Research Article
BibTex RIS Cite

Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri ile Topoloji ve Anahtar Seçimi Uygulanması

Year 2025, Volume: 15 Issue: 2, 21 - 29, 30.05.2025

Gülsüm Yıldırız

https://doi.org/10.61512/emobd.1599023

Abstract

Güç elektroniği sektöründe uygun topoloji ve anahtarlama elemanının seçimi; soğutucu ve filtre tasarımını, sistem performansını, verimi ve maliyeti etkiler. Uygulamanın gerilim, güç, çalışma frekansı gibi genel kısıtların yanında; maliyet, çalışma şartları ve hacim gibi endüstriyel seri üretim kısıtları da seçimi etkiler. Endüstriyel çalışmalarda güç elektroniği topolojisi-yarı iletken anahtar seçimi için maliyet veya termal performans öne çıkarken, akademik araştırmalarda anahtarlama kayıpları ve verim önemlidir. Birden fazla kriter ve bu kriterlerinin ağırlıklarına göre işletilecek bir karar verme süreci, daha gerçekçi ve doğru sonuçlar verecektir. Bu noktada Çok Ölçütlü Karar Verme (ÇÖKV) yöntemleri kullanılmaktadır. Çalışmada 5 kW, 1200V, 30-60 kHz frekans aralığındaki yüksek hızlı AC motor sürücü topolojisi için; güç kaybı, anahtarlama hızı, hacim ve fiyat seçim ölçütleri dikkate alınarak TOPSİS ve AHP yöntemleriyle seçim yapılmıştır. Üç seviyeli IGBT tabanlı T-NPC ve iki seviyeli SiC-MOSFET tabanlı sürücü arasında yapılan seçimde, her iki yönteminin sonucunda da, iki seviyeli SiC-MOSFET tabanlı sürücü seçimi uygun bulunmuştur.

Keywords

Si-IGBT SiC-MOSFET Anahtar seçimi AHP TOPSIS

Ethical Statement

Bu çalışmanın, özgün bir çalışma olduğunu; çalışmanın hazırlık, veri toplama, analiz ve bilgilerin sunumu olmak üzere tüm aşamalarından bilimsel etik ilke ve kurallarına uygun davrandığımı; bu çalışma kapsamında elde edilmeyen tüm veri ve bilgiler için kaynak gösterdiğimi ve bu kaynaklara kaynakçada yer verdiğimi; kullanılan verilerde herhangi bir değişiklik yapmadığımı, çalışmanın Committee on Publication Ethics (COPE)' in tüm şartlarını ve koşullarını kabul ederek etik görev ve sorumluluklara riayet ettiğimi beyan ederim. Herhangi bir zamanda, çalışmayla ilgili yaptığım bu beyana aykırı bir durumun saptanması durumunda, ortaya çıkacak tüm ahlaki ve hukuki sonuçlara razı olduğumu bildiririm.

