Modulação PWM vetorial multidimensional para conversores de dois níveis com número ímpar de fases

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2021
Autor(a) principal: Freitas, Sabrina Alves de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Engenharia Mecânica
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22117
Resumo: In this paper is proposed a space vector pulse width modulation (SVPWM) algorithm for multiphase drive with any odd number of phases and symmetrical phase distribution. The SVPWM consists of choosing the appropriate active and null spatial voltage vectors and determining the time intervals of application for each of these vectors, so that a given reference voltage vector is synthesized by the inverter as the mean value in a switching period. In a three-phase drive system, the most appropriate active voltage vectors for synthesizing a given reference vector are easily observed graphically, since the vectors are of dimension two, and, consequently, visual ized in a plane. However, for machines with more than three phases, the space vector in which the vectors are located is of larger dimensions, which makes a graphic visualization of the vec tors difficult. As an example, in a five-phase drive, the dimension of the space vector is four and, although the projection of these vectors in two planes still allows some degree of graphical visualization, the identification of the most suitable active vectors is not so obvious, specially if the reference voltage vector has projection in both planes (that means a control system with harmonic injection). In this work, an algorithm based on the reference phase voltages for fast identification of the most suitable active vectors to be applied to synthesize a given reference voltage vector is proposed. Such an approach allows a quick identification of the active voltage vectors that define a certain sector. This method, in addition to simplicity, requires low storage space and processing power, which makes it suitable for real-time operation. Furthermore, a SVPWM requires the inversion of matrices of order equal to the dimension of the space vector in order to calculate the time application of the vectors. Although in the three-phase case this calculation is simple, as it is the inversion of an order two matrix, in machines with a larger number of phases the order of the matrix increases and this inversion requires large processing time, which can become unfeasible in real-time operations. Beside, there is numerical problems in calculating the inverse matrix for large order matrices. In this work, it is shown that due to the existing symmetry in all sectors of the SVPWM, it is possible to avoid matrix inversion. Hence, the main contributions in this paper is a SVPWM modulator for a multiphase two level inverter drive system with any odd number of phases.
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However, for machines with more than three phases, the space vector in which the vectors are located is of larger dimensions, which makes a graphic visualization of the vec tors difficult. As an example, in a five-phase drive, the dimension of the space vector is four and, although the projection of these vectors in two planes still allows some degree of graphical visualization, the identification of the most suitable active vectors is not so obvious, specially if the reference voltage vector has projection in both planes (that means a control system with harmonic injection). In this work, an algorithm based on the reference phase voltages for fast identification of the most suitable active vectors to be applied to synthesize a given reference voltage vector is proposed. Such an approach allows a quick identification of the active voltage vectors that define a certain sector. This method, in addition to simplicity, requires low storage space and processing power, which makes it suitable for real-time operation. Furthermore, a SVPWM requires the inversion of matrices of order equal to the dimension of the space vector in order to calculate the time application of the vectors. Although in the three-phase case this calculation is simple, as it is the inversion of an order two matrix, in machines with a larger number of phases the order of the matrix increases and this inversion requires large processing time, which can become unfeasible in real-time operations. Beside, there is numerical problems in calculating the inverse matrix for large order matrices. In this work, it is shown that due to the existing symmetry in all sectors of the SVPWM, it is possible to avoid matrix inversion. Hence, the main contributions in this paper is a SVPWM modulator for a multiphase two level inverter drive system with any odd number of phases.NenhumaNo presente trabalho é proposto um algoritmo geral para modulação vetorial por largura de pulso (SVPWM) multidimensional aplicado a inversores de dois níveis com um número ímpar de fases acionando máquinas elétricas com distribuição simétrica das fases. De uma maneira geral, o SVPWM consiste na escolha apropriada dos vetores espaciais de tensão ativos e nulos e na determinação dos intervalos de tempo de aplicação para cada um desses vetores, de modo que um dado vetor de referência seja sintetizado pelo inversor. Nos sistemas de acionamento com máquinas trifásicas, os vetores ativos de tensão mais apropriados para sintetizar um determinado vetor de referência são facilmente observados graficamente, já que os vetores são de dimensão dois, e, consequentemente, visualizados no plano. Porém, para máquinas com mais de três fases, o espaço vetorial no qual os vetores estão localizados são de dimensões maiores, o que dificulta uma visualização gráfica dos vetores. Como exemplo, num acionamento com cinco fases, o espaço vetorial é de dimensão quatro e embora a projeção destes vetores em dois planos ainda permita uma visualização gráfica, a identificação dos vetores ativos mais adequados não é óbvia. Neste trabalho é proposto um algoritmo para rápida identificação dos vetores ativos mais adequados a serem aplicados para sintetizar um determinado vetor de referência com base nas tensões de fase de referência. Tal abordagem permite uma rápida identificação dos vetores ativos que definem um determinado setor. Este método, além de não apresentar complexidade, requer baixo poder de processamento e armazenamento, o que o torna ideal para operação em tempo real. Além disso, o SVPWM requer inversão de matrizes de ordem igual à dimensão do espaço vetorial em questão para o cálculo do tempo de aplicação dos vetores. Embora no caso trifásico este cálculo seja simples, pois se trata da inversão de uma matriz de ordem dois, nas máquinas com número maior de fases a ordem da matriz aumenta e esta inversão requer tempo de processamento, o que pode se tornar inviável em operações em tempo real. Neste trabalho, mostra-se que devido a simetria existente em todos os setores do SVPWM, é possível evitar-se a inversão de matrizes. Com o algoritmo proposto também evita-se a necessidade de armazenar as informações dos setores em tabelas para operação em tempo real, pois a identificação dos vetores ativos que formam o setor é decorrência direta do ordenamento das tensões de fase de referência.Universidade Federal da ParaíbaBrasilEngenharia MecânicaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaUFPBSilva, Simplício Arnaud dahttp://lattes.cnpq.br/9132549641144236Freitas, Sabrina Alves de2022-02-16T20:11:47Z2021-07-062022-02-16T20:11:47Z2021-03-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/22117porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2022-04-27T13:41:58Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/22117Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufpb.br/oai/requestdiretoria@ufpb.br||bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:25462022-04-27T13:41:58Repositório Institucional da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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