Browsing by Author "Tekgun, Burak"

Now showing 1 - 20 of 33

Alçaltıcı/Yükseltici DC/DC/AC Eviricilerle Yüksek Performanslı Anahtarlamalı Relüktans Motoru Sürücü Sistemi Tasarımı ve Gerçeklemesi
(2021) Yasa, Yusuf; Boynuegrı, Alı Rıfat; Tekgun, Burak; Alan, Irfan
Despite the fact that the switched reluctance machines (SRM) were invented in the mid-1800s, their potential was not realized until the invention of power semiconductor switches in the 1960s. Starting with the invention and development of the semiconductor technology, SRMs became widespread in industrial applications. Their simple structure, low manufacturing cost, and ruggedness made them a viable solution for many applications. Traditionally, an SRM is driven with the drives that two semiconductor switches and two diodes for each phase to process the constant DC bus voltage and excite the phases respectively. The rise and fall time of the phase currents are mainly dependent on the DC bus voltage. This results in a shorter excitation time by considering the current fall time; therefore, torque ripple is increased, and the total torque production is reduced. In this project, the objective is to develop an SRM drive, unlike the conventional SRM drives the proposed SRM drive controls the phase voltages with current controlled DC/DC converters to regulate the required excitation current and change its polarity with a full-bridge inverter. Each phase of the proposed SRM drive is formed as modular single-phase driver that consists of a DC/DC converter and a full-bridge inverter. The main feature that differentiates the proposed drive from the conventional drive is the DC/DC converter that controls the excitation current by bucking and boosting its output voltage. In order to generate positive torque, it is required to rapidly bring the phase current to zero just before the complete alignment of the rotor and stator poles by applying negative voltage. In this case, the full bridge inverter changes its polarity and DC/DC converter`s output value is boosted to bring the current to zero in the fastest way. Therefore, not only the machine performance is improved. Moreover, the switching loss is reduced by having high frequency switching only on the DC/DC converter stage, which will increase the total efficiency of the system. It is foreseen that the proposed SRM drive will lead to the possible AC motor drive and renewable energy developments, which will reduce the downtime significantly and support sustainability.
Alçaltıcı/Yükseltici Dc/Dc/Ac Eviricilerle YüksekPerformanslı Anahtarlamalı Relüktans Motoru Sürücü Sistemi Tasarımı Ve Gerçeklemesi
(2021) Yasa, Yusuf; Boynuegrı, Alı Rıfat; Tekgun, Burak; Alan, Irfan
Projede önerilen ARM sürücüsü her bir fazı bir DC/DC dönüştürücü ve bir tam-köprü evirici içeren modüler yapıda sürücülerden oluşmaktadır. Önerilen sürücü yapısını geleneksel ARM topolojilerinden ayıran özelliği DC/DC dönüştürücü devresinin proje kapsamında geliştirilecek kontrol algoritmasıyla kontrol edilmesidir. Geliştirilecek algoritma sayesinde, makinanın faz sargılarının ihtiyaç duyduğu akım dalga şekli DC/DC dönüştürücü ile sağlanabilmektedir. 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 getirilerek, akımın hızlı şekilde sıfıra inmesi sağlanacaktır. Böylelikle, önerilen yöntem sayesinde makinanın performansının artacağı, tork salınımının minimuma ineceği ve sadece DC/DC çevirici katında yüksek frekanslı anahtarlama olduğundan anahtarlama kayıplarının azalmasıyla, yüksek verimin sağlanacağı öngörülmektedir. Proje; • Tek fazlı sürücülerin ihtiyaç duyulan güç değerine göre tasarımının yapılmasını, • Sürücülerin donanımlarının geniş bant aralıklı yarıiletken anahtarlar ile gerçeklemesini, • Motorun faz sayısı kadar tek fazlı sürücünün birlikte çalıştırılabilmesi için kontrol algoritmasının geliştirilmesini, • Bir anahtarlamalı relüktans motorunun geliştirilen kontrol algoritması ile yüksek performanslı kontrolünün yapılmasını, hedeflemektedir. Önerilen ARM sürücü sisteminin özgün değer ve özgün katkı sağlayacak özelliklerini şu şekilde sıralayabiliriz. • Motor sargılarına uygulanan gerilimin yükseltilebilir olması faz akımının kontrolünü hızlandırarak açma kapama anlarında akımın daha hızlı yükselmesine ve sıfıra inmesine olanak sağlamaktadır. Dolayısıyla, fazlar arasındaki komütasyon esnasında meydana gelen yüksek tork salınımlarının azaltılması ve ortalama torkun artırılması mümkün olmaktadır. • Sabit DC giriş voltajı ile ulaşılabilecek en yüksek hız değeri, önerilen sürücünün giriş geriliminden daha yüksek gerilimleri çıkışında üretebilmesinden dolayı artacaktır. Böylece motor daha geniş bir hız aralığında çalışabilecektir. • Önerilen sürücü geleneksel sürücüden daha verimli çalıştığından motorun tork-hız-verimlilik grafiğinde yüksek verim elde edilen alan genişleyecektir. Böylece ARM sürücü, daha geniş bir çalışma aralığında yüksek verime ulaşacaktır.
