Katodik koruma sistemleri için 4 bölgeli doğrultucu tasarlanması
Design of four-quadrant rectifier for cathodic protection systems
- Tez No: 727975
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET TİMUR AYDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 121
Özet
Doğru akım (DA) raylı sistemlerinden toprağa sızan kaçak akımlar yakınlarındaki düşük dirençli akım yolunu temsil eden boru hattı gibi metal yapılar üzerinden devresini tamamlaması sonucu katodik koruma sistemlerinin işleyişini olumsuz yönde etkilemekte ve boru hatlarını korozyona karşı savunmasız kılmaktadır. Bu çalışmanın ilk aşamasında raylı sistemlerde kaçak akımların oluşmasına neden olan ray potansiyelinin, topraktaki dağılımı ve boru hattı üzerinde oluşturduğu potansiyel farkı incelemek adına ray hattı, boru hattı ve toprak direnç ağı olarak modellenmiştir. Oluşturulan model yakınsamalı bir yöntem ile çözülüp tren konumunun ve ray topraklama çeşitlerinin, boru hattının potansiyeline etkileri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlardan ray ile boru hattı arasına rayda oluşan potansiyele ters bir potansiyel oluşturarak boru hattına doğru olan kaçak akımların yönünü değiştirmeyi amaçlayan özgün bir yöntem önerilmiştir. Tren konumunun 2 farklı senaryosunda oluşan ray potansiyelinin tersini oluşturmak için ray ve boru hattı arasına doğru akım kaynağı veya kaynaklarının anot ve katotları 29 farklı dizilimde yerleştirilmiştir. Her bir senaryo ve dizilim için boru hattı ile toprak arasındaki potansiyeli minimuma indiren kaynak akım ve gerilimleri optimizasyon yöntemiyle elde edilmiştir. Önerilen yöntem ile elde sonuçlardan uygun anot katot diziliminin, ray potansiyelinin boru ile toprak arasında oluşturduğu gerilimi %80 üzerinde azaltabildiği gözlemlenmiştir. Çalışmanın ikinci aşamasında gerekli akım ve gerilim değerlerini hızlı bir şekilde verebilen iki aşamalı 4 bölgeli doğrultucu tasarlanmıştır. Doğrultucunun ikinci aşamasında kullanılan tam köprü dönüştürücünün hem kesikli iletim modunda hem de sürekli iletim modunda hızlı tepki vermesi gerektiğinden dönüştürücünün 4 çalışma bölgesindeki küçük işaret devreleri iki iletim modu için de elde edilmiştir. Elde edilen devrelerden transfer fonksiyonları türetilmiş ve kontrolü etkileyen parametreler analiz edilmiştir. Bu parametreler ile 'katsayıları yüke bağlı değişen ardışık (kaskat) PI kontrolcü tasarımı' özgün yöntemi sunulmuştur. Önerilen kontrolcü ile ardışık PI kontrolcü PLECS benzetim ortamında karşılaştırılmıştır. Son olarak önerilen kontrolcü yöntemi 100W'lık prototip üzerinde uygulanmıştır. Deneysel sonuçlar önerilen yöntemin etkinliğini kanıtlamıştır.
Özet (Çeviri)
Metallic structures such as pipe lines near the direct current (DC) railway systems provide low resistance paths to stray currents. These stray currents adversely affect the operation of cathodic protection systems and leave the pipelines defenseless against corrosion. At the first stage of this thesis running rail, pipeline and the earth have been modelled as a resistive network to investigate the potential distribution created by the rail on the ground and over the pipeline. This model has been analyzed by using a converging method to investigate how the position of trains and running rail grounding schemes affect the potential over pipelines. Using the results of this, a novel method that diverts the stray currents away from the running rails by generating a potential which opposes the potential between the rail and pipeline. Twenty-nine different layouts of anodes and cathodes of the dc sources have been tested for two different train position scenarios to observe this reverse potential. Source current and voltages to minimize the potential difference between the pipeline and the ground have been obtained by using an optimization method for each case. The results show that the proposed method reduces the potential difference more than 80% with a proper anode-cathode layout. At the second part of the thesis a two-stage four-quadrant rectifier that can provide the required currents and voltages in a very short time was designed. The full-bridge converter at the second stage of the rectifier needs to respond fast both at continuous and discontinuous conduction mode, and therefore an adequate controller design is necessary. For that, the small signal models in each quadrant for both types of operation have been obtained. Transfer functions have been developed based on these models and parameters that affect the control have been analyzed. A novel method to design a cascade PI controller with load dependent coefficients has also been developed in the thesis. The proposed controller has been compared to the classical cascade PI controller in PLECS simulation environment. Finally, the proposed method has been implemented on a 100W prototype. The experimental results prove the effectiveness of the proposed method.
Benzer Tezler
- Overhole giren gemilerde görülen korozyon hasarları ve bu hasarların giderilme yolları
Corrosion defects faced in overhauling period of the ships and fixing methods of these problems
EVREN KALAY ÜÇÜNCÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN
- Corrosion and corrosion protection properties of binary Fe-Al alloys-intermetallics
İkili Fe-Al alaşımlarının-intermetaliklerinin korozyon ve korozyondan koruma özellikleri
BURCU EROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Yer altı boru hatlarının katodik korumasının bilgisayar modellemesi
Computer simulation of cathodic protection of underground pipe line
GONCA GÜNDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TİMUR KOÇ
- Yer altı boru hatlarının ve tankların galvanik anotlarla katodik korumasının bilgisayar modellemesi
Computer simulation of sacrificial anode cathodic protection of underground pipeline and tank
MELİH GÜNDAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2003
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MELİH KUŞHAN
- İstanbul Su ve Kanalizasyon İdaresi katodik koruma uygulamaları ve ekonomik analiz
Istanbul Water and Sewerage Administration cathodic protection applications and economical analysis
YUSUF MUTLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELİM AY