Torque Ripple Reduction of BLDC Motor using Modular Multilevel Converter

Naik, M. Diwakar; Agrawal, Vineeta; Naik, M. Venkatesh; Yadav, Seema; Agarwal, Anshul; Jaiswal, Rahul

doi:10.1109/gucon.2018.8675037

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“…As técnicas citadas acima utilizam estratégias de controle para minimizar o ripple de torque da máquina, ou seja, são realizadas via software de controle. Por outro lado, estratégias via hardware também podem ser encontradas na literatura, em que se pode destacar o uso de conversores multiníveis (Naik et al, 2018;Rao et al, 2013a). Esses conversores permitem a síntese de tensões com 3 ou mais níveis na saída, fazendo com que o conteúdo harmônico devido ao chaveamento seja deslocado para frequências maiores em relação a frequência de chaveamento e suas múltiplas.…”

Section: Introdu ç ãOunclassified

Aplicação de Inversores Multiníveis para Redução do Conteúdo Harmônico das Correntes de uma Máquina PMSM N˜ao-Senoidal

Rocha

Borin

Rech

et al. 2022

Proceedings IX Simpósio Brasileiro De Sistemas Elétricos

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This work presents the use of multilevel inverters in a non-sinusoidal permanent magnet synchronous machine to reduce the harmonic content in the currents. Due to the construction of this machine, the back electromotive force presents a non-sinusoidal characteristic, which has as main consequence the presence of ripple in the electromagnetic torque produced by the machine. Such oscillations decrease the efficiency of the machine, and can cause vibrations in the motor shaft, reducing its useful life. To mitigate this, this work uses multilevel inverters with flying capacitors to synthesize voltages with 3, 5, 7 and 9 levels, in order to reduce the harmonic content of the stator currents, and consequently the machine torque. Qualitative analyzes are presented through the total harmonic distortion and ripple in the machine currents, and the weighted total harmonic distortion of the inverter output voltages, comparing the performance of multilevel inverters with a half-bridge inverter of 2 levels. Resumo: Este trabalho apresenta o uso de inversores multiníveis em uma máquina síncrona de ímãs permanentes não-senoidais para a redução do conteúdo harmônico nas correntes. Devido à construção dessa máquina, suas forças contra-eletromotrizes apresentam uma característica não-senoidal, o que tem como principal consequência a presença de oscilações no torque eletromagnético produzido pela máquina. Tais oscilações diminuem a eficiência da máquina, e podem acarretar em vibrações no eixo do motor, diminuindo sua vida útil. Para mitigar isso, este trabalho utiliza inversores multiníveis com capacitores flutuantes para sintetizar tensões com 3, 5, 7 e 9 níveis, visando reduzir o conteúdo harmônico das correntes estatóricas, e por consequência no torque da máquina. Análises qualitativas são apresentadas por meio da distorção harmônica total e do oscilações nas correntes da máquina, e da distorção harmônica total ponderada das tensões de saída do inversor, comparando o desempenho dos inversores multiníveis com um inversor em meia ponte de 2 níveis.

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Section: Introdu ç ãOunclassified

Aplicação de Inversores Multiníveis para Redução do Conteúdo Harmônico das Correntes de uma Máquina PMSM N˜ao-Senoidal

Rocha

Borin

Rech

et al. 2022

Proceedings IX Simpósio Brasileiro De Sistemas Elétricos

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“…They are associated with the use of special topologies of power semiconductor converters, hybrid, modular, cascade, etc. [24][25][26], and special advanced methods of switching the armature winding of the machine [27][28][29]. The electromagnetic torque ripple of the modular multiple TP BLDC drive, to the best of the authors' knowledge, has not been studied in detail.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Electromagnetic Torque Ripple in Multiple Three-Phase Brushless DC Motors for Electric Vehicles

Shchur

Jancarczyk

2021

Electronics

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This paper investigated an electromagnetic torque ripple level of BLDC drives with multiple three-phase (TP) permanent magnet (PM) motors for electric vehicles. For this purpose, mathematical models of PM machines of different armature winding sets-single (STP), dual (DTP), triple (TTP), and quadruple (QTP) ones of asymmetrical configuration and optimal angular displacement between winding sets were developed and corresponding computer models in the Matlab/Simulink environment were created. In conducted simulation, the influence of various factors on the electromagnetic torque ripple of the multiple-TP BLDC drives was investigated—degree of modularity, magnetic coupling between armature winding sets, and drive operation in open and closed-loop control systems. Studies have shown an increase of the electromagnetic torque ripple generated by one module in the multiple TP BLDC drives with magnetically coupled winding sets, due to additional current pulsations caused by magnetic interactions between the machine modules. However, the total electromagnetic torque ripples are much lower than in similar drives with magnetically insulated winding sets. Compared with the STP BLDC drive, the multiple TP BLDC drives with the same output parameters showed a reduction of the electromagnetic torque ripple by 27.6% for the DTP, 32.3% for the TTP, and 34.0% for the QTP BLDC drive.

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