An Adaptation Mechanism of Model Reference Adaptive System Based on Variable Structure Control for Online Parameter Estimation of IPMSM
(Wiley, 2026) Tekgun, Burak; Barut, Murat; Ates, Ertugrul
This study introduces stator currents-based model reference adaptive system (MRAS) estimators that employ variable structured control (VSC) in the adaptation mechanism to enable the online estimation of stator resistance and permanent magnet (PM) flux in interior permanent magnet synchronous motors (IPMSMs). These MRAS estimators estimate stator resistance and PM flux by analysing the error between the stator currents measured as the reference model and the stator currents generated by the adaptive model. The performance of the proposed estimators is assessed through simulation studies. Furthermore, the proposed approach is compared to a conventional MRAS employing a fixed-gain proportional-integral (PI) controller. Simulation results and error analyses indicate that the VSC-based MRAS algorithms outperform traditional PI-based MRAS in terms of accuracy and reliability. Additionally, the proposed method eliminates the reliance on a fixed-gain PI controller, a common component in conventional MRAS systems.
Comparative Analysis of Modulation Shapes on Laser Diode Performance with a High-Efficiency LLC Resonant Converter Driver
(Wiley, 2026) Yigit, Hayri; Rifat boynuegri, Ali; Tekgun, Burak; Rifat Boynuegri, Ali
High-power laser diodes (LDs) are key components in laser-based wireless power transfer (WPT) systems, where end-to-end efficiency is one of the most critical performance metrics. This study investigates the driving performance of an LD powered by a high-efficiency LLC resonant converter under three distinct excitation waveforms-sinusoidal, triangular, and rectified-sine-using a MATLAB/SIMULINK model and an experimental setup designed to reproduce real-world operating conditions. Each waveform is synthesized through frequency modulation of a full-bridge inverter stage and filtered at the output. The analysis examines the impact of modulation shape on output current ripple, converter efficiency, and overall LD efficiency. Experimental validation confirms the simulation trends, underscoring the trade-offs between waveform smoothness, implementation complexity, and efficiency. Beyond confirming that constant-current operation yields the highest LD efficiency, this study explicitly quantifies how low-frequency current ripple induced by different modulation waveforms propagates through the LLC resonant converter, alters RMS current stress, and translates into measurable efficiency degradation at both the driver and LD levels. By experimentally correlating waveform symmetry, ripple magnitude, and loss mechanisms, the work establishes practical design boundaries for waveform-modulated laser drivers in WPT systems.
Citation - WoS: 20
Citation - Scopus: 27
Core Loss Estimation in Electric Machines With Flux-Controlled Core Loss Tester
(IEEE-Inst Electrical Electronics Engineers Inc, 2019) Tekgun, Burak; Sozer, Yilmaz; Tsukerman, Igor; Upadhyay, Parag; Englebretson, Steven
The complexity of core loss estimation is a serious challenge in the design of high-efficiency electric machines. Current estimation methods based on the Steinmetz equation and loss separation are not accurate enough, even at the rated conditions. This paper describes a loss estimation technique combining finite-element analysis (FEA) and actual core loss measurements. First, flux density waveforms in various parts of the electric machine are determined using FEA. Second, the same waveforms are generated in a wound toroidal core made of the same material as used in the machine. The loss is measured per unit mass, and then the total motor core loss is calculated by integrating the measured W/kg loss values for predefined sections of the motor. These estimation results are compared with those of the Bertotti method. The proposed procedure is shown to improve the accuracy of loss estimation.
Dalgıç Pompa Uygulamaları İçin Doğrudan Yol Vermeli Senkron Relüktans Motorunun Tasarım Optimizasyonu ve Gerçeklemesi
(2023) Tekgun, Burak; Tekgün, Didem; Alan, Irfan
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.
