1.1 Objectius de la tesi.En els últims anys el control del parell i de la velocitat del motor d'inducció ha estat llargament estudiat. Un cop s'ha considerat que les prestacions dinàmiques assolibles eren ja suficientment satisfactòries, els diferents investigadors han reorientat els seus esforços cap a altres enfocs relacionats, ja no únicament amb el MI estrictament parlant, sinó amb tot el sistema que constitueix l'accionament amb si mateix.L'objectiu principal d'aquesta tesi és posar en evidència, l'existència d'unes idealitzacions i limitacions dels controls tradicionals de parell i velocitat del motor d'inducció (bàsicament del Control Vectorial i del DTC), així com a proposar mètodes i algorismes alternatius que superin a les mateixes.1.2 Estructura i contingutEl Capítol 1 conté una introducció al treball.El segon capítol Modelització del motor d'inducció, presenta les principals tècniques i equacions, que porten a descriure d'una forma dinàmica al MI.El tercer capítol, Control de parell i velocitat del MI, es descriuen els Control Vectorial i el Control Directe de Parell (DTC), ja que són els més estudiats en la literatura.El quart capítol, Estudi dels bucles de corrent, tracta més en profunditat una de les limitacions que presenta el Control Vectorial, l'estudi de les interaccions que hi ha entre els dos llaços de regulació de les intensitats de l'estator (la seva component directa i en quadratura).En el cinquè capítol, OSVPWM (Optimized Space Vector PWM), es presenta un estudi detallat dels diferents mètodes d'ondulació (DC/AC) que existeixen. D'entre tots aquests, s'estudia amb molt més deteniment el Space Vector PWM (SVPWM), aportant un nou algorisme d'implementació del mateix (optimitzat per DSP's), així com posant en evidència la negativa influència dels temps morts sobre el mateix.El sisè capítol presenta l'ODTC (Optimized Direct Torque Control), com a resum de tots els capítols anteriors.1.3 Aportacions d'aquesta tesi.En la modelització matemàtica del Motor d'Inducció, s'ha arribat a la formulació d'una equació genèrica, que engloba totes les possibles referències, i totes les definicions d'intensitats magnetitzants.En l'estudi del DTC s'ha presentat una nova taula de commutació, que permet disminuir l'excessiu arrissat de parell que presenta la taula de commutació tradicional.En l'estudi del SVPWM s'ha presentat una nova formulació molt més apta per a la seva implementació en DSP (Digital Signal Processor). Igualment, s'ha posat en evidència la important influència dels temps morts dels interruptors, en la THD (Tasa de Distorsió Harmònica) de l'ona de tensió de sortida de l'ondulador proposant un algorisme de compensació (OSVPWM).S'ha proposat un nou algorisme de control del parell del MI, incorporant les prestacions del DTC en règim transitori (ràpida resposta del parell), i les prestacions del Control Vectorial en règim permanent (petit arrissat de parell), amb la incorporació de l'OSVPWM com a estratègia de modulació.Finalment destacar, l'aportació d'un equip experimental basat en DSP, de disseny molt versàtil i robust, i que incorpora tota una sèrie d'eines de desenvolupament que el fan molt útil per a l'experimentació de noves lleis de control, referides principalment al motor d'inducció, però que també s'ha demostrat eficient alhora de treballar amb altres plantes com és el cas dels SAI's (Sistemes d'Alimentació Ininterrompuda).1.4 Futures línies de recerca.Seguir treballant en l'estudi del OSVPM, però en el cas de la sobremodulació, és a dir, quan la tensió de consigna superi o surti fora dels rangs d'aplicabilitat del mateix.Amb l'obtenció de l'equació que ens permet estimar l'arrissat màxim de parell, associat al conjunt motor-ondulador, estudiar el disseny de controladors per histèresi de banda d'histèresi variable (funció de l'estat de l'accionament).Finalment destacar, que amb el constant augment de la potència de càlcul dels DSP, les possibilitats de noves lleis de control del MI ("fuzzy logic" i "passivity control") són cada dia més possibles, i per tant s'han convertit en una línia de treball molt interessant.