References

  • [1] T. Halder, “Selection of switching skills of the power MOSFET in the static converter”, In 2017 14th IEEE India Council International Conference (INDICON), 2017, 1-6.
  • [2] A. Durusu, ve A. Erduman, “PV Panellerin Farklı Koşullar Altında IV Eğrisini Çıkartan ve Maksimum Güç Noktası Takibi Yapan Deney Sisteminin Tasarımı”, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(3), 1242-1250, 2020.
  • [3] G. Ferreira da Silva, “Improved regenerative braking in electric vehicles through switch selection optimization”, University of British Columbia, Yüksek Lisans Tezi, 2021.
  • [4] F. Chang, O. Ilina, M. Lienkamp, ve L. Voss, “Improving the overall efficiency of automotive inverters using a multilevel converter composed of low voltage si mosfet”, IEEE Transactions on Power Electronics, 34(4), 3586-3602, 2018.
  • [5] E. Macrae, R. Pollock, N, McNeill, D. Holliday, K. Ahmed, ve B.W. Williams, “Experimental efficiency comparison of a superjunction MOSFET, IGBT and SiC MOSFET for switched reluctance machine drives”, IET Conference Proceedings, Cilt 4, 2022, pp. 583-587.
  • [6] A. Albanna, A. Malburg, M. Anwar, A. Guta, ve N. Tiwari, “Performance comparison and device analysis between Si IGBT and SiC MOSFET”, In 2016 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2016, 1-6.
  • [7] J. Gallagher, ve D. Seals, “Design considerations for the power electronics of an electric vehicle propulsion inverter”, In Proceedings of WESCON'94, 34-40, 1994.
  • [8] J. Loncarski, M. Ricco, V. Monteiro, ve V.G. Monopoli, “Efficiency comparison of a DC-DC interleaved converter based on SiC-MOSFET and Si-IGBT devices for EV chargers”, In 2020 IEEE 14th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG), Vol. 1, 2020, pp. 517-522.
  • [9] W. Zhou, ve X. Yuan, “Experimental Evaluation of SiC M osfet s in Comparison to Si IGBTs in a Soft-Switching Converter”, IEEE Transactions on Industry Applications, 56(5), 5108-5118, 2020.
  • [10] C.D. Fuentes, M. Müller, S. Bernet, ve S. Kouro, “SiC-MOSFET or Si-IGBT: Comparison of design and key characteristics of a 690 V grid-tied industrial two-level voltage source converter”, Energies, 14(11), 3054, 2021.
  • [11] J. Srijeeth, S.R. Mohanrajan, ve A. Vijayakumari, “Performance comparison of Si-IGBT and SiC-MOSFET in an inverter application using DPT”, In 2021 IEEE 2nd International Conference on Smart Technologies for Power, Energy and Control (STPEC), 2021, pp. 1-5.
  • [12] S. Aslan, M. Ozturk, ve N. Altintas, “A comparative study of SiC and Si power devices in induction cookers”, 5th International Conference on Electrical and Electronic Engineering (ICEEE), 2018, pp. 297-301.
  • [13] D. Ronanki, ve S.S. Williamson, “Topological overview on solid-state transformer traction technology in high-speed trains”, IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2018, pp. 32-37.
  • [14] J.O. Gonzalez, R. Wu, S. Jahdi, ve O. Alatise, “ Performance and reliability review of 650 V and 900 V silicon and SiC devices: MOSFETs, cascode JFETs and IGBTs”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 67(9), 7375-7385, 2019.
  • [15] S. Dutta, ve A.K. Yadav, “Power Loss Comparison of Si-IGBT SiC-MOSFET And GaN Based 3-level Diode Clamped Inverter fed Induction Motor Drive”, IEEE International Conference on Power Electronics, Smart Grid, and Renewable Energy (PESGRE), 2023 pp. 1-6.
  • [16] J. Loncarski, H.A. Hussain, ve A. Bellini, “Efficiency, Cost, and Volume Comparison of SiC-Based and IGBT-Based Full-Scale Converter in PMSG Wind Turbine. Electronics, 12(2), 385, 2023.
  • [17] J. Loncarski, V.G. Monopoli, R. Leuzzi, P. Zanchetta, ve F. Cupertino, “Efficiency, cost and volume comparison of Si-IGBT based T-NPC and 2-level SiC-MOSFET based topology with dv/dt filter for high speed drives”, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 3718-3724, 2020.
  • [18] M. Hamurcu, E. Çakır, ve T. Eren, “ Kullanıcı perspektifli çok kriterli karar verme ile elektrikli araçlarda batarya seçimi”, International Journal of Engineering Research and Development, 13(2), 733-749, 2021.
  • [19] M.K. Loganathan, B. Mishra, C.M. Tan, T. Kongsvik, ve R.N. Rai, “Multi-Criteria decision making (MCDM) for the selection of Li-Ion batteries used in electric vehicles (EVs), Materials Today: Proceedings, 41, 1073-1077, 2021.
  • [20] A. Abdulvahitoğlu, A. Abdulvahitoğlu, ve M. Kılıç” Elektrikli Araç Bataryalarının Bütünleşik Swara-Topsis Metodu ile Değerlendirilmesi”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 37(4), 1061-1076, 2022.
  • [21] D. Barić, S. Grabušić, M. Jakara, ve M. Emanović, “ Reviewing the Cost–Benefit Analysis and Multi-Criteria Decision-Making Methods for Evaluating the Effectiveness of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles”, Sustainability, 16(1), 233, 2023.
  • [22] L. Tuimala, “Choosing a three-phase converter topology for low-power applications based on subjective selection criteria.” Yüksek Lisans Tezi Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT, 2023.
  • [23] O. Alavi, T. Rajabloo, W. De Ceuninck, M. Daenen, “Non-isolated DC-DC converters in fuel cell applications: Thermal analysis and reliability comparison.”, Applied Sciences, 12(10), 5026, 2022.
  • [24] T.V. Do, M. Kandidayeni, J. P. F. Trovão, L. Boulon, “Multi-criteria ranking of Z-source inverter topologies for a three-wheel fuel cell hybrid electric vehicle.” IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2023.
  • [25] V.V. Shimin, V.A. Shah, M.M. Lokhande, “An advanced semiconductor material selection for switching devices in electric vehicles using three multiple attribute decision making methods.” AIMS Electronics and Electrical Engineering, 4(4), 369-388, 2020.
  • [26] S. Baek, Y. Cho, B.G. Cho, C. Hong, “Performance comparison between two-level and three-level SiC-based VFD applications with output filters.” IEEE Transactions on Industry Applications, 55(5), 4770-4779, 2019.
  • [27] X. Li, L. Ma, “Comprehensive comparison of efficiency in the three-phase active rectifier and TNPC with SiC MOSFET for the electric vehicle charger.” In 2023 25th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'23 ECCE Europe), IEEE, September 2023, pp. 1-8.
  • [28] J. Loncarski, V.G. Monopoli, R. Leuzzi, L. Ristic, F. Cupertino, “Analytical and simulation fair comparison of three level Si IGBT based NPC topologies and two level SiC MOSFET based topology for high speed drives.”, Energies, 12(23), 4571, 2019.
  • [29] ROHM Semiconductor, URL: https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/datasheet/discrete/sic/mosfet/sct3080klhr-e.pdf (Erişim tarihi: 01.10.2025)
  • [30] ROHM Semiconductor, URL: https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/datasheet/discrete/igbt/rgs50tsx2dhr-e.pdf (Erişim tarihi: 01.10.2025)
  • [31] ROHM Semiconductor, URL: https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/datasheet/discrete/igbt/rgcl80tk60d-e.pdf (Erişim tarihi: 01.10.2025)