Dalgıç Pompa Uygulamaları için Doğrudan Yol Vermeli Senkron Relüktans Motorunun Tasarım Optimizasyonu ve Gerçeklemesi
(2023) Tekgun, Burak; Tekgün, Didem; Alan, Irfan
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.
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
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 - WoS: 5
Citation - Scopus: 5
Design and Control of a Single Phase DC/Rectified AC/AC Inverter for Low THD Applications
(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2018) Tekgun, Burak; Tekgun, Didem; Alan, İrfan; Badawy, Mohamed O.
In this paper, a single phase DC/Rectified AC/AC (DC/RAC/AC) inverter is analyzed and compared to classical single phase PWM inverters. A traditional AC power supply (PS) system consists of a DC/DC converter, a cascaded H-bridge inverter, and a passive filter to generate the sinusoidal output voltage. The presented DC/RAC/AC inverter has a similar structure; however, the control of the cascaded units differ. The presented method generates rectified sine wave at the output of the DC/DC converter unit and the H-bridge inverter alternates the rectified sine wave to generate the full sine wave without having an additional output filter; hence, the switching losses at the H-bridge inverter is limited to the line frequency (50-60 Hz). Moreover, the bulk DC bus capacity at the output of the DC/DC converter is reduced significantly. Therefore, the power consumed by the passive elements are minimized. The circuit modes of operation are analyzed and the system is simulated in Matlab/Simulink environment for both traditional and proposed topologies. Results show that the proposed system is superior to the traditional one in terms of efficiency, generated THD with a simplified control structure, and it offers a reduced system size and cost. © 2019 Elsevier B.V., All rights reserved.
Design and Optimization of an Outer Rotor Spoke Type PMSM With Improved Saliency for a Lightweight Racing Vehicle
(IEEE, 2024) Karatepe, Hasan Can; Tekgun, Burak; Tekun, Diclem; Tekgun, Didem
This paper presents the design and optimization of an outer rotor spoke-type permanent magnet synchronous motor, aimed at achieving high torque density. The improvement is accomplished by enhancing the saliency through a center shift of the rotor arc, while simultaneously minimizing cogging torque and torque ripple. The proposed design is optimized for an electro-mobile that will participate in TEKNOFEST's "Efficiency Challenge". A vehicle dynamics simulation with the parameters of the designed vehicle was done under the "New European Driving Cycle" (NEDC) to determine the required torque and speed values using MATLAB's "Virtual Vehicle Composer" application. The multi-objective differential evolution (MODE) algorithm was chosen for optimization and further altered for maximum torque per ampere (MTPA) angle sweep, since each optimization individual would have a different MTPA angle. The optimization was conducted with 40 generations and 522 individual designs. An optimal solution from the Pareto-Front was selected and its performance was investigated using the 2D finite element analysis (FEA).
Design and Real-Time Implementation of a Sliding Mode Observer Utilizing Voltage Signal Injection and PLL for Sensorless Control of IPMSMs
(Elsevier - Division Reed Elsevier India Pvt Ltd, 2024) Ates, Ertugrul; Tekgun, Burak; Ablay, Gunyaz; Barut, Murat
In this study, a sliding mode observer (SMO) based on high-frequency (HF) voltage signal injection and a phase-locked loop (PLL) is proposed for estimating the extended electromotive force (EEMF), rotor position, and rotor velocity of an interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM). This approach addresses real-time estimation challenges associated with standard SMO and PLL at very low speeds and standstill. A reliable and accurate sensorless speed control system for IPMSM is then developed and implemented in real time using the proposed SMO and PLL, covering a wide range of speeds, including low-speed and standstill conditions. The SMO effectively estimates the EEMF, while the PLL extracts the rotor velocity and position based on these estimates. Compared to conventional SMO and PLL methods, real-time results from an 8-pole, 0.4 kW IPMSM demonstrate the superior efficiency of the proposed system.
