Theses supervised by Dr. Öğr. Üyesi Mustafa Nil
10 theses · Manisa Celal Bayar University
Özel amaçlı bazı ağır vasıta araçlarına yönelik CAN-BUS tabanlı bilgisayar arayüzlü diyagnostik cihazın tasarımı
Günümüzde dizel motorlu ağır vasıta araçlar birçok özel uygulamada kullanılmaktadır. Vinçler, itfaiye araçları, vidanjörler, beton pompaları, çöp kamyonları, tarım makineleri, inşaat makineleri gibi uygulamalar bunlardan bazılarıdır. Özel amaçlı ağır vasıta araçlarında güç aktarma organları olan motor, şanzıman, direksiyon sistemi gibi parçaların dışında üstyapı olarak adlandırılan ve aracın özel işlevine göre üretilen bir bölüm bulunmaktadır. Üstyapı üzerinde araç su pompaları, beton pompaları, hidrolik pompalar, valf grupları, kullanıcı ekranları, giriş çıkış modülleri, çeşitli sensörler, üst yapı kontrol işlemcisi gibi birçok sistem bulunmaktadır. Bu sistemler tahrik gücünü şasi araç motorunda, elektrik enerjisi ise araç aküsünden almaktadır. Özel amaçlı ağır vasıta araçlarında üstyapı elektronik sistemlerinin kendi arasındaki ve araç elektronik kontrol üniteleri (ECU) arasındaki iletişim Kontrol Alan Ağı (CAN) haberleşme sistemi ile sağlanmaktadır. Araç güç aktarma organları haberleşme için Otomotiv Mühendisleri Topluluğu (SAE) J1939 protokolünü kullanırken, üstyapı sistemleri çoğunlukla CANopen protokolünü kullanmaktadır. Artan elektronik sistemler sebebiyle araçlar üzerinde oluşabilecek arızaların sayısı artmakta ve arızaların tespiti de gittikçe zorlaşmaktadır. Araca özel olarak üretilmiş bir diyagnostik cihazı arıza tespiti konusunda ihtiyaç olarak ortaya çıkmaktadır. Bu çalışmada özel amaçlı ağır vasıta araçlarının CAN hatları üzerinden çeşitli arıza durumlarını ve verileri okuyabilen bir elektronik cihaz tasarımı yapılmıştır. Cihaz üzerinde iki adet CAN hattı bulunmaktadır. Hatlardan biri güç aktarma organlarının bulunduğu şasi aracın CAN hattına bağlanırken, diğeri ise üstyapı elektronik sistemlerinin bulunduğu CAN hattına bağlanmaktadır. Elde edilen veriler oluşturulan bilgisayar arayüzü sayesinde kullanıcıya aktarılmaktadır. Bu cihazın kullanımıyla; arızaların kolay bir şekilde tespiti, tamir sürelerinin azaltılması, bakım maliyetlerinin düşürülmesi amaçlanmıştır.
Elektrikli araçlarda sistem güvenliğinin arttırılması
Teknolojinin ilerlemesiyle birlikte araçlar ve otomotiv elektroniğinde bir değişim süreci yaşanmaktadır. Bu doğrultuda elektrikli araçların hayatımızdaki yeri artmış, gelişmiş elektronik cihazlar, akıllı araç özellikleri, gelişmiş sürücü destek sistemleri gibi özellikler ve cihazlar otomotiv endüstrisinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Araçlarda kullanılan Elektronik Kontrol Ünitelerinin (ECU) sayıları artmakta, bu kontrol ünitelerine ek olarak çok sayıda ekran, modem, bilgi-eğlence sistemleri, gelişmiş sürücü destek sistemleri gibi elektronik bileşenler ve özellikler elektrikli araçlarda yerini almaya başlamıştır. Tüm bu özellikler ve elektronik bileşenler beraberinde birçok sensör ve ECU kullanımını gerektirmektedir. Sensörlerden gelen yüksek güvenlik seviyesindeki veriler, farklı haberleşme protokolleri üzerinden denetleyicilere taşınmakta ve denetleyiciler tarafından işlenmektedir. Bu yüksek güvenlikli veriler dışarıdan manipüle edilerek, aracın kritik özellikleri (direksiyon, gaz pedalı, fren, kilit, vb.) kontrol edilebilmektedir. Bilgi-eğlence (infotainment) ve bağlanabilirlik (connectivity) özelliklerinin gelişmiş versiyonlarının araçlarda yer alması ile birlikte araçlar dış birimler ile haberleşebilir duruma gelmiştir. Araçtan her şeye (V2X) ve ECU yazılım güncellemeleri için havadan (OTA) güncelleme gibi özellikler araçlarda kullanılmaktadır. Bulut ve internetten araca alınan veriler, araç içi ağındaki bazı ECU'lar tarafından kullanılmakta ve araçtaki bazı kritik özellikleri kontrol etmektedir. Bu durumda hem dış haberleşme hem de araç içi haberleşme güvenli bir şekilde gerçekleştirilmelidir. Bu çalışmada, Gelişmiş Şifreleme Standartı (AES) ve Özel Veya (XOR) şifreleme yöntemlerini içeren bir şifreleme mekanizmasına ve kimlik doğrulama fonksiyonuna sahip güvenli bir araç içi haberleşme sistemi tasarlanarak elektrikli aracın sistem güvenliğinin arttırılması hedeflenmiştir. Kontrol Alan Ağı (CAN) ve Evrensel Asenkron Alıcı Verici (UART) haberleşme protokolleri kullanılarak hibrit bir sistem oluşturulmuştur. Şifreleme işlemlerinde rastgele sayılar kullanılarak şifreleme güvenliğinde artış sağlanmıştır. Tüm bu gerçekleştirilen işlemler ile araç haberleşme ağındaki kritik ve önemli verilerin dışarıdan ulaşılabilir, anlamlandırılabilir ve manipüle edilebilir olmaması amaçlanmıştır.
Kesirli sarımlı kalıcı mıknatıslı senkron makinelerde dengesiz manyetik yük analizi
Elektrikli makinaların otomotiv, yenilenebilir enerji, havacılık ve uzay sektörlerinde yaygınlaşmasıyla bu alandaki çalışmalar hız kazanmıştır. Kesirli sarımlı kalıcı mıknatıslı senkron makineler; yüksek tork ve güç yoğunluğundan dolayı bu alanlarda sıkça tercih edilmektedir. Fakat kesirli sarımlı kutup-oluk kombinasyonuna sahip kalıcı mıknatıslı elektrik makinelerinde manyetik akı çizgileri simetrik olarak dağılamamaktadır ve bu da stator ve rotor arasında bulunan hava boşluğunda dengesiz manyetik kuvvet (UMF) oluşumuna sebep olmaktadır. Dengesiz manyetik kuvvetler makineler üzerinde mekanik titreşim, akustik gürültü ve motor milinin zamanla aşınmasına sebep olmaktadır. Bu çalışmada farklı kutup-oluk kombinasyonlarına sahip s=2p±1 olan kesirli sargılı kalıcı mıknatıslı senkron makine tasarımları yapılmış, bu makinelerin UMF analizleri sonlu elemanlar yöntemi ve Maxwell Stress Tensor ile gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonucuna göre kutup sayısı oluk sayısından bir fazla olduğunda UMF değerinin daha düşük olduğu gözlemlenmiştir.
Enerji verimliliği için iot (Internet of things) tabanli enerji i̇zleme yazilimi ve gateway entegrasyonu
Bu tez, endüstriyel tesislerde enerji verimliliğini artırmak için nesnelerin interneti (IoT – Internet Of Things) tabanlı enerji izleme sistemlerinin araştırılması ve sektöre uygulanabilir bir yazılımın tasarlanmasını amaçlamıştır. Bu amaç doğrultusunda işletmelerin ağlarında güvenli bir şekilde verilerinin taşınmasını ve saklanmasını sağlayacak ağ geçidi cihazı tasarlanmıştır. Bu sistemlerin kurulumu ve kullanımıyla enerji tüketiminin öncelikle izlenebilirliği sonrasında da yönetilmesi sağlanarak, enerji tüketiminin kontrol altında tutulması ve enerji verimliliği hedeflenmektedir. IoT tabanlı enerji izleme sistemlerinin endüstriyel tesislerde etkin bir şekilde kullanılabileceği, bu sistemlerin enerji tüketimini izlemek ve yönetmek için önemli bir araç olduğu, Enerji verimliliğinin artırılmasının, çevresel etkinin azaltılması ve ekonomik kalkınmanın desteklenmesinde kilit bir rol oynadığı sonuçlarına varılmıştır.