A method for high performance output voltage control of a four-leg inverter based three-phase transformerless UPS is proposed. Voltage control loop is employed and the method employs stationary frame resonant filter controllers for the fundamental and harmonic frequency components. A capacitor current feedback loop provides active damping and enhances the output voltage dynamic performance. The controller design and implementation details are given. Linear and nonlinear loads for balanced and unbalanced load operating conditions are considered. The steadystate and dynamic performance of the UPS are investigated in detail. A scalar PWM method with implementation simplicity and high performance is proposed and implemented. The control and PWM methods are proven by means of theory, simulations, and experiments.

A voltage source inverter is commonly used to supply a variable frequency variable voltage to a three phase induction motor in a variable speed application. A suitable pulse width modulation (PWM) technique is employed to obtain the required output voltage in the line side of the inverter. Real-time methods for PWM generation can be broadly classified into triangle comparison based PWM (TCPWM) and space vector based PWM (SVPWM). In TCPWM methods such as sine-triangle PWM, three phase reference modulating signals are compared against a common triangular carrier to generate the PWM signals for the three phases. In SVPWM methods, a revolving reference voltage vector is provided as voltage reference instead of three phase modulating waves. The magnitude and frequency of the fundamental component in the line side are controlled by the magnitude and frequency, respectively, of the reference vector. The fundamental line side voltage is proportional to the reference magnitude during linear modulation. With sine-triangle PWM, the highest possible peak phase fundamental voltage is 0.5Vdc, where Vdc is the DC bus voltage, in the linear modulation zone. With techniques such as third harmonic injection PWM and space vector based PWM, the peak phase fundamental voltage can be as high as (formula) (i.e., 0:577Vdc)during linear modulation. To increase the line side voltage further, the operation of the VSI must be extended into the overmodulation region. The overmodulation region extends upto the six-step mode, which gives the highest possible ac voltage for a given (formula). In TCPWM based methods, increasing the reference magnitude beyond a certain level leads to pulse dropping, and gradually leads to six-step operation. However, in SVPWM methods, an overmodulation algorithm is required for controlling the line-side voltage during overmodulation and to achieve a smooth transition from PWM to six-step mode. Numerous overmodulation algorithms have been proposed in the literature for space vector modulated inverter. A well known algorithm among these divides the overmodulation zone into two zones, namely zone-I and zone-II. This is termed as the 'existing overmodulation algorithm' here. This algorithm is modified in the present work to reduce computational burden without much increase in the line current distortion. During overmodulation, the fundamental line side voltage and the reference magnitude are not proportional, which is undesirable from the control point of view. The present work ensures a linear relationship between the two. Apart from the fundamental component, the inverter output voltage mainly consists of harmonic components at high frequencies (around switching frequency and the integral multiples) during linear modulation. However, during overmodulation, low order harmonic components such as 5th, 7th, 11th, 13th etc., are also present in the output voltage. These low order harmonic voltages lead to low order harmonic currents in the motor. The sum of the lower order harmonic currents is termed as 'lower order current ripple'. The present thesis proposes a method for estimation of lower order current ripple in real-time. In closed loop current control, the motor current is fed back to the current controller. During overmodulation, the motor current contains low order harmonics, which appear in the current error fed to the controller. These harmonic currents are amplified by the current error amplifier deteriorating the performance of the drive. It is possible to filter the lower order harmonic currents before being fed back. However, filtering introduces delay in the current loop, and reduces the bandwidth even during linear modulation. In the present work, the estimated lower order current ripple is subtracted from the measured current before the latter is fed back to the controller. The estimation of lower order current ripple and the proposed current control are verified through simulation using MATLAB/SIMULINK and also experimentally on a laboratory prototype. The experimental setup comprises of a field programmable gate arrays (FPGA) based digital controller, an IGBT based inverter and a four-pole squirrel cage induction motor. (Pl refer the original document for formula)

No description available.

