru akım çeviricileri ile aynı şekilde çalışmaktadırlar. Yani doğru akım çeviricilerinde kullanılan serbest geçiş diyotları yerine başka bir anahtarlama elemanının kullanılması gerekmektedir. Bu durum aynı zamanda doğru akım çeviricisinin kayıplarını da azaltarak verimini arttıran bir modifikasyondur. Elektrik motorunun kullanımında performans kaybı yaşamamak için de bu doğru akım çeviricisinin elektrikli araç mimarisinin maksimum güç seviyesine uygun bir şekilde tasarlanması gerekmektedir. Olası topolojiler arasından uygun, amaca yönelik doğru akım çevirici topolojisi seçilmiş ve tasarlanmıştır. Sistem alt bileşenlerinin modellenmesi, analitik tasarımların sayısal doğrulaması ve tüm sistemlerin bütünleşik çalışması ve modellenmesi, kapalı çevrim kontrol işlemleri MATLAB/Simulink altında gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Doğru akım çeviricisinin tasarımı da benzetim çalışması da kapalı çevrim bir kontrol yöntemiyle yapılmıştır. PI kontrolcü kullanılmıştır. Kontroldeki odak noktası, bütün sistemdeki kayıpları olabildiğince azaltmaya çalışmak ve bütün sistemin verimini en yüksek değere getirmek olmuştur. Ayrıca elektrikli aracın mimarisinde bulunan her alt bileşen devresi, tek tek tasarlanmıştır. Kontrolü kolay ve elektrikli araçlarda çokça tercih edilen bir fırçasız doğru akım makinesi (BLDC-FDAM) bu çalışma için tercih edilmiştir. İTÜ Elektrik Araba takımının kullandığı motor da aynı tip motor olduğundan motor parametreleri buradan sağlanmıştır. Ayrıca farklı anma gerilim değerlerinde çalışan motor sürücü devreleri de tasarlanmıştır. Bu bileşenlerin benzetim çalışmaları da yapılmıştır. Bu şekilde İTÜ Elektrikli Araç Takımı'nın faaliyetlerine ve gelecek öngörüsüne katkıda bulunulması da hedeflenmiştir. En son aşama olarak bütün bileşenlerin birlikte bulunduğu, elektrikli araç mimarisine benzer, onu temsil eden tüm sistem bileşenlerini içeren bütünleşik bir benzetim çalışması yapılmıştır. Bahsedilen doğru akım çeviricisinin bulunduğu ve bulunmadığı bu benzetim çalışmasıyla, mimariye eklenen doğru akım çeviricisinin bütün sisteme yaptığı etkiler gözlemlenmeye çalışılmıştır. Sonuç olarak gelişen elektrikli araç teknolojileri konusunda batarya gerilimine doğrudan bağlı güç sistemi tasarımı konusunda ticari üreticilerin elini güçlendirecek esnek tasarım konusunda veriler elde edilmiş ve karşılaştırılmalı olarak sunulmuş, bu konuda bir bakış açısı oluşturularak akademik katkı sağlanmıştır.
