Reducción de la eficiencia de un PMSM con control seis-pulsos con respecto al vectorial: Estudio teórico y validación experimental
Enviado: 08-06-2023
|Aceptado: 26-01-2024
|Publicado: 05-02-2024
Derechos de autor 2024 Agustin Bucciarelli, Juan Diego Duarte, Cristian De Angelo, Juan Manuel Rey, Oscar Quiroga
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Descargas
Palabras clave:
PMSM, Modelado, Control, Eficiencia, Seis-Pulsos, Campo Orientado
Agencias de apoyo:
Resumen:
La selección de la estrategia de control para un motor síncrono de imanes permanentes o PMSM (del inglés Permanent Magnet Synchronous Motor) depende sus aspectos constructivos, aplicación específica y del costo de implementación de dicha estrategia. Por ello, resulta de interés el estudio de diferentes alternativas de control considerando a su impacto sobre variables críticas tales como la potencia máxima desarrollada y el rendimiento del motor. Este artículo presenta el análisis teórico y la validación experimental de un modelo para la estimación del desempeño de un PMSM al ser controlado con dos estrategias diferentes, específicamente, control vectorial por campo orientado y control Seis-Pulsos. Se estudian las ecuaciones que modelan las pérdidas del motor y se estiman para un conjunto de puntos de operación, los cuales son contrastados con los resultados obtenidos de los ensayos experimentales en los que se evalúan los mapas de eficiencia de la máquina para las dos estrategias de control estudiadas. Los resultados del modelo muestran una adecuada correlación cuando es ajustado con datos del ensayo. Por último se propone una aproximación simplificada para estimar la degradación de la eficiencia en el punto nominal de operación.
Citas:
Acquaviva, A., Grunditz, E. A., Lundmark, S., Thiringer, T., 2019. Comparison of MTPA and minimum loss control for tooth coil winding PMSM considering PM and inverter losses. In: 2019 21st European Conference on Power Electronics and Applications (EPE '19 ECCE Europe). pp. P.1-P.10. https://doi.org/10.23919/EPE.2019.8914873
Ba, X., Gong, Z., Guo, Y., Zhang, C., Zhu, J., 2022. Development of equivalent circuit models of permanent magnet synchronous motors considering core loss. Energies 15 (6). URL: https://www.mdpi.com/1996-1073/15/6/1995 https://doi.org/10.3390/en15061995
Balamurali, A., Kundu, A., Li, Z., Kar, N. C., 2021. Improved harmonic iron loss and stator current vector determination for maximum efficiency control of PMSM in EV applications. IEEE Transactions on Industry Applications 57 (1), 363-373. https://doi.org/10.1109/TIA.2020.3034888
Beltrán, A., Rumbo, J., Azcaray, H., Santiago, K., Calixto, M., Sarmiento, E., jun. 2019. Simulación y control de la velocidad y par electromagnético de un motor de inducción trifásico: Un enfoque a vehículos eléctricos. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 16 (3), 308-320. https://doi.org/10.4995/riai.2019.10452
Bertoluzzo, M., Buja, G., Keshri, R. K., Menis, R., 2015. Sinusoidal versus square-wave current supply of PM brushless DC drives: A convenience analysis. IEEE Transactions on Industrial Electronics 62 (12), 7339-7349. https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2455518
Bucciarelli, A., De Angelo, C., Silva, L., 2022. A review of PMSM techniques for parameter determination and efficiency mapping. In: ARGENCON 2022. https://doi.org/10.1109/ISIE.2019.8781540
De Viaene, J., Verbelen, F., Derammelaere, S., Stockman, K., 2018. Energyefficient sensorless load angle control of a BLDC motor using sinusoidal currents. IET Electric Power Applications 12 (9), 1378-1389. https://doi.org/10.1049/iet-epa.2018.5059
Enache, M.-A., Campeanu, A., Vlad, I., Enache, S., 2018. Use of numerical methods in computation of operation characteristics for brushless direct current motors. In: 2018 International Conference on Applied and Theoretical Electricity (ICATE). pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/ICATE.2018.8551378