This master thesis addresses the control of electric propulsion motors in a marine context. The focus lies mainly on the implementation of field oriented control (FOC) in a field programmable gate array (FPGA). The hypothesis is that FPGAs provide performance advantages over microcontroller-based control solutions by enabling parallel processing. Zparq AB, a startup specializing in electric marine propulsion, serves as the industry partner for this project. They develop sustainable alternatives to traditional fossil fuel powered propulsion, and the aim is to develop every included part of their electric propulsion systems inhouse. That makes the development of an FPGA-based motor control solution relevant to their goal. The research question focuses on how multiple marine propulsion motors can be controlled from a single FPGA. To answer this, the study investigates relevant engineering aspects such as reference frame transformations, motor control strategies, pulse width modulation (PWM) methods and technological aspects of modern FPGA architectures. For developing the motor controller, a Digilent Arty Z7-20 FPGA board is used. In the design process, all included functions are written as code in a hardware description language (HDL). This approach aims at maintaining complete insight in all details of the solution. Two variants of conventional FOC are developed; one with position feedback from an encoder and one sensorless. The developed motor controller is tested by controlling a brushless direct current (BLDC) motor, and the results prove the functionality of the encoder-based variant. They also show a latency of less than 15 microseconds and indicate the feasibility of the chosen approach. The modularity of the FPGA is demonstrated by successfully controlling two motors, using two copies of the developed solution in a single FPGA. A discussion on combining FPGA-based controllers with wide bandgap (WBG) semiconductors is also included, where the main discussed advantage is high switching frequency. In conclusion, the results and insights from the project contribute to future development of FPGA-based motor control solutions, both within Zparq and the research field. The insights regarding the specific chosen approach for the FPGA development can also be useful for similar projects. / Detta masterarbete behandlar styrning av elektriska motorer i ett marint kontext. Fokus ligger huvudsakligen på implementeringen av fältorienterad styrning (FOC) i en ifält-programmerbar grindmatris (FPGA). Hypotesen är att FPGAer erbjuder prestandafördelar jämfört med mikrokontroller-baserade styrlösningar, genom att möjliggöra parallella beräkningsprocesser. Zparq AB, ett startup som specialiserar sig på elektriska marina drivsystem, är industripartner för detta projekt. De utvecklar hållbara alternativ till traditionell fossildriven framdrift och målet är att på egen hand utveckla alla ingående delar i deras elektriska drivsystem. Det gör att utvecklingen av en FPGA-baserad lösning för motorstyrning är relevant inom ramen för deras mål. Forskningsfrågan fokuserar på hur ett flertal motorer för marin framdrift kan styras från en enda FPGA. För att svara på detta undersöks relevanta tekniska aspekter såsom koordinattransformationer, motorstyrningsstrategier, metoder för pulsbreddsmodulering (PWM) samt teknologiska aspekter av moderna FPGA-arkitekturer. För utvecklingen av motorstyrningen används ett Digilent Arty Z7-20 FPGA-kort. I designprocessen formuleras alla inkluderade funktioner som kod i ett hårdvarubeskrivande språk (HDL). Detta tillvägagångssätt syftar till att ha god insyn i hela lösningen, ner på detaljnivå. Två varianter av konventionell FOC utvecklas; en med positionsfeedback från vinkelgivare och en sensorlös. Den utvecklade motorstyrningen testas genom att driva en borstlös likströmsmotor (BLDC) och resultaten visar på den vinkelgivarbaserade variantens funktionalitet. De visar även att fördröjningen är under 15 mikrosekunder, samt på genomförbarheten av det valda tillvägagångssättet. Modulariteten i FPGAn demonstreras genom att framgångsrikt styra två motorer med hjälp av två kopior av den utvecklade lösningen i en och samma FPGA. En diskussion kring att kombinera FPGA-baserad styrning och halvledare med brett bandgap (WBG) är också inkluderad, där den huvudsakliga fördelen som diskuteras är hög switchfrekvens.svis bidrar resultaten och insikterna från projektet till framtida utveckling av FPGA-baserade lösningar för motorstyrning, både inom Zparq och övriga forskningsfältet. Insikterna från det specifika valda tillvägagångssättet för FPGA-utvecklingen kan även de vara användbara i liknande projekt.

