POWER ELECTRONIC SYSTEM FOR POWER ELECTRIC VEHICLES WITH ALGORITHMS OF SYNCHRONOUS MODULATION

POWER ELECTRONIC SYSTEM FOR POWER ELECTRIC

VEHICLES WITH ALGORITHMS OF SYNCHRONOUS

MODULATION

Oleschuk V., Ermuratskii V.

Institute of Power Engineering of the Academy of Sciences of Moldova

Abstract. Schemes of synchronous space-vector modulation have been adapted for control of split-phase drive for electric vehicle with open-end windings of induction motor, supplied by several voltage source inverters. MATLAB-based simulation of processes in this system has been executed. It has been shown, that the use of algorithms of synchronous modulation provides symmetry of phase voltage waveforms for any ratio between the switching frequency and fundamental frequency, and for any voltage magnitudes of dc-sources. Spectra of the phase voltage of system do not contain even harmonics and subharmonics (of the fundamental frequency), which is especially important for drives for the medium-power and high-power electric vehicles.

Keywords: Adjustable speed AC drive for electric transport, voltage source inverters, space-vector pulsewidth modulation.

SISTEMUL DE CONVERTIГARE AL ACŢIONĂRILOR ELECTRICE DE TRANSPORT DE PUTERE MAJORATĂ ÎN BAГA ALGORITMILOR DE MODULARE SINCRONĂ

Olesciuk V., Ermuratschii V.

Institutul de Energetică al Academiei de Ştiinţe a Moldovei

Rezumat.AlРorТtmТТăНОămoНularОăvОМtorТal ăsТnМron ăauăПostăaНaptaţТăpОntruăaăПТăutТlТгaţТăьnăsТstОmulăНОă

МonvОrsТОăМuăsaşОăПaгОăНОstТnatătransportuluТăМuăutТlТгarОaăăьnП şur rТlorăaămotoruluТăОlОМtrТМăasТnМronăьnăМТrМuТtă

deschis, alimentate de la mai multe convetizoare de tensiune. S-a efectuat modelarea proceselor în mediul MATLAB. S-aăНОmonstrat,ăМ ăutТlТгarОaăalРorТtmТlorăНОămoНularОăvОМtorТal ăsТnМron ăpОrmТtОăasТРurarОaă

sТmОtrТОТătОnsТunТТăНОăТОşТrОăpОăПaгОăpОntruăorТМОăraportăьntrОăПrОМvОnţaăНОăМomutaţТОăaăМСОТlorăşТăaăПrОМvОnţОТăНОă baг ăaăsТstОmuluТ,ăprОМumăşТăorТМОăaltăraportăНТntrОăamplТtuНТnТlОăМОlorăpatruăsursОăНОăalТmОntarОăьnăМurОntă МontТnuu.ăÎnăaМОstăМaг,ăьnăspОМtrulătОnsТunТТăНОăПaг ăpОntruătoat ăbanНaăНОărОРlarОălТpsОsМăarmonТМТlОăparОăşТă

subarmonТМТlОă(aăПrОМvОnţОТăНОăbaг ),ăМООaăМОăОstОăТmportantăpОntruăaМţТon rТlОăОlОМtrТМОăьnătransportulăОlОМtrТМăНОă

putОrОămОНТОăşТămarО.ă

Cuvinte-cheie:ăAМţТon rТăОlОМtrТМОărОРlabТlОăpОntruătransportulăОlОМtrТМ,ăМonvОrtТгoarОlОăНОătОnsТunО,ămoНularОă sincron ăvОМtorТal .ă

. . , . .

И и э и и А а ии а М ы

. ă ă ă - ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ,ă ă ă ă ă

ă .ă ă ă ă ă ă ă ăMATLAB- ă

ă .ă ,ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ( ă ă ă )ă

ă ă ă ă ă ă ă ,ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ,ă ă .ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă

( ă ),ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă .ă

: ă ă ă ,ă ă ă

, , ,

ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă[1]-[5]. К

ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă

,ă ă ,ă ă ă ă ,ă ă . .

ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ,ă ă

ă ă ă ă ă ă ,ă ă ă

ă ă [6]. . 1 ă ă ă ă

,ă ă ă ă ă ă ă ,ă ă ă

ă ă ă ă .ă

ă ă ă ă ,ă ă

ă ă ă ă ă30 ă .ă

И , ă ă ă

ă ă ă ă ă ( ă )ă

ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă[7]-[9]. ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă - ă

ă(ШИ )ă ă ă ă[10]-[17].

. 1. ă ă ă ă ă ă ă ă( ă

ă ăINV1+INV2, ă ă ăINV3+ INV4),ă ă

Д ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă

ă ăШИ ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă[10],[11]. . 2 – 3 ,ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă00

– 900,ă ă ă ă( . 2)ă ă ă ( .ă 3)ă

ă ă ă .ă . 2 – 3

ă ă ă ă ă( ă ă ă

ă ă [10]), ă ă ă

ă ă ă ă ă a, b, c (x, y, z) ă ă

ă ,ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă . ă ă ă .ă 2 - 3 ă

ă ă ă ă ă .ă

1

 ă ă ă

ă ă ă ă ă  , ă 

ă ă ă( .ă 2) ă ă ă( .ă 3) ă  - .

ă  ă ă ă ă ă

ă ă ă[10],[11].

ШИ , ă ₁

-ă ă ă ă ă ă60- ă ă

,ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă .ă

'

 (5 . Fig. 2, 4 . 3) ă "

 (₅ . 2, ₄ ă . 3) ă ă ă ă ă

ă ă ă(00, 600, 1200..), ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ,ă ă ă ă ă ă

.                   2 3 4 Vab phase c phase b phase a sw it chin g se quenc e

. 2. ă ă ,ă ă ă ă ă

              Vab phase c phase b phase a 2 3 4 sw it chin g se quenc e

. 3. ă ă ,ă ă ă ă ă

Vab ă ă ă ă

ă ă ă , ă ă

ă ,ă ă ă .ă ,

, ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ( .ă 1). ă ă

ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ШИ ă ă

ă ă ă ă

. ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă [18].

, ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ,ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă[3],[6],[18].

Vas ă Vxs ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă( .ă1) ă ă ă (1)-(4)

[19]:





01 1/ 3 a1 b1 c1 a2 b2 c2 ;

V   V  V  V V  V  V (1)

1 2 01 ;

as a a

V  V  V  V

02 1 / 3 ( x1 y1 z1 x2 y2 z2);

V   V  V  V  V  V  V

1 2 02;

xs x x

V  V  V  V

Va1, Vb1, Vc1, Va2, Vb2, Vc2 Vx1, Vy1, Vz1, Vx2, Vy2, Vz2 –

ă ă , V01 ăV02 – ă ă ă

.

(2)

(3)

, ă ă ă

ă ă ă30- ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă[2],[5]. ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă

ШИ ă ă ă ă ă ă ă ă ă

(Vdc1=Vdc2=Vdc3=Vdc4), .ă4 – 7 ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ( ă ă Va1, Va2, Vx1, Vx2, ă

ăVa1b1, Vx1y1, ă ă ăVas Vas ( ă ă ă ă

ăVas)),ă ă ă ă ă ă ă ă

ШИ ( .ă4 – 5),ă ă ă ă ă ă ă ШИ ă ă30- ă

ă ă ă ă ( .ă 6 – 7). ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă

F=35Hz and Fs = 1 kHz, ă ă ă ă ă

m1=m2=m3=m4=0.7 ă ă . ă ,ă . 4 – 7

, ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ,ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă .

, Vdc1Vdc2

Vdc3Vdc4 ( Vdc1=Vdc3 Vdc2=Vdc4), ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ăV/F=const

ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă

:

1 dc1 2 dc2 ;

m V  m V

3 dc3 4 dc4.

m V  m V

. 4. ă ăVa1, Va2 Vx1, Vx2, ă Va1b1 Vx1y1, ă

ă ăVas Vxs ă ă ă ă ăШИ

(F=35Hz, Vdc1=Vdc2=Vdc3=Vdc4, m1=m2=m3=m4=0.7, Fs=1kHz)

(5)

. 5. ă ă ăVas ă ă ă ă ăШИ (F=35Hz, Fs1=1kHz)

. 6. ă ăVa1, Va2 Vx1, Vx2, ă Va1b1 Vx1y1, ă

ă ăVas Vxs ă ă ă ă ăШИ

(F=35Hz, Vdc1=Vdc2=Vdc3=Vdc4, m1=m2=m3=m4=0.7, Fs=1kHz)

. 7. ă ă ăVas ă ă ă ă ăШИ

, , Vdc1=0.7Vdc2, Vdc3=0.7Vdc4 m2=m4=0.7, (5)-(6) m1=m3=0.93,

ă .

Д ă ă

ă ă ă ă ă ă ,ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă (Vdc1=0.7Vdc2,

Vdc3=0.7Vdc4, Vdc2=Vdc4), .ă8 – 11 ă ă ă ă

ă ă .ă , . 8 – 9 ă ă ă ă

Va1b1, Va2b2 Vas ă ,ă ă ă ă ă ,ă ă ă ă

ă ă ă .ă . 10

,ă ă ă ă

ă ă ă ШИ ă ă 30- ă ă

ă ă .ă . 11 ă ă ă ă

ă ă ă ă ă . ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ăF = 35 Hz and

Fs=1kHz.ă , ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă

ă .ă

. 8. ă ăVa1, Va2 Vx1, Vx2, ă Va1b1 Vx1y1, ă

ă ăVas Vxs ă ă ă ă ă ăШИ

. 9. ă ăVa1b1, Va2b2 ăVas ă ă ă ă ă ăШИ ă(F=35Hz, Fs=1kHz)

. 10. ă ăVa1, Va2 Vx1, Vx2, ă Va1b1 Vx1y1, ă

ă ăVas Vxs ă ă ă ă ă ăШИ

. 11. ă ăVa1b1, Va2b2 ăVas ă ă ă ă ă ăШИ ă(F=35Hz, Fs=1kHz)

Д

ă ă ă ă ă ă ă

ăP1/P2 ăP3/P4 ă ă ă ă ă ă

ă( ă ăV/F=const ă ), ă ă ă

ă (7)-(8),ă ă ă ă ă ă ă

,ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă[14]:

2 1

2 2

1 1

P P V m

V m

dc

dc _

4 3 4 4

3 3

P P V m

V m

dc

dc _

(7)

, ă

ă ă ă ă ă ă ă ,ă

ă ă ă :

1 2 3 .4

P  P  P  P

ă ă ,ă ă ă ă (7)-(8), ă ( ă )ă

ă ă ă ă ă (10),ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă :

1 dc1 2 2 dc2 1 3 dc3 4 4 dc4 .3

m V P  m V P  m V P  m V P

, . 12 – 13 ,

Va1b1, Va2b2, Vas Vxs. ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă F=35Hz ă Fs=1kHz.

ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă(Vdc4=1):

1 0, 72 4; 2 0., 4; 3 0, 75 4.

dc dc dc dc dc dc

V  V V  V V  V

К ă ă ă ,ă ă ă ă ă

ă ,ă ă ă ă ăm4 = 0.7. ă ă ă

ă ă ă ă ă(P1 = P2 = P3 = P4), ă ă ă(10)

ă ă ă ă ă ă ă ă

ă : m1 = 0.97, m2 = 0.777; m3 = 0.933. К ,

ă . 13, ă ă ă Vas Vxs ă ă ă

ă ШИ ă ă ă .ă ă ,ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă

ă .

