Minimization of torque ripple in induction motor drive by optimal harmonic elimination

• Autorzy: Pratap C. Benin , Selvakumar A. Immanuel , Sathiyan S. Paul , Let G Shine

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.04.08

Warianty tytułu

PL

Minimalizacja tętnienia momentu obrotowego w napędzie silnika indukcyjnego poprzez optymalną eliminację harmonicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter (CH-MLI) is rich in output voltage harmonics. If MLI’s poly-phase output voltage is fed directly as input to drive an induction motor, there is great change in the performance of the motor output. To reduce the lower order harmonics in CH-MLI, a novel selective harmonic elimination method is proposed in this paper. The proposed Cross-Entropy (CE) optimization is implemented to find the optimal switching angle of CH-MLI. The switching angles determined are generated by sinusoidal pulse width modulation in MATLAB based simulation. The performance of CE optimized 11-level CH-MLI connected to an induction motor drive is compared with existing optimization methods. The torque ripple and total harmonics distortion (THD) comparisons are studied. Moreover, Cross-Entropy optimization algorithm simulation results are found superior to the other algorithms in reducing the THD as well as a reduced torque ripple. Using CE optimization technique about 14.45% reduction in torque ripple is attained and 19.14% reduction in THD is found.

PL

Kaskadowy wielopoziomowy falownik H-Bridge (CH-MLI) jest bogaty w harmoniczne napięcia wyjściowego. Jeśli wielofazowe napięcie wyjściowe MLI jest podawane bezpośrednio jako wejście do napędzania silnika indukcyjnego, następuje duża zmiana w wydajności mocy wyjściowej silnika. Aby zredukować harmoniczne niższego rzędu w CH-MLI, w niniejszym artykule zaproponowano nową metodę selektywnej eliminacji harmonicznych. Proponowana optymalizacja entropii krzyżowej (CE) jest wdrażana w celu znalezienia optymalnego kąta przełączania CHMLI. Wyznaczone kąty przełączania są generowane przez sinusoidalną modulację szerokości impulsu w symulacji opartej na MATLAB. Wydajność 11-poziomowego CH-MLI zoptymalizowanego pod kątem CE, podłączonego do napędu silnika indukcyjnego, jest porównywana z istniejącymi metodami optymalizacji. Badane są porównania tętnienia momentu obrotowego i całkowitego zniekształcenia harmonicznego (THD). Co więcej, wyniki symulacji algorytmu optymalizacji krzyżowej entropii okazały się lepsze od innych algorytmów pod względem redukcji THD, a także zmniejszonego tętnienia momentu obrotowego. Przy użyciu techniki optymalizacji CE osiągnięto około 14,45% zmniejszenie tętnienia momentu obrotowego i 19,14% zmniejszenie THD.

Słowa kluczowe

EN

cascaded multilevel inverter; cross-entropy optimization; total harmonic distortion; selective harmonic elimination

PL

przekształtnik kaskadowy; tętnienie momentu obrotowego; silnik indukcyjny

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 4
• Strony: 36--39
• Opis fizyczny: Bibliogr.11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pratap C. Benin

• Karunya Institute of Technology and Sciences, Coimbatore, India-641114

• https://orcid.org/0000-0002-4717-9015

autor

Selvakumar A. Immanuel

• Karunya Institute of Technology and Sciences, Coimbatore, India-641114

• https://orcid.org/0000-0003-2637-4441

autor

Sathiyan S. Paul

• Karunya Institute of Technology and Sciences, Coimbatore, India-641114

• https://orcid.org/0000-0002-5993-0929

autor

Let G Shine

• Karunya Institute of Technology and Sciences, Coimbatore, India-641114

• https://orcid.org/0000-0002-8800-3446

Bibliografia

• [1] Prabaharan, Natarajan, and Kaliannan Palanisamy., A comprehensive review on reduced switch multilevel inverter topologies, modulation techniques and applications., Renewable and Sustainable Energy Reviews 76 (2017), 1248-1282.
• [2] Kala, Peeyush, and Sudha Arora., A comprehensive study of classical and hybrid multilevel inverter topologies for renewable energy applications." Renewable and Sustainable Energy Reviews, 76 (2017), 905-931.
• [3] Saeedian, Meysam, Jafar Adabi, and Seyyed Mehdi Hosseini., Cascaded multilevel inverter based on symmetric–asymmetric DC sources with reduced number of components, IET Power Electronics, 10(2017), no. 12, 1468-1478.
• [4] Gnanavel, C., and S. Albert Alexander., Experimental validation of an eleven level symmetrical inverter using genetic algorithmand queen bee assisted genetic algorithm for solar photovoltaicapplications, Journal of circuits, systems and computers,27(2018), no. 13, 1850212.
• [5] Sridhar, V., and S. Umashankar., A comprehensive review on CHB MLI based PV inverter and feasibility study of CHB MLI based PV-STATCOM., Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78(2017), 138-156.
• [6] Ahmed, Mahrous, Ahmed Sheir, and Mohamed Orabi., Realtime solution and implementation of selective harmonic elimination of seven-level multilevel inverter, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 5(2017), no. 4, 1700-1709.
• [7] Panda, Kaibalya Prasad, Prabhat Ranjan Bana, and Gayadhar Panda., FPA optimized selective harmonic elimination in symmetric–asymmetric reduced switch cascaded multilevel inverter, IEEE transactions on industry applications, 56(2020), no. 3, 2862-2870.
• [8] Sen, Priyanka, Prabhat Ranjan Bana, and Kaibalya Prasad Panda., Firefly assisted genetic algorithm for selective harmonic elimination in PV interfacing reduced switch multilevel inverter, International Journal of Renewable Energy Research (IJRER) 9(2019), no. 1, 32-43.
• [9] Hesna Aberkane , Djamel Sakri, Djamel Rahem., Enhanced Finite-State Predictive Torque Control of Induction Motor UsingSpace Vector Modulation, Przegląd Elektrotechniczny, 97 (2021), no.4, 41-47
• [10] Kavousi, Ayoub, Behrooz Vahidi, Reza Salehi, Mohammad Kazem Bakhshizadeh, Naeem Farokhnia, and S. Hamid Fathi., Application of the bee algorithm for selective harmonic elimination strategy in multilevel inverters, IEEE Transactions on power electronics, 27(2011), no. 4, 1689-1696.
• [11] De Boer, Pieter-Tjerk, Dirk P. Kroese, Shie Mannor, and Reuven Y. Rubinstein., A tutorial on the cross-entropy method, Annals of operations research, 134 (2005), no. 1, 19-67.

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).