M-BUS haberleşme protokolü ile yeni bir, kalorimetre okuma ve faturalandırma yazılımı
Dünya nüfusunun artması ile insanların barınma ihtiyaçlarında nüfus artışına bağlı olarak doğru orantılı bir artış göstermektedir. Ülkemizde de bu barınma ihtiyaçlarından doğan konut tipi coğrafi bölgelere göre çeşitlilik kazanmaktadır. Kanun koyucu kentleşmenin doğurması muhtemel olumsuzluklarından olan çevre sorunlarını minimize etmek, kaynakları tasarruflu kullanmak, dışa bağımlılığı azaltmak ve tüketiciyi korumak gibi amaçlarla belirli büyüklükteki binalarda merkezi ısıtma sistemini zorunlu hale getirmiştir. Nüfusun yoğun olarak yaşadığı il ve ilçe yerleşim yerlerinde insanların müstakil konut yerine siteler de yaşamaya başlaması beraberinde toplu yaşamın gerektirdiği bazı zorunlulukları da beraberinde getirmiştir. Bunlar bir tanesi de merkezi ısınma sistemidir. Bu zorunluluklar beraberinde merkezi sitemde kullanılan enerjinin nasıl ölçüleceği nasıl adaletli bir şekilde pay edilmesi gibi sorunlar birçok firmanın bu alanda çalışmalar yapıp kalorimetre ve fatura paylama programları geliştirmiştirler. Bu tez çalışmasında veri toplama ve işlemeyi kolaylıkla yapılabilen, milyonlarca mühendisin ve bilim adamının kullandığı grafiksel programlama dili olan LabVIEW ve ölçüm cihazlarının haberleşmesi için geliştirilmiş bir standart olan M-BUS protokolünü kullanarak yeni bir akıllı sayaç okuma ve okunan değerlerin işlenmesi ve anlamlaştırılması sağlanarak faturalandırma programı geliştirmektir. Bu konularda birçok firma ticari faaliyetlerde bulunmakta olup farklı yöntem ve programlama dili kullanarak kendi faturalandırma programlarını geliştirmektedirler. Bu tez çalışmasına iten neden ise LabVIEW programlama dilinin görsel bir dil olması ve veri toplama işlem yapabilme yeteneğinden de faydalanılarak programda grafiklerle desteklenebilmesi, arıza durumlarının tespitinin kolaylığı ve kolay programlama yazılımı olmasının verdiği avantajları kullanarak daha düşük maliyetli ve özgün bir ara yüz ortaya koyup geliştirilmeye açık sektöre yeni bir program kazandırmaktır.
Otomotiv uygulamaları için 45 W çift çıkışlı tip-C buck dönüştürücü tasarımı ve şarj uygulaması
Bu çalışma, otomotiv uygulamaları için 45 W gücünde USB Tip-C Güç Kaynağı dönüştürücünün tasarım, benzetim, prototip ve test aşamalarını kapsamaktadır. Sistem, 9-16 V giriş aralığından 5 V, 9 V ve 12 V Güç Kaynağı profillerini sağlayabilen, MPQ4230 dönüştürücü ve MPQ5031 Güç Kaynağı denetleyiciye dayalı buck-boost topolojisi ile gerçekleştirilmiştir. Tasarım sürecinde ayrıntılı devre analizleri, baskılı devre kartı (PCB) yerleşim çalışmaları ve AEC-Q100 gibi otomotiv standartlarına uyumluluk dikkate alınmıştır. Çalışmada, otomotiv elektriksel geçişlerini karşılayacak giriş filtreleme yapıları, güç dönüştürme katmanının optimizasyonu ve USB GÜÇ KAYNAĞI protokolünün uygulanmasına yönelik süreçler ayrıntılı şekilde ele alınmıştır. Benzetim sonuçları ve laboratuvar test bulguları, tüm GÜÇ KAYNAĞI profilleri için çıkış geriliminin ±%1 doğrulukta regülasyon sağladığını, verimin %93'ün üzerinde olduğunu (9 V / 3 A çıkışında %94,5'e ulaştığını) ve yük geçiş tepkisinin 500 μs'nin altında gerçekleştiğini göstermektedir. Termal performans testleri ise tam yük koşullarında MOSFET sıcaklığının 30°C, endüktör sıcaklığının ise 32°C'nin altında kaldığını ortaya koymuştur. Bu tasarımın özgün yönü, otomotiv sınıfı bileşenlere odaklanması ve katı EMI/EMC gereksinimlerine uyum sağlamasıdır. Ayrıca, araç ortamında yüksek güçlü USB-C şarj yeteneklerinin entegrasyonu sırasında karşılaşılan motor çalıştırma anındaki