. 12. Va1, Va2 Vx1, Vx2, Va1b1 Vx1y1,

Vas Vxs ШИ (F=35Hz,

Vdc1=0.8Vdc2, Vdc2=0.9Vdc4, Vdc3=0.75Vdc4, m1=0.97, m2=0.777, m3=0.93, Fs=1kHz) (9)

(10)

. 13. ă ăVa1b1, Va2b2, Vas ăVxs ă ă ă ă ăШИ ă(F=35Hz, Fs=1kHz)

Vas and Vxs

,

( . . 4 - 13),

ă ă ă ă ă ă .ă

([2], ),

( [6],

),

(WTHD) Vas m:

1

1000

2 0.5

2

(1/ )( ( / ) )

k

as as

k

WTHD V V k







. 14ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă (CPWM),ă ă ă ă ă ă

ă ă ШИ ă (DPWM). ,ă ă ă ă

ă ă ă ă ,ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă .ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă V/F=const, ă ă

. 14. WTHD

Vas m

(CPWM-2INV, DPWM-2INV), ă ă

ă (CPWM-4INV, DPWM-4INV)

,

ШИ

, . ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ,ă ă ă ă ă

ă ă ă m<0.6, ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă

ă ,ă ă ă ă ă ă ă( ăm>0.6), ă

ă ă ă ă ă ă ă

ă ă

. 15 ă ă ă

ă ă ă Vas ă ă ă ă ă

ă ă ă (CPWM) ă ă (DPWM) ă

ă ă ă ă ă ă Vdc1 – Vdc4

ă .ă , ă ă ăVdc1Vdc2 ăVdc3Vdc4, ăVdc1=Vdc3

Vdc2=Vdc4. ă ă ă ă ă :

1) Vdc1 = 0.9Vdc2, Vdc3= 0.9Vdc4, Kdc=0.9 ă ă ; 2) Vdc1 = 0.7Vdc2, Vdc3= 0.7Vdc4, Kdc=0.7 ă ă .

, ă ă

ă ă ă ă ă

ă ă ă ăШИ ă ă ă ă ă ă

. 15. WTHD

Vas m=m2=m4

ă ă ă c ă ă ă

,ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ( ă ă ă )ă ă

ă ă ă ă ă ă ă ,ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ,ă ă

.

,ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ă

,ă ă ă ă ă ă ă ă

m<0.6, ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ,ă ă ă ă ă

ă ă ( ăm>0.6), ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă .ă

ă ă ă ă ă ă ă ă

ă ăШИ ă ă ă ă ă ă ă

ă ă ă ( ă ),ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ШИ ă ă ă

ă ă ă ă ,ă ă ă ă ă ă ă

.ă

[1] E. Levi, R. Bojoi, F. Profumo, H.A. Toliyat and S. Williamson,ă“Multiphase induction motor drives – a technology status review,”ăIET Electrical Power Applications, vol. 1, n. 4, pp. 489-516, 2007.

[3] G.ăGranНТ,ăG.ăSОrraăanНăA.ăTanТ,ă“GОnОralăanalвsТsăoПămultТpСasОăsвstОmsăbasОНăonă spaМОăvОМtorăapproaМС,”ăProМ.ăoПătСОăIEEE-EPE Power Electronics and Motion Control Conf. (EPE-PEMC’2006),ăpp.ă834-840, 2006.

[4] E.ăLОvТ,ă“MultТpСasОăОlОМtrТМămaМСТnОsăПorăvarТablОăspООНăapplТМatТons,”ăIEEEăTrans. on Industrial Electronics, vol. 55, n. 5, pp. 1893-1909, 2008.

[5] V.ă OlОsМСuФă anНă G.ă GrТva,ă “SвnМСronТгОНă spaМО-vector modulation for six-phase automotТvОă НrТvОă аТtСă МontrollОНă sаТtМСТnРă ПrОquОnМв,”ă IntОrnatТonală RОvТОаă oПă ElОМtrТМală Engineering, vol. 4, n. 1, pp. 50-56, 2009.

[6] G. Grandi, A.ă TanТ,ă P.ă SanУООvФumară anНă D.ă OstoУТМ,ă “MultТ-phase multi-level AC motor drive based on four three-phase two-lОvОlăТnvОrtОrs,”ăProМ.ăoПătСОăIEEEăIntОrnatТonală Symp. onăPoаОrăElОМtronТМs,ăElОМtrТМalăDrТvОs,ăAutomatТonăanНăMotТonă(SPEEDAM’2010),ă pp. 1768-1775, 2010.