Year 2025, Volume: 15 Issue: 2, 21 - 29, 30.05.2025

Gülsüm Yıldırız

https://doi.org/10.61512/emobd.1599023

Abstract

References

  • [1] T. Halder, “Selection of switching skills of the power MOSFET in the static converter”, In 2017 14th IEEE India Council International Conference (INDICON), 2017, 1-6.
  • [2] A. Durusu, ve A. Erduman, “PV Panellerin Farklı Koşullar Altında IV Eğrisini Çıkartan ve Maksimum Güç Noktası Takibi Yapan Deney Sisteminin Tasarımı”, Bitlis Eren Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, 9(3), 1242-1250, 2020.
  • [3] G. Ferreira da Silva, “Improved regenerative braking in electric vehicles through switch selection optimization”, University of British Columbia, Yüksek Lisans Tezi, 2021.
  • [4] F. Chang, O. Ilina, M. Lienkamp, ve L. Voss, “Improving the overall efficiency of automotive inverters using a multilevel converter composed of low voltage si mosfet”, IEEE Transactions on Power Electronics, 34(4), 3586-3602, 2018.
  • [5] E. Macrae, R. Pollock, N, McNeill, D. Holliday, K. Ahmed, ve B.W. Williams, “Experimental efficiency comparison of a superjunction MOSFET, IGBT and SiC MOSFET for switched reluctance machine drives”, IET Conference Proceedings, Cilt 4, 2022, pp. 583-587.
  • [6] A. Albanna, A. Malburg, M. Anwar, A. Guta, ve N. Tiwari, “Performance comparison and device analysis between Si IGBT and SiC MOSFET”, In 2016 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2016, 1-6.
  • [7] J. Gallagher, ve D. Seals, “Design considerations for the power electronics of an electric vehicle propulsion inverter”, In Proceedings of WESCON'94, 34-40, 1994.
  • [8] J. Loncarski, M. Ricco, V. Monteiro, ve V.G. Monopoli, “Efficiency comparison of a DC-DC interleaved converter based on SiC-MOSFET and Si-IGBT devices for EV chargers”, In 2020 IEEE 14th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering (CPE-POWERENG), Vol. 1, 2020, pp. 517-522.
  • [9] W. Zhou, ve X. Yuan, “Experimental Evaluation of SiC M osfet s in Comparison to Si IGBTs in a Soft-Switching Converter”, IEEE Transactions on Industry Applications, 56(5), 5108-5118, 2020.
  • [10] C.D. Fuentes, M. Müller, S. Bernet, ve S. Kouro, “SiC-MOSFET or Si-IGBT: Comparison of design and key characteristics of a 690 V grid-tied industrial two-level voltage source converter”, Energies, 14(11), 3054, 2021.
  • [11] J. Srijeeth, S.R. Mohanrajan, ve A. Vijayakumari, “Performance comparison of Si-IGBT and SiC-MOSFET in an inverter application using DPT”, In 2021 IEEE 2nd International Conference on Smart Technologies for Power, Energy and Control (STPEC), 2021, pp. 1-5.
  • [12] S. Aslan, M. Ozturk, ve N. Altintas, “A comparative study of SiC and Si power devices in induction cookers”, 5th International Conference on Electrical and Electronic Engineering (ICEEE), 2018, pp. 297-301.
  • [13] D. Ronanki, ve S.S. Williamson, “Topological overview on solid-state transformer traction technology in high-speed trains”, IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 2018, pp. 32-37.
  • [14] J.O. Gonzalez, R. Wu, S. Jahdi, ve O. Alatise, “ Performance and reliability review of 650 V and 900 V silicon and SiC devices: MOSFETs, cascode JFETs and IGBTs”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 67(9), 7375-7385, 2019.
  • [15] S. Dutta, ve A.K. Yadav, “Power Loss Comparison of Si-IGBT SiC-MOSFET And GaN Based 3-level Diode Clamped Inverter fed Induction Motor Drive”, IEEE International Conference on Power Electronics, Smart Grid, and Renewable Energy (PESGRE), 2023 pp. 1-6.
