Browsing by Author "Alan, Irfan"

Now showing 1 - 12 of 12

Alçaltıcı/Yükseltici Dc/Dc/Ac Eviricilerle Yüksek Performanslı Anahtarlamalı Relüktans Motoru Sürücü Sistemi Tasarımı Ve Gerçeklemesi
(2021) Tekgün, Burak; Boynuegri, Ali Rifat; Yaşa , Yusuf; Alan, Irfan; 0000-0003-2720-8816; 0000-0001-7995-0540; AGÜ, Mühendislik Fakültesi, Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümü; Tekgün, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
Anahtarlamalı relüktans motorları (ARM) 1800?lü yılların ortalarında keşfedilmesine rağmen, 1960?lı yıllarda yarı iletken anahtarların icat edilmesine kadar potansiyeli anlaşılamamış makinalardır. Modern yarı iletken teknolojisinin icadı ve gelişmesi ile birlikte ARM?lerin kullanımı yaygınlaşmıştır. ARM?ler basit yapıları, düşük üretim maliyetleri ve sağlamlıklarından dolayı birçok uygulamada tercih edilmişlerdir. Geleneksel olarak ARM, her bir faz için iki yarı iletken anahtar ve iki diyot kullanılarak oluşturulan sürücülerle sabit giriş gerilimi işlenerek, sırasıyla fazlar enerjilendirilmektedir. Faz sargılarındaki akımın enerjilendirilme esnasında yükselme süresi ve enerji kesildiği durumdaki akımın azalma süresi DC bara voltajına bağlıdır. Bu durum uygulamalarda enerjilendirme süresinin akımın sıfıra gitme süresi de göz önüne alınıp kısa tutulmasına, dolayısıyla komütasyon esnasında düşük tork üretimine, yüksek tork salınımına ve ortalama tork üretiminde azalmaya sebep olmaktadır. Bu projede, geleneksel sürücü topolojisinden farklı olarak ARM, bir DC/DC dönüştürücü ve tek fazlı bir tam-köprü evirici yardımı ile ideale yakın bir enerjilendirme akımı oluşturularak ARM daha yüksek performans ile kontrol edilmesi sağlanmıştır. Projede önerilen ARM sürücüsü her bir fazı bir DC/DC dönüştürücü ve bir tam-köprü evirici içeren modüler yapılı sürücülerden oluşmaktadır. Önerilen sürücü yapısını geleneksel ARM topolojilerinden ayıran özelliği DC/DC dönüştürücü devresidir. Burada makinanın faz sargılarının ihtiyaç duyduğu akım dalga şekli DC/DC dönüştürücü ile sağlanmaktadır. Tork üretiminin pozitif olabilmesi için stator ve rotor kutuplarının tam hizalandığı andan kısa bir süre önce negatif gerilim uygulanarak, faz akımının hızlı bir şekilde kesilmesi gerekmektedir. Bu durumda ise gerilim önerilen devredeki tam-köprü devresi yardımıyla tersine çevrilerek ve DC/DC dönüştürücünün çıkış gerilimi en yüksek seviyesine getirilmek suretiyle akımın hızlı şekilde sıfıra inmesi sağlanmıştır ve böylelikle makinanın performansı artmıştır. sadece DC/DC çevirici katında yüksek frekanslı anahtarlama olduğundan anahtarlama kayıplarının azalarak ve geleneksel topolojiye göre daha yüksek verim sağlanmıştır. Önerilen sürücü sisteminin AC motorların sürücüleri olarak yenilenebilir enerji sistemlerinde ara yüz elemanı olarak uygulanabilir olması, arıza giderme zamanında önemli ölçüde azalmaya neden olarak üretimdeki sürdürülebilirliğin artırılmasına destek olacağı öngörülmektedir.