gerilim düşmeleri ve alternatör kaynaklı gürültü gibi sorunlar da ele alınmıştır. Dinamik yük paylaşımı ve çoklu USB-C port desteği, sistemin araç içi bilgi-eğlence sistemleri ve mobil cihaz şarj uygulamaları açısından esnekliğini göstermektedir. PCB yerleşiminde termal yönetim ve EMI azaltımına yönelik tekniklerin ayrıntılı analizi ise yüksek güç yoğunluklu tasarımlar üzerinde çalışan mühendisler için değerli bir katkı sunmaktadır. Anahtar Kelimeler: AEC, Otomotiv Elektroniği Konseyi, DC-DC Kıyıcılar, Dört Switch Buck-Boost Topolojisi, ECU
Doğal gaz kombine çevrim santralinde performans analizi
Dünya'da artan insan nüfusu ile birlikte insan yaşamının sürdürülebilmesi için gerekli temel kaynaklara olan gereksinim kadar enerji kaynaklarına olan ihtiyaçta giderek artmaktadır. Bu hızlı talep artışı enerjinin sağlanacağı kaynak miktarının yeterliliği sorununu ortaya çıkarmaktadır. Bu sorunun çözümü için yeni enerji üretim kaynakları arayışına gidilmekte ve kullanılmakta olan enerji üretim kaynaklarının mümkün ise daha verimli kullanılmasına mümkün değil ise mevcut verimin sürekliğinin sağlanması temel amaç haline gelmektedir. Kombine çevrim enerji santrallerinin (CCPP) mevcut verimlerini koruyarak çalışmaya devam etmesi ve daha verimli çalışabilmesi için bunların performans analizlerinin yapılması gerekmektedir. Bu çalışmanın üçüncü bölümünde, ondört yıldır çalışmakta olan 240 MW kurulu güce sahip bir doğal gaz CCPP'nin çalışma verileri alınmıştır. Bu santral dört tane gaz türbini (GT), iki tane buhar türbini (ST) ve bunların beraber çalışmasıyla elde edilen iki kombine çevrim bloğundan (CCB) oluşmuştur. Mevsimsel sıcaklık değişimlerine bağlı olarak, 8-23°C ortam sıcaklığı aralığında her bir GT, ST ve CCB'lerden çalışma verileri alınmıştır. Sıcaklık artışında GT'lerde üretilen elektrik enerjisinin ve dolaylı olarak ST'lerdeki elektrik üretiminin de azaldığı tespit edilmiştir. Bunun sonucunda, santralde bulunan denetleyicilerle tüketilen yakıt miktarlarının azaltılmasına rağmen, her bir GT, ST ve CCB'lerin verimlerinin düştüğü görülmüştür. İdeal değer olan ortam sıcaklığı 8°C'de santralin elektrik enerjisi üretimi 227,7 MW ve verimi %43,3, 23°C olduğunda ise elektrik enerjisi üretimi 197,3 MW verimi de %42,7 olmuştur. Ayrıca, kurulumu tamamlanan ve devreye alınması devam eden 800 MW'lık CCPP'yi oluşturan bölümlerinden elde edilmesi planlanan veriler kullanılarak bir analiz gerçekleştirilmiştir.
Sistem salonlarının uzaktan sıcaklık ve enerji takibi
Veri merkezleri, bulut teknolojisinde hizmet veren sunucu, veri depolama ekipmanları, telekom ekipmanları gibi fiziksel donanımların çalıştığı tesislerdir. Verimli bir veri merkezinde IT ekipmanların (information technology- bilgi teknolojisi) tükettiği enerjinin yaklaşık %50'si soğutma enerjisi için harcanmaktadır. Veri merkezi operatörünün enerjiyi verimli kullanması için etki edebileceği en önemli alan ise iklimlendirme verimliliğidir. Sistem salonlarının aşırı soğutularak enerji kaybının engellenmesi, klima ekipmanlarının verimliliği, salon verimliliği gibi sebepler nedeniyle sürekli olarak enerji takibinin yapılması ve kontrol altında tutulması önem arz etmektedir. Veri merkezi verimliliğini ölçmek için, 2007 yılında The Green Grid kuruluşu tarafından geliştirilen Güç Kullanımı Etkinliği (Power Usage Effectiveness, PUE), bir standart haline gelmiştir. Bu çalışmada, veri merkezleri verimliliğinin ölçülebilmesi için Raspberry Pi ile yapılan uygulamada, IT ekipmanların enerji tüketimleri, klima enerji tüketimleri, sıcaklık ve PUE verilerine web üzerinden erişilmesi hedeflenmiştir.
