Comparative analysis of multilevel voltage source inverters used to supply a five-phase Permanent Magnet Synchronous Motor

• Autorzy: Parfianowicz Kamil

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.10.17

Warianty tytułu

PL

Analiza porównawcza wielopoziomowych falowników napięcia stosowanych do zasilania pięciofazowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi PMSM

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the comparative analysis of the use a two-level, three-level and five-level voltage source inverter (VSI) for supplying a five-phase synchronous motor with permanent magnets (PMSM). The motor was controlled by Indirect Field Oriented Control (IFOC) with Space Vector Modulation (SVM). Simulation tests showing influence of the inverter topology on the drive system were performed in the Matlab/Simulink environment for various values of the switching frequency - from 1 to 30 kHz. The aim of the presented simulation research is analysis of the prototype five-phase PMSM machine and preliminary development of the power supply system based on multilevel inverters. As a result it will allow to correct determination of the rated parameters of the selected devices (mainly the measurement system and semiconductors). The created model can also be used as part of a larger simulation system, e.g. in an electric vehicle.

PL

W pracy przedstawiona została analiza porównawcza zastosowania dwupoziomowego, trójpoziomowego oraz pięciopoziomowego falownika napięcia (VSI) służącego do zasilania pięciofazowego silnika synchronicznego z magnesami trwałymi. Do sterowania układu napędowego zaimplementowano tzw. sterowanie polowo-zorientowane pośrednie (IFOC) z użyciem modulatora wektora przestrzennego SVM (Space Vector Modulation). Przeprowadzone badania symulacyjne w środowisku Matlab/Simulink zostały wykonane dla różnych wartości częstotliwości kluczowania – od 1 do 30 kHz. Celem prezentowanych badań symulacyjnych jest analiza prototypowej pięciofazowej maszyny PMSM oraz wstępne opracowanie układu zasilania opartego na falownikach wielopoziomowych. W rezultacie pozwoli to na poprawne określenie parametrów znamionowych wybranych urządzeń (głównie układu pomiarowego i półprzewodników). Stworzony model może być również wykorzystany w ramach większego systemu symulacyjnego, np. w pojeździe elektrycznym.

Słowa kluczowe

EN

inverter; multilevel; multiphase; PMSM; Matlab

PL

falownik; falownik wielofazowy; falownik wielopoziomowy; PMSM; Matlab

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 10
• Strony: 90--94
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Parfianowicz Kamil

• Politechnika Rzeszowska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki, ul. Wincentego Pola 2, 35-959 Rzeszów