Citation - Scopus: 10
Design Optimization of an Outer Rotor PMSM for a Drive Cycle Using an Improved Mode Algorithm for a Lightweight Racing Vehicle
(Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2020) Coşdu, Muhammed Muhsin; Hacan, Ahmet Furkan; Tekgun, Burak
Hub motors are widely used for light-weight electric drives. The aim of this paper is to design a highly efficient out-runner permanent magnet synchronous motor (PMSM) for a specific drive cycle in order to use it in an electro mobile contest called the 'Efficiency Challenge'. A multiobjective differential evaluation (MODE) algorithm is used to obtain a variety of different design options. The MODE algorithm is altered to incur less computational cost and yield better-distributed results in a comparison with traditional MODE. The alteration is performed in five different aspects: Pareto Front, Selection Algorithm, Population Size, Scaling Factor, and Rectification. The objectives for differential evaluation optimization are minimizing the motor mass and maximizing efficiency for the target drive cycle. The voltage limit and the torque ripple are defined as constraints. The optimization algorithm is written in MATLAB and the finite element analysis (FEA) is conducted in ANSYS/Maxwell 2D. The modified MODE algorithm is optimized for the PMSM with 100 generations and 3282 candidate designs. A well-distributed Pareto optimal solution set is obtained, and a suitable design is selected to be manufactured. © 2022 Elsevier B.V., All rights reserved.
Citation - WoS: 9
Design Optimization of an Outer Rotor Pmsm for a Drive Cycle Using an Improved Mode Algorithm for a Lightweight Racing Vehicle
(IEEE, 2020) Cosdu, Muhammed Muhsin; Hacan, Ahmet Furkan; Tekgun, Burak
Hub motors are widely used for light-weight electric drives. The aim of this paper is to design a highly efficient out-runner permanent magnet synchronous motor (PMSM) for a specific drive cycle in order to use it in an electro mobile contest called the "Efficiency Challenge". A multiobjective differential evaluation (MODE) algorithm is used to obtain a variety of different design options. The MODE algorithm is altered to incur less computational cost and yield better-distributed results in a comparison with traditional MODE. The alteration is performed in five different aspects: Pareto Front, Selection Algorithm, Population Size, Scaling Factor, and Rectification. The objectives for differential evaluation optimization are minimizing the motor mass and maximizing efficiency for the target drive cycle. The voltage limit and the torque ripple are defined as constraints. The optimization algorithm is written in MATLAB and the finite element analysis (FEA) is conducted in ANSYS/Maxwell 2D. The modified MODE algorithm is optimized for the PMSM with 100 generations and 3282 candidate designs. A well-distributed Pareto optimal solution set is obtained, and a suitable design is selected to be manufactured.
Development and Radiation Test of a Secondary Emission Ionization Calorimetry Module
(Pergamon-Elsevier Science Ltd, 2025) Paran, Nejdet; Tiras, Emrah; Tekgun, Burak; Abubakar, Saleh
The demand for precise, robust, and reliable radiation-resistant particle detectors and ionization calorimeters intensifies due to the escalating luminosity and unprecedented radiation conditions at particle colliders and accelerators. Secondary Emission (SE) Ionization Calorimetry is a novel technology designed to measure the energy of electromagnetic and hadronic particles, particularly in extreme radiation conditions. In this study, we have tested and investigated the development and radiation tests of the novel SE modules. The modules were developed by modifying the conventional Hamamatsu single-anode R7761 Photomultiplier Tubes (PMTs). Three different voltage conditions for the same module were created and the new modules were tested using cosmic and gamma radiation sources, Co-60. The results show that all three modes have good sensitivity to electromagnetic showers, and they are suitable for harsh radiation environments. This study also indicates that the SE module is a promising technology shedding light on future radiation-resistant nuclear and high-energy detectors. Here, we discuss the technical design, test characteristics, and cosmic and particle interaction results of the newly developed SE modules.
A Dithered Carrier Level Shifted Sine Pulse Width Modulation Technique for EMI Reduction in Cascaded H-Bridge Multi-Level Inverters
(IEEE, 2025) Unal, Semih; Tekgun, Burak
Growing utilization of high-power equipment, particularly in renewable energy systems and electric vehicle applications, has increased the popularity of multi-level inverters (MLI), owing to their capacity to produce high-fidelity sine wave output, compactness, and readily modifiable control devices. Electromagnetic Interference (EMI) is a prevalent problem associated with MLI topologies. Passive EMI filters can easily eliminate this problem. Still, the bulky components used inside these filters lead to a rise in the system's overall size, weight, and production cost. This work presents a novel modulation technique called dithered carrier level shifted sine pulse width modulation (DCLS-SPWM) with the target of reducing electromagnetic interference in cascaded H-bridge multi-level inverters (CHB-MLIs). This method reduces EMI by diffusing harmonics, typically concentrated in lower frequency bands, into higher stages. In the case of DCLS-SPWM, the carrier signal frequency is dithered over a time interval while maintaining the same overall number of switching events. This destabilizes the steady-state conditions intrinsic to the modulation, resulting in a more uniform harmonic distribution. In this study, a 9-level CHB-MLI simulation is built using MATLAB-Simulink, where each module receives a 100V DC input. The efficacy of the proposed DCLS-SPWM method on harmonic reduction is analyzed and validated.