-
ÖgeEstimated position error reduction of SMO-based sensorless control of IPMSM using variable notch filter(Graduate School, 2023-06-19) Baghbani, Navid Delfekar ; Öztürk, Salih Barış ; 504191086 ; Electrical EngineeringControlling IPMSM is categorized into two sections; an open-loop strategy in which the essence of shaft position information is not needed and a close-loop strategy in which shaft's position information is required and is subdivided into two methods: • Sensored • Sensorless In the sensorless method, there are three methods for rotor position estimation. The first one is fundamental excitation which includes adaptive and non-adaptive methods. Secondly, signal injection methods, and the last one is the help of artificial intelligence. Adaptive methods are categorized as model reference adaptive base systems and observer-based control, which is subdivided into Luenberger Observer, reduced order observer, sliding mode observer (SMO), and Kalman filter. Estimation error in SMO control is inevitable, and it is generated because of its sign function. In this work, a sliding mode observer is employed, and the error in this method is reduced by applying varying notch filters in the system. When a system's state is not measured directly, sliding mode observer control can be utilized to estimate the required dynamics. The main function of SMO is moving or sliding over a hyperplane to reach the desired or stable state and stays on it. With the help of these estimated state variables, it is possible to control our system. In the case of controlling IPMSM, the estimated state variables are the rotor's speed and position. A sign function is employed to determine the hyperplane. By multiplying the sign function of estimated value minus real value, the sliding surface is defined. If the sliding surface converges to zero, the error between the estimated and real value approaches to zero. The sign function, which is the main part of SMO, creates oscillations in the system and causes chattering in IPMSM. In order to overcome this obstacle, filtering the oscillated frequency is proposed. The range of the frequency which is being eliminated from the output of SMO should be narrow so that a notch filter is suggested to attenuate the oscillation frequency. In this case, in which the parameters of IPMSM have already been defined, the oscillated frequency for reference speed of 0.1 pu is obtained from the FFT analysis of the signal, which is 27.34 Hz. After simulating the proposed method in MATLAB®/Simulink® and filtering the aforementioned frequency from the estimated speed, a significant reduction in the first harmonic oscillation of the signal is achieved, and according to its FFT frequency xxi response, its amplitude is decreased from 0.14 to 0.05 when the motor is rotating at 0.1 pu. In conclusion, this method has reduced chattering in the system and attenuated the frequency, which leads to estimation error mitigation, and increases the robustness and accuracy of the position sensing of IPMSM.
-
ÖgeEvaluation of dielectric performance of high-temperature vulcanizing silicone rubber samples(Graduate School, 2023-01-19) Bilgiç, Taylan Özgür ; Kalenderli, Özcan ; 504191050 ; Electrical EngineeringElectricity has become a must-have rather than a need in our current times. In addition to holding a very important place in people's daily lives, it is also a great need in industrial facilities. An unplanned power outage causes huge financial losses for industrial facilities. Therefore, it is necessary to minimize power outages and to ensure a continuous generation, transmission and distribution of electricity. One of the reasons for power cuts is due to the material used. Interruptions occur due to faults in the distribution and transmission networks of electricity from the generation stage until it reaches more users. In the selection of the materials used here, it is necessary to choose according to the place and conditions where they will be used, and attention should be paid to their lifetime. In addition, when the materials used have better properties, these new materials should be used to prevent future failures. Insulators are used in transmission lines to provide insulation between the energy part and the ground. If there is a problem in one of the insulators in a transmission line, high short-circuit current will be drawn as there will be a short-circuit and a malfunction will occur in the system. This brings about the necessity to pay attention to the lifetime of the insulators and to be aware of the innovations. For this reason, traditional insulators, which are ceramic and glass ones, are replaced by silicone insulators. Silicone insulators are preferred because of their hydrophobic properties, their lightness, their resistance to impacts, their cheapness, ease of installation, protection of their properties at wide temperatures and electrical resistance. Malfunctions in insulators are generally caused by short-circuit currents due to environmental conditions, namely weather conditions such as rain, fog and snow. The reason for this is that the dirt accumulated on the surfaces of the insulators creates a conductive path together with the water formed on the surface due to these weather conditions. When this conductive path is created, a short