Dalgıç Pompa Uygulamaları İçin Doğrudan Yol Vermeli Senkron Relüktans Motorunun Tasarım Optimizasyonu Ve Gerçeklemesi
(ELEKTRİK, ELEKTRONİK VE ENFORMATİK ARAŞTIRMA DESTEK GRUBU GRUBU: EEEAG, 2023) Tekgun, Burak; Alan, Irfan; Tekgun, Didem; 0000-0003-2720-8816; 0000-0001-7995-0540; AGÜ, Mühendislik Fakültesi, Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümü; Tekgun, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
Günümüzde doğal kaynakların korunması ve enerji maliyetlerinin düşürülmesi için enerji kayıplarının azaltılması ortak bir amaç olarak görülmektedir. Elektrik tahrik sistemlerinin küresel enerji tüketiminin yaklaşık %40?ını oluşturduğu düşünüldüğünde elektrik makinalarının verimlerinin artırılması ile sağlanacak avantajların hem ülke bazında hem de evrensel olarak büyük bir öneme sahip olduğu görülmektedir. Uygulama odaklı olarak bakıldığında yer altından su, petrol vb. çıkarmakta kullanılan pompa motorlarının endüstride kullanılmakta olan motorlar arasında oldukça büyük bir paya sahip olduğu görülmektedir. Özellikle dalgıç pompa uygulamalarında kullanılmakta olan pompa motorları gerek motor tasarım hatalarından, gerekse de yanlış motor-pompa konfigürasyonları seçiminden kaynaklanan hatalar nedeniyle çok düşük verimlerle çalışmaktadır. Sağlamlık, ucuzluk ve doğrudan yol verme gibi özelliklerinden dolayı pompa uygulamalarında genellikle indüksiyon motorları (İM) tercih edilmektedir. Fakat İM?lerin en büyük sorunu özellikle küçük ve orta güçte düşük enerji verimi ile çalışmalarıdır. Doğrudan yol vermeli sürekli mıknatıslı motorlar (DY-SMSM) yüksek güç yoğunluğuna sahip olmaları sebebiyle verimi yükseltmek adına İM?lere uygun bir alternatiftir. Fakat bu makinalarda doğrudan yol verme esnasında mıknatısların demagnetizasyonu ve en önemlisi doğada nadir bulunan mıknatısların kullanımından kaynaklı yüksek maliyet ve dışa bağımlılık sorunları araştırmacıları bu makinalara yeni bir alternatif arayışı içine itmektedir. Bu doğrultuda hem doğrudan yol verme özelliği hem de mıknatıs içermeyen yapısı ile doğrudan yol vermeli senkron relüktans motorlar (DY-SenRM) İM?lere uygun bir alternatif olarak karşımıza çıkmaktadır. En basit tanımla bu tip motorlar çalışma prensibi bakımından relüktans motor ve İM?nin bir kombinasyonudur. DY-SenRM?de makinanın rotoruna uygun şekilde gömülen rotor barları ile doğrudan yol verme özelliği kazandırılırken, İM?lerin aksine rotor bakır kayıpları sürekli rejimde sıfıra indirilmektedir. Dahası SenRM?ler İM?lere kıyasla daha yüksek güç ve moment yoğunluğuna sahiptir. SenRM?lerin dezavantajlarına bakıldığında düşük güç faktörü ile çalışma ve rotordaki açıklıklardan kaynaklı yapısal entegrasyon problemleri göze çarpmaktadır. Bu problemler tasarım aşamasında iyi incelenip gerekli önlemler alınmalıdır. Gerekli olduğu durumlarda nadir element bulundurmayan mıknatısların kullanımı güç faktörü sorununu ortadan kaldırdığı gibi verimi de artırmaktadır. Bu projede dalgıç pompaları için 4 kW gücünde DY-SenRM tasarımı üzerine çalışılacaktır. Özellikle sulama amaçlı üretilen yer altı pompa sistemlerinde en çok tercih edilen 6 inç çapındaki dalgıç pompalarına uygun, yüksek verimli 4 kW gücünde bir DY-SenRM?nin tasarım optimizasyonunun yapılması ve gerçeklemesi amaçlanmaktadır. Optimizasyon algoritması olarak çoklu amaç diferansiyel evrim algoritması, benzerlerine göre öne çıkan hızlı yakınsama ve doğru sonuçlara ulaşma özellikleri göz önüne alınarak seçilmiştir. Tasarlanacak DY-SenRM?nin geçici rejim performansı, senkronize olabilme yeteneği, senkron çalışma performansı ve boyutu optimizasyonda göz önüne alınacak metriklerdir. Bu çalışmanın başarıyla sonuçlanması ile DY-SenRM?nin sadece pompa uygulamaları değil, diğer sabit hız uygulamalarında da düşük verimli İM?lerin yerini alması; dolayısıyla düşük maliyetli, yüksek verimli motor teknolojisinin yaygın hale gelmesi ön görülmektedir.