Biyogaz santrali analizi ve elektrik üretimi
Ülkelerin endüstriyel, sosyal ve ekonomik yapılarının gelişmesinde enerji faktörü önemli bir yere sahiptir. Bu sebeple birçok ülke alternatif enerji kaynaklarıyla ilgilenmekte, yenilenebilir enerji kaynaklarıyla enerji elde etmeye çalışmakta ve mevcut santrallerin daha verimli kullanılması için devamlı kayıp analizi yapmaktadır. Elektrik enerjisi üretim yollarından birisi de biyokütle enerjisi ile biyogaz üretimidir. Oksijensiz ortam içinde organik atıkların fermantasyonu sonucunda ortaya çıkan; renksiz, kokusuz, havadan hafif, parlak mavi şeklinde yanan içeriğinde metan olan bir gaz karışımıdır. Bu çalışmada bir biyogaz santralinin kısımları incelenmiştir. Manisa ili ve ilçelerinde bulunan hayvansal atık potansiyeli hesaplanmıştır. Manisa ili ve ilçelerinde biyogaz potansiyeli incelenerek, Mathematica programı sayesinde gerekli hesaplamalar yapılmıştır. Sistemin analizleri sonucunda matematiksel model elde edilmiştir. Bu matematiksel modele bağlı olarak en uygun ilçeye kurulabileceği çevredeki potansiyeller dikkate alınarak hesaplanmıştır. Hesaplamalar ve optimizasyonlar sayesinde Manisa'da Gölmarmara, Salihli ve Ahmetli üçgeni çevresinde biyogaz tesisinin kurulmasının daha uygun olacağı sonucuna ulaşılmıştır. Bu kurulum gerçekleştiğinde yılda 61 GWh elektrik enerjisi üretiminin olabileceği tespit edilmiştir.
Bilgisayar kontrollü yüksek hassasiyetli AC güç kaynağının tasarımı
Elektrik sayaçları, belirli bir zaman diliminde kullanılan elektrik enerjisinin miktarını ölçmeye yarayan cihazlardır. Sayacın bağlantı gücü kW cinsinden ölçülürken, harcanan elektrik enerjisi kwatt saat (kWh) olarak ölçülmektedir. Elektrik şirketleri müşterilerin elektrik tüketimini sayaçlar vasıtasıyla kayıt altına alarak faturalandırma yapmaktadır. Eski yıllarda bu işlemler mekanik sayaçlar ve sayacı okumasını bilen uzman personel tarafından yapılmıştır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte sayaçlar da dijital hale dönüşmekte ve bu sayede tüketim ölçümü ile faturalandırma işlemi de daha pratik ve güvenilir hale gelmektedir. Dijital sayaçlar aynı zamanda doğru tüketim değerleri kaydedebilmesi ve ölçtüğü değerleri doğru gösterebilmesi için kalibrasyon işlemlerinin yapılması gerekmektedir. Kalibrasyon cihazlarının çalışma prensibi ve verimi doğrudan sabit akım ve gerilime dayanmaktadır. Bu cihazlar, ölçüm ve güç kısmı olmak üzere iki kısımdan oluşmaktadır. Güç kısmı, sabit akım-gerilim-güç ve güç faktörünü bulunduran en önemli bölümüdür. Bu çalışmada kalibrasyon işleminin doğru ve düzgün bir şekilde yapılabilmesi için en temel parametre olan sabit gücün oluşturulabilmesine ağırlık verilmiştir. Sabit akım ve gerilim ile cihazda oluşturulan sabit güç sayesinde sayaç üzerinden sabit bir enerji geçirilerek sayacın akım, gerilim ve enerji(güç) bölümlerinin yüksek hassasiyetle kalibre edilebilmesi sağlanmıştır. Çalışma konusu olan kalibrasyon cihazında akım, gerilim ve güç parametrelerinin yanında hat frekans ve açısının (güç faktörü) ayarlanması da kullanıcıya büyük bir avantaj sağlamaktadır. Cihaz üzerinden birbirinden bağımsız olarak her fazın akım, gerilim ve güç parametreleri ayarlanabilmektedir. Sabit akım ve gerilim güç kaynağı sayesinde elektronik akıllı sayaçların hem manuel hem de otomatik olarak kalibrasyon işlemleri gerçekleştirilmektedir. Otomatik kalibrasyon seçeneği ile sayaç üretim hızları ve dolayısıyla maliyetleri düşmektedir. Kullanımı esnek ve kolay olan cihazın üzerinde bulunan dokunmatik ekran ve bilgisayar üzerinde bulunan uygulama yazılımı ile eş zamanlı olarak kontrol edilebilmektedir.