circuit occurs and short circuit currents occur. Silicone insulators can help prevent this thanks to their hydrophobic properties. The flow of water from the surface of a silicone insulator that has not lost its hydrophobic feature does not form a path, it flows drop by drop. In this way, the formation of short-circuit current is prevented. In this study, high temperature vulcanizing (HTV) silicone rubber samples were investigated in 3 different experimental setups. The first experiment is the Inclined Plane Experiment. With this experiment, the trace and erosion resistance of HTV silicone samples are examined. The experiment was carried out in 3 different voltage types as AC, –DC and +DC and they were compared. For AC, –DC and +DC voltages, 4.5, 3.15 and 2.45 kV voltage values were tested, respectively. According to these voltage levels, the pre-resistances and the contaminant liquid flow rate were determined. A total of 5 samples has been used simultaneously in the experiment. In addition, the temperature measurements of the samples for 6 hours were taken with the help of a thermal camera. In the same way, leakage current data were obtained using the labview program. The second test was the corona discharge test. In this test, the hydrophobicity properties of HTV silicone samples were investigated. In this test, AC, –DC and +DC voltage types were tested in the same way. The voltage level required to create a corona discharge has been found through trials. 5 kV in AC voltage, 21 kV in –DC and +DC voltage was applied. In addition, tests were carried out at different temperatures and different pressures to examine the effect of ambient conditions on hydrophobicity. For each test, 2 samples were used and corona discharge was applied with needle electrodes at 3 points determined on each sample surface. As long as the discharge was applied to these 6 points and afterwards during the recovery of hydrophobicity, the roofs were photographed by dripping water drops at different times. In these photographs, the change of hydrophobicity was examined by finding the angles between the drop and the surface with the help of the program. This change was examined first as loss and then as recovery. As the third test, the dynamic drop test was performed. In this test, the hydrophobicity properties of HTV silicone samples were also investigated. In this test, AC, –DC and +DC voltage types were tested in the same way. A voltage level of 6 kV has been applied in 3 voltage types. Five samples were used for each test. In this test, samples are subjected to electrical stress with the help of 2 electrodes. A liquid is run over the surface of the samples. As a result of electrical stresses, samples lose their hydrophobic properties over time. While at first no accumulation or water path is formed on the surface of the samples during the liquid flow without losing the hydrophobic properties of the samples. As time passes and they start to lose their hydrophobicity, water drops form on the sample surface. Then, when they completely lose their hydrophobicity, a water path is formed. The innovative approach of this study is to use 3 different tests to examine the properties of HTV silicone rubber samples and to perform these 3 different tests at AC, –DC and +DC voltage types. But as a more important innovation, testing at different temperatures and different humidity is performed to examine the effect of ambient conditions in the corona discharge test. Insulators in transmission and distribution lines are located in the open air and are affected by the changes in air conditions. By performing tests at different temperatures and different humidity values and examining the hydrophobic behavior of the samples, information can be obtained about the hydrophobicity properties of silicone insulators under various climate environments including the characteristics of seasons such as summer and winter. When the inclined plane test was performed at 4.5 kV AC voltage, all 5 samples lasted 6 hours and passed the test. In the inclined plane test performed at AC voltage, the average temperature of the 5 samples was measured as 81.5 ˚C and the average of the maximum temperatures of the 5 samples was found to be 113 ˚C. At most, the 2nd sample reached a temperature of 133 ˚C. The average mass loss of 5 samples is 0.0496 grams. In the inclined plane test performed at 3.15 kV negative DC voltage, all 5 samples survived for 6 hours and passed the test. The average temperature of the 5 samples was found to be 242.81 ˚C and the average of the maximum temperatures of the 5 samples was found to be 549.45 ˚C. The 3rd and 4th samples reached a temperature of 670.09 ˚C, which is the highest temperature that can be measured. The average mass loss of 5 samples is 0.0828 grams. In the inclined plane test performed at 2.45 positive DC voltage, only the first sample survived for 6 hours and passed the test. The other 4 samples failed in less than two and a half hours because their erosion length exceeded the value specified in the standard. The first sample, on the other hand, did not cross the erosion length limit of 2.5 cm at the tip of 2.45 cm. But the greatest mass loss is in the 1st sample. The reason for this is that it has been dealing with a great erosion both transversely as well as longitudinally. The