Citation - Scopus: 2
Effect of the Stator Slot Indents on Fluid Damping Loss in Submersible Pump Applications
(IEEE, 2022) Tekgun, Didem; Cosdu, Muhammed Muhsin; Tekgun, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
In this study, the effect of fluid damping on the performance of a 2-pole, 4-kW line start synchronous reluctance machine (LS-SynRM) with different slot opening structures for submersible water pump applications is investigated. Since the submersible pump motors run inside a fluid-filled environment and the fluid viscosity and density differ from the air, it causes an increased damping effect comparing air-filled machines. Hence, a non-negligible damping loss occurs. In this study, the damping effects of the fluids in a 24 slot LS-SynRM for various stator slot indentations are investigated with computational fluid dynamics (CFD) finite element analysis (FEA) to highlight the importance of the fluid damping loss in flooded machines. Results show that the damping loss can go as high as 10% of the motor output power when the stator surface has indentations, and this loss can be cut down to 3.5 % when the surface indentations are eliminated with custom no-slotting wedge structures.
Citation - WoS: 362
Citation - Scopus: 459
Enhancing Smart Grid With Microgrids: Challenges and Opportunities
(Pergamon-Elsevier Science Ltd, 2017) Yoldas, Yeliz; Onen, Ahmet; Muyeen, S. M.; Vasilakos, Athanasios V.; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
The modern electric power systems are going through a revolutionary change because of increasing demand of electric power worldwide, developing political pressure and public awareness of reducing carbon emission, incorporating large scale renewable power penetration, and blending information and communication technologies with power system operation. These issues initiated in establishing microgrid concept which has gone through major development and changes in last decade, and recently got a boost in its growth after being blessed by smart grid technologies. The objective of this paper is to presents a detailed technical overview of microgrid and smart grid in light of present development and future trend. First, it discusses microgrid architecture and functions. Then, smart features are added to the microgrid to demonstrate the recent architecture of smart grid. Finally, existing technical challenges, communication features, policies and regulation, etc. are discussed from where the future smart grid architecture can be visualized.
Citation - WoS: 9
Citation - Scopus: 9
FEA Based Fast Topology Optimization Method for Switched Reluctance Machines
(Springer, 2022) Tekgun, Didem; Tekgun, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
In this paper, a finite element analysis (FEA) based fast optimization method to optimize a lightweight in-wheel switched reluctance machine is presented. This method speeds up the switched reluctance machine optimization procedure by running the FEA simulations with single-phase constant current excitations for half electrical cycle and estimating the machine performance metrics using the gathered FEA data. Hence, the machine`s dynamic performance estimation process takes shorter for each design candidate. The optimization algorithm employs designs of experiments (DOE), response surface (RS) analysis method, and differential evolution algorithm (DE). Here, the DOE method is used to reduce the search space by narrowing down the upper and lower boundaries of each design variable based on the RS analysis. Although this process does not guarantee getting the Pareto front, it places the search space close to the actual one. Hence, the multi-objective DE optimization finds the Pareto optimal solution set without requiring a large number of iterations as well as a large number of candidate designs for each iteration. The method is applied to a 24/16 SRM that is intended to be used in a lightweight race car as a hub motor. Six dimensionless geometric variables are optimized to satisfy three objective functions, namely torque ripple, motor mass, and copper loss. While the conventional DE takes at least 3000 candidate designs, the proposed method considers only 559 designs to reach a similar Pareto front. It is observed that the proposed method takes about 6 h 30 min compared to the conventional method that takes 32 h 50 min using the same computer. Therefore, the computation time is reduced almost five times with the proposed method.