  • [16] J. Loncarski, H.A. Hussain, ve A. Bellini, “Efficiency, Cost, and Volume Comparison of SiC-Based and IGBT-Based Full-Scale Converter in PMSG Wind Turbine. Electronics, 12(2), 385, 2023.
  • [17] J. Loncarski, V.G. Monopoli, R. Leuzzi, P. Zanchetta, ve F. Cupertino, “Efficiency, cost and volume comparison of Si-IGBT based T-NPC and 2-level SiC-MOSFET based topology with dv/dt filter for high speed drives”, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), pp. 3718-3724, 2020.
  • [18] M. Hamurcu, E. Çakır, ve T. Eren, “ Kullanıcı perspektifli çok kriterli karar verme ile elektrikli araçlarda batarya seçimi”, International Journal of Engineering Research and Development, 13(2), 733-749, 2021.
  • [19] M.K. Loganathan, B. Mishra, C.M. Tan, T. Kongsvik, ve R.N. Rai, “Multi-Criteria decision making (MCDM) for the selection of Li-Ion batteries used in electric vehicles (EVs), Materials Today: Proceedings, 41, 1073-1077, 2021.
  • [20] A. Abdulvahitoğlu, A. Abdulvahitoğlu, ve M. Kılıç” Elektrikli Araç Bataryalarının Bütünleşik Swara-Topsis Metodu ile Değerlendirilmesi”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Dergisi, 37(4), 1061-1076, 2022.
  • [21] D. Barić, S. Grabušić, M. Jakara, ve M. Emanović, “ Reviewing the Cost–Benefit Analysis and Multi-Criteria Decision-Making Methods for Evaluating the Effectiveness of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles”, Sustainability, 16(1), 233, 2023.
  • [22] L. Tuimala, “Choosing a three-phase converter topology for low-power applications based on subjective selection criteria.” Yüksek Lisans Tezi Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT, 2023.
  • [23] O. Alavi, T. Rajabloo, W. De Ceuninck, M. Daenen, “Non-isolated DC-DC converters in fuel cell applications: Thermal analysis and reliability comparison.”, Applied Sciences, 12(10), 5026, 2022.
  • [24] T.V. Do, M. Kandidayeni, J. P. F. Trovão, L. Boulon, “Multi-criteria ranking of Z-source inverter topologies for a three-wheel fuel cell hybrid electric vehicle.” IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2023.
  • [25] V.V. Shimin, V.A. Shah, M.M. Lokhande, “An advanced semiconductor material selection for switching devices in electric vehicles using three multiple attribute decision making methods.” AIMS Electronics and Electrical Engineering, 4(4), 369-388, 2020.
  • [26] S. Baek, Y. Cho, B.G. Cho, C. Hong, “Performance comparison between two-level and three-level SiC-based VFD applications with output filters.” IEEE Transactions on Industry Applications, 55(5), 4770-4779, 2019.
  • [27] X. Li, L. Ma, “Comprehensive comparison of efficiency in the three-phase active rectifier and TNPC with SiC MOSFET for the electric vehicle charger.” In 2023 25th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'23 ECCE Europe), IEEE, September 2023, pp. 1-8.
  • [28] J. Loncarski, V.G. Monopoli, R. Leuzzi, L. Ristic, F. Cupertino, “Analytical and simulation fair comparison of three level Si IGBT based NPC topologies and two level SiC MOSFET based topology for high speed drives.”, Energies, 12(23), 4571, 2019.
  • [29] ROHM Semiconductor, URL: https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/datasheet/discrete/sic/mosfet/sct3080klhr-e.pdf (Erişim tarihi: 01.10.2025)
  • [30] ROHM Semiconductor, URL: https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/datasheet/discrete/igbt/rgs50tsx2dhr-e.pdf (Erişim tarihi: 01.10.2025)
  • [31] ROHM Semiconductor, URL: https://fscdn.rohm.com/en/products/databook/datasheet/discrete/igbt/rgcl80tk60d-e.pdf (Erişim tarihi: 01.10.2025)
There are 31 citations in total.