average mass loss of 5 samples is 0.85 grams. The mass loss of the 1st sample is also the highest with 1.23 grams. The average temperature value of 5 samples was found to be 98.95 ˚C. The average of the maximum temperatures of the 5 samples is 648.37 ˚C and the 1st sample has the smallest maximum temperature with 602.64 ˚C. As can be seen from these results, the best results were found at AC voltage and the worst results were found at +DC voltage. Recovery of hydrophobicity for HTV SIR samples in CDT for all 3 voltage types is best in high temperature, ie 30 °C temperature and 54% humidity ambient conditions. In the recovery of hydrophobicity, the worst case in all three voltage types is at low temperature, that is, at 18 °C and 54% humidity. In hydrophobicity loss, the worst ambient condition was found to be high temperature in all three voltage types. The best condition for loss of Hydrophobicity in AC and positive DC voltage is low humidity, ie 24 ˚C temperature and 45% humidity. The best condition for loss of hydrophobicity at negative DC voltage is low temperature. Although the samples tested at high temperature gave the worst results in terms of hydrophobicity loss, the hydrophobicity loss rate is lower than the recovery rate. So the loss is more, but the recovery is even more. In the dynamic drop test, the lowest time for the 2nd sample at AC voltage is 116 minutes, the highest time is 212 minutes for the 4th sample, and the average of the 5 samples losing their hydrophobicity is 157.4 minutes. The lowest time at negative DC voltage is 45 minutes for the 2nd sample, the highest time is 239 minutes for the 4th sample, and the average of the 5 samples losing their hydrophobic properties is 124.2 minutes. At positive DC voltage, the lowest time for the 5th sample is 75 minutes, the highest time for the 2nd and 3rd samples is more than 720 minutes, and the average of the 5 samples losing their hydrophobic properties is 387.2 minutes. As can be seen from these results, the best results were found at +DC voltage and the worst results were found at –DC voltage. The time for the samples to lose their hydrophobic properties at AC voltage is close to each other and the standard deviation is the lowest with 42.34. Although the best results are obtained at +DC voltage, there is a great difference between the loss of hydrophobic properties of the samples.
-
ÖgeFerroresonance fault detection in electric power networks by artificial neural networks(Institute of Science and Technology, 2020-07) Kulaklı, Gizem ; Akıncı, Tahir Çetin ; 650079 ; Department of Electrical EngineeringFerroresonance is a complicated nonlinear waving which can appear in electrical circuits with a series or parallel connection of nonlinear inductance and capacitance. Cause of the current of ferroresonance on the transmission line elements such as cables or transformers can be partially or completely damaged. This destruction not only creates huge material losses on the system but also creates unjust suffering. It is important for the sustainability of the system that a devastating error such as ferroresonance can be detected. If ferroresonance can detecting in advance prevent the loss of time and money for the user by destroying the elements such as power transformer and cables used in the system Ferroresonance is nonlinear situation and learning in artificial neural networks has advantages such as working with missing or uncertain data, processing real conditions, handling nonlinear situations, being more successful than traditional methods, fault tolerance. Artificial neural networks are referred to by this name because they are based on learning of the human neural cell in principle. One nerve cell receives information from other cells from the dendrites department, which corresponds to input in artificial neural networks, while axon in human nerve cells corresponds to output in artificial neural networks. Artificial neural networks mainly consist of three layers. There are hidden tabs determined by the number of layers between the input and the output. The learning process is multiplied by the randomly assigned weight value of the input value, and the NET value is created, and if it is determined, the bias others are summed and output from the cell where this total value is found according to the activation function. This output value is the input of the next hidden layer and continues until the same process reaches the output value. The output value gives the result of the learning operation according to the specified value ranges. The activation function is important in solving the problem used. Various activation functions are mentioned in the thesis. A successful algorithm was investigated by using an artificial neural network method to detect ferroresonance error. In this study, four different ferroresonance data emerging with different scenarios in the transmission line which used energy transmission line modeling from western Anatolia Turkey Seydisehir-Oymapınar transmission line has 380 kV were used as input values. Work steps; literature search on the subject, detection of the moment when ferroresonance starts in voltage outputs, creating input, training and example data from ferroresonance data, to create the appropriate algorithm for nonlinear ferroresonance.