Implementation of Capital Deferral Algorithm in Real Distribution Systems Considering Reliability by Managing Major Faults
(Springer, 2019) Yoldas, Yeliz; Onen, Ahmet; Broadwater, Robert; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
Distribution automation technology plays a key role on power system reliability by providing faster detection, isolating the faulted area and restoring the fault. In this paper, the impacts of distribution automation are considered on radial distribution system in the event of substation transformer bank malfunction at maximum load level with the aim of deferring the big capital investments. The aim of the proposed method is not only to increase physical impact such as the reliability but also to monetize physical measures into significant economic benefits by deferring the overall investment costs. The proposed algorithm is tested with the real distribution system data, and it is shown that it can obtain remarkable economic benefits by deferring the larger capital equipment investments by making smaller investments in distribution automation.
Citation - WoS: 1
Citation - Scopus: 1
Investigating the Tradeoff Between the MMF Distortion and End Turn Length of a 2-Pole Line Start SynRM Performance
(Springer int Publ Ag, 2023) Tekgun, Didem; Cosdu, Muhammed M.; Tekgun, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
Conventional 2-pole AC machine windings have long end windings and generate harmonics, which increase losses and reduce torque density. This study investigates the performance tradeoff between the level of distortion (THD) in winding magneto-motive force (MMF) and end turn length on a 2-pole line start Synchronous Reluctance Machine (LS-SynRM) machine. A two-stage approach is used, winding and geometry optimization. Various multilayer winding configurations having unevenly distributed number of turns are investigated. First, the percentage of the turns in a coil group is optimized for minimum harmonics and end turn length for all structures. Second, geometric optimization is performed on selected winding configurations. Sixteen different configurations are optimized, and Pareto optimal solutions are obtained. Later, these solutions are graded with a new score-based assessment method to quantify the quality of the results. It is concluded that the designs having lower THD in winding MMF perform better than the designs with shorter end turns in terms of efficiency and torque density.
Citation - WoS: 5
Citation - Scopus: 5
Investigation of the Effects of Multi-Layer Winding Structures in Two Pole Synchronous Reluctance Machines
(IEEE, 2021) Tekgun, Didem; Cosdu, Muhammed Muhsin; Tekgun, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
In this paper, a comparative study is performed between single, various double, and triple-layer winding structures to investigate the effects of the winding MMF harmonics and end winding length on the two-pole synchronous reluctance machines (SynRM). A two-step design approach is used including winding and geometry optimization using multi-objective differential evolution (MODE) algorithm. In the first stage, a Pareto front is obtained which determines the number of turns for each coil group for all winding configurations. Later in the second stage, three results are selected from the first stage to perform a geometric optimization to distinguish the effects of the THD and end winding length on the synchronous performance of a 4 kW two-pole SynRM. For the same average torque output, efficiency, mass, and the torque ripple of the selected designs are investigated and compared. Based on the analysis, it is concluded that rather than focusing on shortening the end winding length, reducing the MMF harmonics have a more positive effect on the machine performance as reduced harmonics resulted in efficiency improvement up to 2 points and torque ripple is reduced up to 8 points while having similar motor mass.
Citation - WoS: 1
Citation - Scopus: 2
A Modular Three-Phase Buck-Boost Motor Drive Topology
(IEEE, 2020) Tekgun, Didem; Tekgun, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
The voltage-source inverter (VSI) is a fundamental power electronic device to drive three-phase electrical machines with high performance. In this paper, a modular three-phase DC/Rectified AC/AC (DC/RAC/AC) inverter supplying a permanent-magnet synchronous machine (PMSM) is proposed. In this topology, the three-phase VSI is composed of three single-phase modules connected in parallel. Each single-phase inverter module consists of a non-inverting bidirectional buck-boost DC/DC converter and a cascaded H-bridge inverter. Here, the DC/DC converter generates rectified AC waveforms and the H-bridge inverter alternates these signals to create the intended AC voltage waveform. Therefore, the bulk DC Bus capacitor and boost converter inductor, which exist in a typical battery-powered voltage boosting topology can be eliminated which results in a smaller size and reduced cost. In addition, the switching losses only occur in the DC/DC converter unit and the H-bridge inverter switching losses are negligible due to the zero-voltage switching while in a conventional structure, high-frequency switching occurs both in the DC/DC converter and the six-switch inverter causing reduced overall system efficiency. The proposed inverter is controlled with a well-known field-oriented control (FOC). This paper presents the operating principle, design, and control structure of the proposed three-phase inverter. The functionality of the three-phase inverter is verified through PowerSim simulations. The proposed motor drive system is compared to the conventional one while driving a 4 kW PMSM with FOC and the whole system efficiency difference map is generated. The biggest difference is recorded as 3.8 points favoring the proposed system.