Fasil, M., Antaloae, C., Mijatovic, N., Jensen, B. B., Holboll, J., 2016. Improved dq-axes model of PMSM considering airgap flux harmonics and saturation. IEEE Transactions on Applied Superconductivity 26 (4), 1-5. https://doi.org/10.1109/TASC.2016.2524021
Fernandez-Bernal, F., Garcia-Cerrada, A., Faure, R., 2001. Determination of parameters in interior permanent-magnet synchronous motors with iron losses without torque measurement. IEEE Transactions on Industry Applications 37 (5), 1265-1272. https://doi.org/10.1109/28.952501
García López, M., Ponce, P., Soriano, L. A., Molina, A., Rodriguez, J. J., ene. 2019. Mejora de la vida útil en los módulos de electroníca de potencia de un BLDCM mediante la optimización de un control difuso. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 16 (1), 66-78. https://doi.org/10.4995/riai.2018.9078
González, G., Aligia, D., Pezzani, C., Angelo, C. D., 2020. Observador del par ejercido por el ciclista en bicicletas eléctricas con asistencia al pedaleo. Revista Iberoamericana de Automática e Informática industrial 17 (4), 380-389. https://doi.org/10.4995/riai.2020.12923
Huynh, C., Zheng, L., Acharya, D., 2008. Losses in High Speed Permanent Magnet Machines Used in Microturbine Applications. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power 131 (2), 022301. URL: https://doi.org/10.1115/1.2982151
Kim, D.-M., Chin, J.-W., Hong, J.-P., Lim, M.-S., 2019. Performance prediction of surface-mounted permanent magnet synchronous motor based on ring specimen test result. IET Electric Power Applications 13, 1280-1286(6). https://doi.org/10.1049/iet-epa.2018.5382
Krishnan, R., 2017. Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives. CRC Press. URL: https://books.google.com.co/books?id=SApEDwAAQBAJ https://doi.org/10.1201/9781420014235
Kshirsagar, P. M., 2015. Efficiency improvement strategies and control of permanent magnet motor drives. Ph.D. thesis, Faculty of Virginia Polytechnic Institute and State University. DOI: http://hdl.handle.net/10919/77685
Lee, S., Lemley, T., Keohane, G., Dec. 2009. A comparison study of the commutation methods for the three-phase permanent magnet brushless DC motor. In: Electrical Manufacturing Technical Conference 2009. Electrical Manufacturing Technical Conference 2009: Electrical Manufacturing and Coil Winding Expo. pp. 49-55.
Mohan, N., Undeland, T., Robbins, W., 2009. Electr'onica de potencia: Convertidores, aplicaciones y dise˜no. McGraw-Hill.
Noguchi, S., Suzuki, K., Dohmeki, H., 2015. The efficiency comparison by exciting waveform of the square-wave brushless DC motor. In: 2015 18th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). pp. 1407-1413. https://doi.org/10.1109/ICEMS.2015.7385259
Roshandel, E., Mahmoudi, A., Kahourzade, S., Yazdani, A., Shafiullah, G., 2021. Losses in efficiency maps of electric vehicles: An overview. Energies 14 (22). URL: https://www.mdpi.com/1996-1073/14/22/7805 https://doi.org/10.3390/en14227805
Ruf, A., Thul, A., Steentjes, S., Hameyer, K., 2015. Loss minimizing control strategy for electrical machines considering iron loss distribution. In: 2015 IEEE International Electric Machines & Drives Conference (IEMDC). pp. 974-980. https://doi.org/10.1109/IEMDC.2015.7409179
Wu, X., Zhang, C.,Wang, Y., Gang, D., Zhu,W., Pan, L., 2014. The electromagnetic losses analysis of surface-mounted brushless AC PM machine driven by PWM. In: 2014 IEEE Conference and Expo Transportation Electrification Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific). pp. 1-4. https://doi.org/10.1109/ITEC-AP.2014.6940784
Zhang, H., Dou, M., Deng, J., 2020. Loss-minimization strategy of nonsinusoidal back EMF PMSM in multiple synchronous reference frames. IEEE Transactions on Power Electronics 35 (8), 8335-8346. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2961689
Zhu, Z.-Q., Xue, S., Chu, W., Feng, J., Guo, S., Chen, Z., Peng, J., 2019. Evaluation of iron loss models in electrical machines. IEEE Transactions on Industry Applications 55 (2), 1461-1472. https://doi.org/10.1109/TIA.2018.2880674