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
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: 9
Citation - Scopus: 9
FEA Based Fast Topology Optimization Method for Switched Reluctance Machines
(Springer, 2022) Tekgun, Didem; Tekgun, Burak; Alan, Irfan
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.
Citation - Scopus: 1
Four Switch Buck-Boost Quasi Single-Stage Inverter With Smooth Mode Transition Using Three-Mod Modulation Technique
(IEEE, 2024) Keskinkilic, Ebubekir; Tckgun, Burak; Tekgun, Burak
Quasi-single-stage inverters (QSSI) attract attention due to their simple structure and bidirectional operation capability. However, in the buck-boost DC-DC conversion stage, smooth transition, and efficient conversion cannot be achieved when the output voltage is close to the input voltage with the traditional two-mode control method. This is due to the pulse width ratio limitations, and non-idealities of the active and passive components. In this paper, a comparative analysis of the mode transition techniques in QSSIs is presented using methods available for DC/DC converters. The system efficiency and output voltage signal quality are selected as the performance metrics as they are important performance parameters in many applications. A 2kW QSSI is controlled using single-mode, two-mode, and three-mode modulation techniques. Simulation and experimental studies are conducted for validation. Based on these studies, it is concluded that the single-mode modulation technique performed the best in eliminating dead zone effects and reducing total harmonic distortion (THD), whereas the two-mode modulation technique achieved the highest system efficiency. The three-mode modulation has superior performance on dead zone elimination compared to the two-mode modulation and better system efficiency than the single-mode modulation method. Experimental results indicate that the three-mode modulation achieved an efficiency of 91.12% with a THD of 3.73%.
In-Pipe Electrical Machine Design for Smart Clean Water Grid Monitoring and Control Stations
(IEEE, 2025) Erkan, Murat; Boynuegri, Ali Rifat; Tekgun, Burak
This study presents the design of an electric machine intended to supply the electrical energy required for the operation of electronic devices and mechanical equipment that form part of a clean water smart grid network powered by renewable energy sources. The proposed machine is a permanent magnet synchronous generator (PMSG), specifically designed to operate under realistic physical and hydraulic conditions within clean water distribution infrastructure. The in-pipe turbine responsible for driving the rotor of the generator was selected based on findings from a symposium paper identified through a comprehensive literature review. The daily energy requirements of the smart grid's electronic and industrial mechanical components were both theoretically estimated and experimentally validated, leading to the selection of a suitable energy storage unit. Pressure data from the clean water distribution line located on the street of the design office was measured and recorded at one second intervals over a 24-hour period. Using this dataset, the optimal hydraulic conditions and time frame for battery charging were identified from the pressure-time profile. A representative duty cycle was then defined, and the performance analysis of the in-pipe permanent magnet synchronous generator was carried out accordingly.
Citation - WoS: 7
Citation - Scopus: 9
Instantaneous Torque Error Compensation Based Online Torque Sharing Function for Switched Reluctance Machines
(Elsevier, 2023) Genc, Ufuk; Tekgun, Burak
An online torque sharing function (TSF) with instantaneous torque error compensation method for switched reluctance machines is proposed to maintain a minimized ripple operation. The proposed method adjusts the shared torque between the phases based on instantaneous torque error different than the existing TSF methods formulated with a mathematical expression. The objective of this approach is to benefit from the outgoing phase torque as it has slow current dynamics due to the high inductance. Also, the incoming phase is turned on as soon as it can generate positive torque. During this process, the total torque is estimated instantaneously using lookup tables, and a correction current is calculated and injected into the incoming phase reference current as the inductance is low and current dynamics are fast. This way, the torque ripple is reduced for a wide speed range. Compared to the conventional linear, sinusoidal, exponential, and cubic TSFs, better torque ripple performance is obtained.& COPY; 2023 THE AUTHORS. Published by Elsevier BV on behalf of Faculty of Engineering, Alexandria University. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons.org/licenses/by/