-
ÖgeGüneş enerjili uçaklarda farklı uçuş durumları için elektrik sisteminin performans analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2023-02-07) Ak, Ümit ; Usta, Ömer ; 504191097 ; Elektrik MühendisliğiTeknolojinin ilerlemesi ile birlikte elektrik enerjisi günümüzün en temel gereksinimlerinden biri haline gelmiştir. Bu enerjinin kullanımı ile birlikte tasarımlar daha kompakt bir hale gelmiştir. Elektrik enerjisi temelde üretim, iletim, dağıtım ve tüketim olmak üzere dört temel başlıkta incelenebilir. Bu temel başlıklar elektriksel tüm yapılara uygulanabilir. Bu yapılar, pili ile çalışan ampul devresi kadar küçük, ülkelerin birbirleri ile enterkonnekte yapıda bulunan şebeke sistemleri kadar büyük olabilir. Bu durum kara araçları, deniz araçları ve hava araçları için de geçerlidir. Günümüzde araçlarda itki kuvvetini (mekanik enerji dönüşümü) oluşturmak için fosil yakıtların kullanımı yaygındır. Bu durum da karbon salınımını arttırarak küresel ısınmaya sebebiyet vermektedir. Küresel ısınmanın önüne geçmek için tüm dünyada fosil yakıt kullanımı yerine yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim sağlanmaktadır. Yürütülen çalışmalar, kara, hava ve deniz gibi farklı alanlarda yenilikçi tasarımların ortaya konulmasını sağlamıştır. Bu tasarımlarda yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımı ile beraber, karbon salınımını azaltmanın yanı sıra hava kirliliğini azaltmak ve gürültü kirliliğini azaltmak gibi sebepler de amaçlanmaktadır. Geçmişte, araç tasarımlarında elektrik enerjisi kullanılırken zamanla araç fiyatlarının yüksek olması, kısa sürüş mesafesi, beygir gücü, elektriğe erişimin zor olması gibi nedenlerle yerlerini uzun bir süre fosil yakıtlı araçlara bırakmışlardır. Günümüzde enerjinin verimli kullanımına yönelik olarak hibrit sistemler ön plana çıkmaktadır. Temelde fosil yakıt kullanımını destekleyen bu yapıların yerini yakın gelecekte tam elektrikli araçlara bırakacağı düşünülmektedir. Küresel ısınmaya bağlı olarak dünyada iklim değişiklikleri yaşanmaktadır. Bu iklim değişiklikleri sonucunda yeryüzü sıcaklığı yıllar geçtikçe artmaktadır. Yaz aylarındaki sıcaklık artışı orman yangınlarını tetiklemektedir. Bu çalışmada, hem yaz aylarında orman yangınlarına karşı gözlem yapabilen hem de farklı amaçlarla (hava olayları hakkında veri toplamak, vahşi hayvanların doğal ortamdaki hareketlerini izlemek gibi amaçlar) kullanılması düşünülebilen bir güneş enerjili hava aracının elektriksel ön tasarımı ortaya konulmuştur. Ön tasarımı yapılan hava aracının yaz aylarında (Haziran, Temmuz ve Ağustos) sürekli olarak uçuş gerçekleştirebileceği düşünülmüştür. Bu durum göz önüne alınarak farklı uçuş durumları için incelemeler yapılmıştır. Teknolojik gelişmeler ve malzeme biliminin ilerlemesi sayesinde daha önceden kısa uçuş süresine ve alçak irtifa yeteneğine sahip hava araçları günümüzde uzun uçuş süreleri ve yüksek irtifa yetenekleri ile dikkat çekmektedirler. Ön tasarımı ortaya konulan güneş enerjili hava aracında kullanılan malzemeler ve yöntemler güncel teknolojik gelişmeler göz önüne alınarak seçilmiştir. Hava aracının tasarım kriterleri olarak; Antalya ilinde 90 gün boyunca havada kalabilmesi (yaz aylarında yangın çıkma ihtimali ekvotar bölgesine yakın olmasından dolayı yüksek), operasyonel irtifasının 60000 feet (irtifaya bağlı olarak yüksek hızlı rüzgar gelme olasılığının düşük olması), yatay eksende 55 m/s hızla sürekli olarak uçuş yapabileceği (60000 feet irtifadaki rüzgar hızına bağlı olarak yakın değer seçilmesi) ve kalkış ağırlığının 525 kg (batarya ağırlığının göz önünde bulundurulması sonucu) olduğu belirlenmiştir. Bu isterlerden hareketle uçaktaki aerodinamik hesaplamalar ve elektriksel hesaplamalar yapılarak elektriksel güç sistemi modellenmiştir. Farklı uçuş durumları için aerodinamik güç isterleri belirlenmiş olup, elektriksel olarak güç sisteminin yeterliliği ispatlanmıştır. Uzun uçuş durumunda gece ve gündüz durumu için simulasyon çalışmaları yapılmış olup, ön tasarımı yapılan hava aracının elektrik güç sisteminin hangi durumlarda yeterli olup olmadığı belirtilmiştir.