Ce travail de recherche s'intéresse à la commande sans capteur mécanique du moteur synchrone à aimants permanents (MSAP) à pôles saillants, particulièrement en basse vitesse, avec détection de la position initiale du rotor. Après une présentation des techniques et approches qui ont initié nos travaux, en terme d'estimation de la vitesse et/ou de la position, nous avons choisi celles qui présentent plus d'intérêt de point de vue stabilité, robustesse, précision et simplicité d'implémentation. La première approche est basée sur le Système Adaptatif avec Modèle de Référence (MRAS). Quant à la deuxième, elle est réalisée autour d'un observateur non-linéaire pour l'estimation de la position et de la vitesse du MSAP à pôles saillants. Les deux techniques d'observation de la vitesse sont associées à une commande par orientation du flux rotorique avec la technique MLI vectorielle. Pour détecter la position initiale du rotor, nous avons utilisé une nouvelle approche qui permet d'estimer cette position avec une incertitude de ±5° mécanique. Cette nouvelle approche est basée sur l'application de signaux tests aux bornes des phases statoriques du MSAP. Des résultats de simulation et expérimentaux sont présentés tout au long de ces travaux pour valider les études théoriques de la commande vectorielle sans capteur mécanique du MSAP. Enfin, nous avons étudié et analysé les performances de la commande tolérante aux défauts sans capteur mécanique du MSAP en présence de défaillances de types transistors à l'état-off. / This research focuses on the sensorless vector control of a salient pole permanent magnet synchronous motor (PMSM), particularly at low speed, with detection of the initial rotor position. In first step, an overview of the state of the art concerning the estimation of the rotor speed as well as the initial rotor position of PMSM is addressed. From such a study, we have adopted an interesting strategy based on the model reference adaptive system (MRAS). The second step in this research consists in studying the performances and the feasibility of a non-linear observer for closed-loop vector control of salient pole PMSM. The MRAS technique as well as the non-linear observer is associated to a vector control scheme based on the field oriented strategy with space vector pulse width modulation (SVPWM). To detect the initial rotor position, we have proposed a new approach which estimates the position with a resolution of ±5° mechanical degrees. This new approach is based on applying short voltage pulses to the stator winding of salient pole PMSM. Several simulation and experimental results are presented to confirm the theoretical studies of the sensorless vector control of the salient pole PMSM drive. Finally, we have analyzed the performances of the sensorless speed fault tolerant control (FTC) of salient pole PMSM under failures related to the voltage source inverter (open circuit fault). The experimental results obtained based on the proposed techniques using nonlinear and MRAS observers have been improved in term of the reliability and allow a continuous operation of the salient pole PMSM drive even when it is supplied with two inverter legs.

Esta tesis doctoral trata acerca de los sistemas de compensación activos de conexión en paralelo utilizados para la mejora de la calidad del suministro eléctrico, y de la eficiencia energética en las redes eléctricas de distribución y en las instalaciones, a cuatro hilos. En la presente tesis se desarrolla un nuevo filtro o compensador activo de potencia con la capacidad de seleccionar los fenómenos a compensar, incluyéndose además algunas propuestas que, aplicadas a estos sistemas de compensación, permiten mejorar las prestaciones finales obtenidas. Se presentan las estrategias de compensación global más utilizadas en compensadores activos y se propone un método de compensación global basado en la norma IEEE Std. 1459-2000. Se realiza un estudio comparativo de las diferentes estrategias de compensación global. Para la obtención de un compensador selectivo, se proponen dos métodos diferentes para la descomposición de las corrientes de carga y la obtención de las corrientes de compensación. El primer método está basado en la utilización de las conductancias por fase y la conductancia equivalente del sistema trifásico. El segundo se basa en la descomposición de potencias propuesta en la IEEE Std. 1459-2000. Se presenta un análisis de cada uno de los métodos propuestos. Se presenta el análisis del sistema completo para la implementación del compensador selectivo propuesto. El sistema de control incluye, la utilización de la técnica de la ventana deslizante para la obtención de las corrientes de referencia, el desarrollo de un regulador de corriente de bajo coste computacional, el diseño del regulador para el control del bus dc y el desarrollo de un nuevo modulador vectorial tridimensional 3D-3B SVPWM. Finalmente, se presentan los resultados de simulación y experimentales del sistema de compensación diseñado, para diferentes tipos de cargas y condiciones de alimentación. Parte de estos resultados han sido presentados, entre otras, en las siguientes publicaciones: " S. O / Orts Grau, S. (2008). Sistema de compensación mediante filtro activo de potencia con sistema de obtención de las corrientes de referencia selectivo utilizando control 3D-3B SVPWM de la etapa de potencia. Aplicación a sistemas industriales a 4 hilos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/3797 / Palancia