Nonlinear characterization, circuit-based modeling and analysis of single-core fluxgate current sensors
Tek manyetik nüveli fluxgate akım sensörlerinin doğrusal olmayan karakterizasyonu, devre tabanlı modellemesi ve analizi
- Tez No: 900088
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OZAN KEYSAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ ERHAN DEMİROK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Akım kaçağı, Akım koruma rölesi, Elektrik akımı kaçağı, Elektronik ölçüm sistemleri, Kaçak akım rölesi, Koruma röleleri, Stray current, Current protect relay, Electric current leakage, Electronic measurement systems, Residual current relay, Protection relays
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Fluxgate akım sensörleri, doğruluk ve doğrusalıklarıyla öne çıkarak, kaçak akım koruma röleleri (RCD'ler) gibi güvenlik odaklı uygulamalar için uygun hale gelmiştir. Özellikle, tek nüveli fluxgate akım sensörlerinin doğru akım ölçüm yeteneği ve yeterli bant genişliği, onları Tip B RCD'ler için ideal kılmaktadır. Ancak, bu sensörlerin basit yapıları, doğrusal olmayan çalışma nedeniyle zorluklarla karşılaşmaktadır. Doğrusal olmayan çalışmayı tanımlayan diferansiyel denklemler, her sürekli BH eğrisi yaklaşım fonksiyonu için klasik yöntemlerle çözülememektedir. Bu nedenle, doğrusal olmayan BH eğrisini ve sensörün çalışmasını ele almak için literatürde kesikli modeller ve varsayımlar öne sürülmüştür. Doğrusal olmayan çalışma karakteristiklerini incelemek için sayısal analiz bir alternatif olsa da, fluxgate transdüktörlerinin modellenmesi ve simülasyonu literatürde ayrıntılı olarak ele alınmamıştır. Bu tez, fluxgate transdüktörleri için yeni modelleme yaklaşımlarını ve devre tabanlı analizleri sunmaktadır. Fluxgate sensörlerinin modellenmesi ve simülasyonu, her ne kadar kısa ve öz analitik denklemler sağlamasa da doğrusal olmayan devre davranışı hakkında değerli bilgiler sunmaktadır. Ayrıca, bu tez, sabit frekans uyarımlı tek nüveli fluxgate akım sensörleri için sürekli BH eğrisi yaklaşımına dayalı doğrusal olmayan bir analitik model sunmaktadır. Bu matematiksel model, sensörün doğru akım aktarım karakteristiklerini doğru bir şekilde temsil etmektedir. Son olarak, tezde tek nüveli fluxgate akım sensörleri için tasarım göz önünde bulundurulmuş, doğrusal olmayan çalışmanın sensör performansına etkisi analiz edilmiştir. Bu analizlerde, doğrusalık, ölçüm aralığı, hassasiyet ve bant genişliği gibi parametrelerin performansa etkisi detaylı incelenmiştir. Modelleme çalışmaları, deneysel sonuçlarla doğrulanmıştır. Ayrıca, açık devre ve kapalı devre tek nüveli self-oscillating fluxgate sensörleri için bir PCB tasarlanmış ve sabit frekans uyarımlı fluxgate akım sensörü için bir deneysel düzenek kurulmuştur.
Özet (Çeviri)
Fluxgate current sensors are highly regarded for their accuracy and linearity, making them suitable for safety-related applications such as residual current devices (RCDs). Particularly, the DC measurement capability and sufficient bandwidth of single-core fluxgate current sensors make them ideal for Type B RCDs. However, their simple structure is challenged by the nonlinear operation. The differential equations describing the nonlinear operation could not be solved with classical methods for every continuous BH curve approximation function. Therefore, the piecewise models and assumptions have been stated to address the nonlinear BH curve and sensor operation. Although numerical analysis is an alternative for examining the nonlinear operational characteristics, the modeling and simulation of fluxgate transducers are not adequately elaborated in the literature. This thesis presents new modeling approaches and circuit-based analyses of fluxgate transducers. Modeling and simulation of fluxgate sensors may not yield succinct analytical equations but offer valuable insights into nonlinear circuit behavior. Besides, the thesis presents a nonlinear analytical model based on continuous BH curve approximation function for fixed-frequency excited single-core fluxgate current sensors. The accurate mathematical model accurately represents the DC transfer characteristics of the sensor. Finally, the thesis presents a design consideration for single-core fluxgate current sensors. The impact of design parameters on sensor performance, such as linearity, measurement range, sensitivity, and bandwidth, is thoroughly analyzed. The modeling studies are validated with experimental results. PCB is designed for open-loop and closed-loop single-core self-oscillating fluxgate current sensors. Also, an experimental setup is constructed for the fixed-frequency excited fluxgate current sensor.
Benzer Tezler
- Radar uygulamalarında vivaldi anten tasarımı ve optimizasyonu
Vivaldi antenna design and optimization in radar applications
ERDEM BARLİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEBAHATTİN EKER
- Fabrication, characterization, and nonlinear modeling of GaN high electron mobility transistors
Yüksek elektron hareketlikli GaN transistorlerin üretimi, karakterizasyonu ve modellenmesi
ABDULKADİR GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. ALPAN BEK
DR. YETKİN ARSLAN
- Gan güç transistörlerinin anahtar kayıplarının nöral ağ tabanlı modellenmesi
Neural network based modeling of switching losses in gan power transistors
ALİİMZA DAŞDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Destek vektör makinelerinin mikrodalga teori ve tekniğindeki uygulamaları
The applications of support vector machines in microwave theory and technique
NURHAN TÜRKER TOKAN
Doktora
Türkçe
2009
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Synthesis of some functional conducting polymers, characterization, Mott-Schottky analysis and sensor applications
Bazı fonksiyonel iletken polimerlerin sentezi, karakterizasyonu, Mott-Schottky analizi ve sensor uygulamaları
TOLGA KARAZEHİR
Doktora
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ
PROF. DR. MURAT ATEŞ