-
ÖgeHavacılık uygulamaları için emniyet kritik daimimıknatıslı alternatör tasarımı ve analizi(Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-06-03) Ersöz, Hüseyin ; Kocabaş, Ahmet Derya ; 504191024 ; Kimya MühendisliğiHavacılık motorları, hava araçlarına itki veren temel bileşen olmanın yanında barındırdıkları elektriksel güç üretim sistemleri ile platformun ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisinin üretilmesini sağlar. Hava araçlarında güç üretim ihtiyacı, içten yanmalı motorun başlatılması için bir elektrik motoru olan marş motorlarının kullanılması ile başlamıştır. Zaman içerisinde ilerleyen teknoloji ile birlikte hava araçlarına iç aydınlatma, ısıtma ve haberleşme gibi elektikle çalışan sistemler eklenmeye başlanmıştır. Bunun yanında motor ve platformda hidrolik, mekanik ve pinomatik sistemler yerine daha yüksek verimli olan elektrikli sistemler kullanılmaya başlanmıştır. Hava araçlarının ihtiyaç duyduğu elektrik enerjisi gelişen teknoloji ile beraber günden güne artmakta ve elektriksel güç üretim sistemlerinin güç yoğunluğu giderek artmaktadır. Yüksek güç yoğunluğunu sağlamak adına elektriksel güç üretim sistemlerinde sürekli mıknatıslı alternatörler tercih edilir. Bir hava aracının havada kalabilmesi için elektrik enerjisi gereklidir ve bu enerjiyi sağlayan güç üretim sisteminin en zorlu koşullarda bile aktif olması ve hata durumlarında platforma zarar vermemesi kritik bir öneme sahiptir. Bu sebeple yüksek güç yoğunluğunun yanında elektriksel güç üretim sistemlerinin hata toleransının yüksek olması gereklidir. Böylece olası bir hata durumunda içten yanmalı motor çalışmasına devam etmeli ve platform görev süresini tamamlamalıdır. Ayrıca hata anında ve sonrasında motorda ve platformda oluşacak tahribat en düşük seviyede tutulmalıdır. Bu çalışma kapsamında hata toleransı en yüksek olan sürekli mıknatıslı alternator topolojisini belirlemek adına aynı tepe seviyede isterlere sahip gömülü mıknatıslı generatör, mıknatıs destekli senron relüktans makine ve yüzey mıknatıslı generatör tasarımları gerçekleştirilmiş olup, emniyet kritiklik, ağırlık ve üretilebilirlik bakımından karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucunda hava aracı güç sistemlerinde kullanılması en uygun olan topoloji belirlenmiş ve hata toleransını artırmaya yönelik tasarım çözümleri bu topolojiye uygulanmıştır. Alternatör analitik tasarım ve elektromanyetik analizleri sonlu elemanlar paket programları olan JMAG ve ANSYS MAXWELL ile gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın son bölümdünde en iyileştirilmiş tasarımın rölanti ve maksimum devirdeki performansı elde edilmiştir. Ayrıca 3 boyutlu analiz ile demir ve bakır kayıpları çıkarılıp verim hesabı yapılmıştır. Ek olarak tasarımı yapılan hata toleransı yüksek, emniyet kritik alternatörü geliştirmeye yönelik öneriler sunulmuştur.