Details

Primary Language Turkish
Subjects Electrical Machines and Drives
Journal Section Akademik ve/veya teknolojik bilimsel makale
Authors

Gülsüm Yıldırız

Publication Date May 30, 2025
Submission Date December 10, 2024
Acceptance Date March 18, 2025
Published in Issue Year 2025 Volume: 15 Issue: 2

Cite

APA Yıldırız, G. (2025). Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri ile Topoloji ve Anahtar Seçimi Uygulanması. EMO Bilimsel Dergi, 15(2), 21-29. https://doi.org/10.61512/emobd.1599023
AMA Yıldırız G. Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri ile Topoloji ve Anahtar Seçimi Uygulanması. EMO Bilimsel Dergi. May 2025;15(2):21-29. doi:10.61512/emobd.1599023
Chicago Yıldırız, Gülsüm. “Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri Ile Topoloji Ve Anahtar Seçimi Uygulanması”. EMO Bilimsel Dergi 15, no. 2 (May 2025): 21-29. https://doi.org/10.61512/emobd.1599023.
EndNote Yıldırız G (May 1, 2025) Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri ile Topoloji ve Anahtar Seçimi Uygulanması. EMO Bilimsel Dergi 15 2 21–29.
IEEE G. Yıldırız, “Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri ile Topoloji ve Anahtar Seçimi Uygulanması”, EMO Bilimsel Dergi, vol. 15, no. 2, pp. 21–29, 2025, doi: 10.61512/emobd.1599023.
ISNAD Yıldırız, Gülsüm. “Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri Ile Topoloji Ve Anahtar Seçimi Uygulanması”. EMO Bilimsel Dergi 15/2 (May 2025), 21-29. https://doi.org/10.61512/emobd.1599023.
JAMA Yıldırız G. Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri ile Topoloji ve Anahtar Seçimi Uygulanması. EMO Bilimsel Dergi. 2025;15:21–29.
MLA Yıldırız, Gülsüm. “Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri Ile Topoloji Ve Anahtar Seçimi Uygulanması”. EMO Bilimsel Dergi, vol. 15, no. 2, 2025, pp. 21-29, doi:10.61512/emobd.1599023.
Vancouver Yıldırız G. Yüksek Hızlı AC Sürücülerde Çok Ölçütlü Karar Verme Yöntemleri ile Topoloji ve Anahtar Seçimi Uygulanması. EMO Bilimsel Dergi. 2025;15(2):21-9.
 Download Cover Image

EMO BİLİMSEL DERGİ
Elektrik, Elektronik, Bilgisayar, Biyomedikal, Kontrol Mühendisliği Bilimsel Hakemli Dergisi
TMMOB ELEKTRİK MÜHENDİSLERİ ODASI 
IHLAMUR SOKAK NO:10 KIZILAY/ANKARA
TEL: +90 (312) 425 32 72 (PBX) - FAKS: +90 (312) 417 38 18
bilimseldergi@emo.org.tr