• https://orcid.org/0000-0003-0778-308X

Bibliografia

• [1] Wilczyński F., Strankowski P., Guziński J., Morawiec M., Lewicki A., Kostro G., Five-Phase Induction Motor Drive Operation During Stator Phase Fault, Automatyka - Elektryka – Zakłócenia, vol. 8 (2017) no. 4(30), 28-37
• [2] Hezzi A., Elghali S., Salem Y., Abdelkrim M. N., Control of five-phase PMSM for electric vehicle application, Proceedings of 18th International Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (STA), Monastir, Tunisia, 21-23 Dec (2017), 205-211, DOI: 10.1109/STA.2017.8314959
• [3] Hosseyni A., Trabelsi R., Mimouni M., Iqbal A., Vector Controlled Five-Phase Permanent Magnet Synchronous Motor Drive, Proceedings of 2014 IEEE 23rd International Symposium on Industrial Electronics (ISIE), Istanbul, Turkey, 1-4 June (2014), 2122-2127, DOI: 10.1109/ISIE. 2014.6864945.
• [4] Umoh G., Ogbuka C., Obe E., Modelling and analysis of five-phase permanent magnet synchronous motor in machine variables, Przegląd Elektrotechniczny, 96 (2020), no. 1, 123-126, 10.15199/48.2020.01.21
• [5] Michalak J., Zygmanowski M., Hybrid Asymmetric Multilevel Converter – Selected Aspects, Prace Naukowe Politechniki Śląskiej "Elektryka”, vol. 4 (2014), no. 232, 31-40
• [6] Gandomi A. A., Saeidabadi S., Parsa L., A Fault Tolerant T-type Inverter for Five-phase PMSM Drives, Proceedings of IECON 2019 - 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Lisbon, Portugal, 14-17 Oct. (2019), 834-839, DOI: 10.1109/IECON.2019.8927164.
• [7] Poorfakhraei A., Narimani M., Emadi A., A Review of Multilevel Inverter Topologies in Electric Vehicles: Current Status and Future Trends, IEEE Open Journal of Power Electronics, vol. 2 (2021), 155-170, DOI: 10.1109/OJPEL.2021.3063550.
• [8] Bughneda A., Salem M., Richelli A., Ishak D., Alatai S., Review of Multilevel Inverters for PV Energy System Applications, Energies, vol. 14 (2021), no. 6, DOI: https://doi.org/10.3390/en14061585.
• [9] Muc A., Iwaszkiewicz J., Mysiak P., Piechowski L., The power supply system for multi-level inverters using multi-pulse rectifiers with coupled reactors, Przegląd Elektrotechniczny, 97 (2021), no. 2, 72-76, DOI: 10.15199/48.2021.02.18
• [10] Sekhar O. C., Lakhimsetty S., Direct torque control scheme for a five-level multipoint clamped inverter fed induction motor drive using fractional-order PI controller, International Transactions on Electrical Energy Systems, vol. 30 (2020), no. 9, DOI: https://doi.org/10.1002/2050-7038.12474
• [11] Listwan J., Pieńkowski K., Field-oriented control of multiphase induction motor with space vector modulation methods, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i PomiarówElektrycznych Politechniki Wrocławskiej, vol. 70 (2014), no. 34, 167-182
• [12] Gołębiowski L., Gołębiowski M., Mazur D., Smoleń A., Analysis of axial flux permanent magnet generator, COMPEL - The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering, vol. 38 (2019), no. 4, pp. 1177-1189, https://doi.org/10.1108/COMPEL-10-2018-0415
• [13] Smoleń A, Gołębiowski L, Gołębiowski M, Mazur D., Computationally Efficient Method of Co-Energy Calculation for Transverse Flux Machine Based on Poisson Equation in 2D, Energies, vol. 12(22):4340 (2019), https://doi.org/10.3390/en12224340
• [14] Gołębiowski M., Smoleń A., Gołębiowski L., Mazur D., Functional simulation model of the axial flux permanent magnet generator, Archives of Electrical Engineering, vol. 67 (2018), no. 4, 857–868, DOI: 10.24425/aee.2018.124745
• [15] Kamel T., Abdelkader D., Said B., Vector control of five-phase permanent magnet synchronous motor drive, Proceedings of 2015 4th International Conference on Electrical Engineering (ICEE), Boumerdes, Algeria, 13-15 Dec., (2015) DOI: 10.1109/INTEE.2015.7416853.
• [16] Ramana N., Sastry V. L. N., A Novel Speed Control Strategyfor Five Phases Permanent Magnet Synchronous Motor with Linear Quadratic Regulator, International Journal of Computer and Electrical Engineering, vol. 7, no. 6, pp. 408-416 (2015).
• [17] Gołębiowski M., Gołębiowski L., Mazur D., Humer M., The gearless, grid-connected, 6-phase asymmetric wind turbine generator system, Archives of Electrical Engineering, vol. 64 (2015), no. 3, 391-403, DOI: 10.2478/aee-2015-0031
• [18] Suresh Kumar A., Sri Gowri K., Nagaraja Rao S., ManjunathaB.M., Sesi Kiran P., Niteesh Kumar K., Integer factor based SVPWM approach for multilevel inverters with continuous and discontinuous switching sequences, Archives of Electrical Engineering, vol. 70 (2021), no. 4, pp. 859 – 872, DOI: 10.24425/aee.2021.138266
• [19] Panda A. K., Pandey R., A simplified carrier based PWM method for five-level inverter fed five-phase induction motor, Proceedings of 2018 IEEMA Engineer Infinite Conference (eTechNxT), New Delhi, India, 13-14 March (2018), 1-6, DOI: 10.1109/ETECHNXT.2018.8385307
• [20] Lavanya M, Jyothi B., Performance Analysis of 5-Phase Multilevel Inverter Using Carrier Based PWM Technique, International Journal of Applied Power Engineering (IJAPE), vol. 5 (2016), no. 3, 151-158, DOI: http://doi.org/10.11591/ijape.v5.i3.pp151-158
• [21] Rangari S.C., Suryawanshi H.M., Shah B., Implementation ofLarge and Medium Vectors for SVPWM technique in five phase Voltage Source Inverter, Proceedings of 2017 International Conference on Intelligent Computing and Control Systems, 15-16 June (2017), Madurai, India, 751-756, DOI: 10.1109/ICCONS.2017.8250

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).