Citation - WoS: 5
Citation - Scopus: 6
A Multi-Functional Quasi-Single Stage Bi-Directional Charger Topology for Electric Vehicles
(Elsevier, 2024) Tekgun, Burak; Tekgun, Didem; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
In this paper, a multi-functional quasi-single stage, bi-directional electric vehicle charger topology is proposed to realize high efficiency power conversion in all AC/DC, DC/DC, and DC/AC forms. The proposed circuitry includes a noninverting buck boost converter (NBB) and an H-bridge inverter. The NBB converter generates the desired output voltage waveform in the rectified form then the inverter unfolds the waveform to the AC waveform. The advantages of this circuit are the reduced losses due to the high frequency switching only occurring at the NBB converter and passive element sizes are smaller leading to reduced losses and cost. The proposed charger is designed for 2 kVA rating and simulated for all vehicle, grid, and another vehicle interaction modes. Then the circuit is experimentally tested and is validated that the proposed circuit can operate in all three modes at a wide range of loading and power factor conditions with over 92% efficiency.
Citation - WoS: 4
Citation - Scopus: 4
A New Oval Shaft, High Performance, 2 Pole Line Start Synchronous Reluctance Machine for Submersible Pump Applications
(Ios Press, 2022) Tekgun, Didem; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
In this paper, a 2 pole, 4 kW, 6 inches diameter line start synchronous reluctance machine (LS-SynRM) as a submersible water pump motor is designed and optimized with a new oval shaft structure. The aim is to improve the machine performance by widening the flux path on the rotor via narrowing down the shaft on the q-axis. This way a wider d-axis flux path is obtained, and accordingly, the d-axis inductance, the saliency ratio L-d/L-q, and the inductance difference L-d-L-q are increased. First, a set of structural analyses is carried out on a 7-flux barrier rotor in 3 stages: modal, harmonic, and static structural analyses. According to analysis results, the safe limit for the shaft size reduction is determined as 8 mm to avoid excessive deformations and undesired vibrations due to resonance. Later, the machine is optimized using Multi-Objective Differential Evolution (MODE) algorithm with a narrower shaft. The quality of the Pareto front solutions shows that the oval shaft machine is superior to the circular shaft machine in terms of efficiency, motor mass, and torque ripple. The maximum recorded efficiency improvement for the same size LS-SynRM is 4 points and the same size commercial induction machine is around 20 points.
Structural Integrity Analysis of a Two-Pole Synchronous Reluctance Machine With Non-Circular Shaft
(IEEE, 2023) Tekgun, Didem; Tekgun, Burak; Alan, Irfan; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği
This paper investigates the structural strength of a 6-inch diameter, two-pole, 4 kW line start synchronous reluctance machine (LS-SynRM) designed with a new non-circular shaft structure that serves as a pump motor. Flux paths on the rotor are widened while narrowing down the shaft of the motor on the q- axis to improve the motor efficiency. By using this method, a wider path is created for the flux in the d-axis. As a result, the inductance in the d-axis, the ratio of inductance between the d-axis and q-axis (referred to as saliency ratio), and the difference in inductance between the d-axis and q-axis are all amplified. To evaluate the structural strength of the machine, a series of analyses are conducted, including modal, harmonic, and static examination on the rotor using ANSYS Structural. The findings indicate that to prevent redundant deformations and undesirable vibrations because of resonance, the maximum safe limit for shaft size reduction is determined as 8 mm.