[7] J.ă Holtг,ă “PulsОаТНtСă moНulatТonă Пoră ОlОМtrТМă poаОră МonvОrsТon,”ă ProМООНТnРsă oПă IEEE, vol. 82, n. 8, pp. 1194-1213, 1994.

[8] N. Mohan, T.M. Undeland and W.P. Robbins, Power Electronics, 3rd ed., John Wiley & Sons, 2003.

[9] R.K. Jardan, P. StumpП,ă P.ă Bartal,ă Z.ă VarРaă anНă I.ă NaРв,ă “Aă novОlă approaМСă Тnă stuНвТnРătСОăОППОМtsăoПăsubСarmonТМsăonăultraСТРСăspООНăACămotorăНrТvОs,”ăIEEEăTrans. on Industrial Electronics, vol. 58, n. 2, pp. 627-635, 2011.

[10] V.ă OlОsМСuФă anНă F.ă BlaabУОrР,ă “DТrОМtă sвnchronized PWM techniques with linear МontrolăПunМtТonsăПorăaНУustablОăspООНăНrТvОs,”ăProМ.ăoПătСОăIEEEăApplТОНăPoаОrăElОМtronТМsă Conf. (APEC’2002),ăpp.ă76-82, 2002.

[11] V.ăOlОsМСuФ,ăF.ăBlaabУОrРăanНăB.K.ăBosО,ă“AnalвsТsăanНăМomparТsonăoПăalРОbraТМăanНă trТРonomОtrТМămОtСoНsăoПăsвnМСronousăPАMăПorăТnvОrtОrăНrТvОs,”ăProМ.ăoПătСОăIEEEăPoаОră Electronics Specialists Conf. (PESC’02),ăpp.ă1439-1444, 2002.

[12] V.ăOlОsМСuФ,ăR.ăBoУoТ,ăF.ăProПumo,ăA.ăTОnМonТăanНăA.M.ăStanФovТМ,ă“MultТПunМtТonală six-phase motor drivОsăаТtСăalРorТtСmsăoПăsвnМСronТгОНăPАM,”ăProМ.ăoПătСОăIEEEăInНustrТală Electronics Conf. (IECON’2006),ăpp.ă1293-1300, 2006.

[13] V.ă OlОsМСuФ,ă F.ă ProПumoă anНă A.ă TОnМonТ,ă “FТvО-phase inverters with synchronized pulsОаТНtСămoНulatТon,”ăIntОrnatТonalăRОvТОаăof Electrical Engineering, vol. 2, n. 2, pp. 123-129, 2007.

[14] V.ă OlОsМСuФ,ă R.ă BoУoТ,ă G.ă GrТvaă anНă F.ă ProПumo,ă “Duală ТnvОrtОr-fed traction drive аТtСă DCă sourМОsă poаОră balanМТnРă basОНă onă sвnМСronТгОНă PАM,”ă Тnă ProМ.ă oПă tСОă IEEEă International Electrical Machines and Drives Conf. (IEMDC’2007),ăpp.ă260-265, 2007. [15] V.ăOlОsМСuФ,ăF.ăProПumoăanНăA.ăTОnМonТ,ă“AnalвsТsăoПăopОratТonăoПăsвmmОtrТМalăНuală three-pСasОăМonvОrtОrsăаТtСăСвbrТНăsМСОmОsăoПăsвnМСronТsОНăPАM,”ăIntОrnatТonalăRОvТОаăoПă Electrical Engineering, vol. 2, n. 6, pp. 793-802, 2007.

[16] V.ă OlОsМСuФă anНă G.ă GrТva,ă “SТmulatТonă oПă proМОssОsă Тnă sвnМСronТгОНă МasМaНОНă ТnvОrtОrsăПorăpСotovoltaТМăapplТМatТon,”ăIntОrnatТonalăRОvТОаăoПăElОМtrТМalăEnРТnООrТnР,ăvol.ă4,ă n. 5(A), pp. 928-936, 2009.

[17] V. OlescСuФ,ăG.ăGrТvaăanНăF.ăSpОrtТno,ă“DualănОutral-point-clamped converters with sвnМСronТгОНă PАMă Пoră pСotovoltaТМă ТnstallatТons,”ă IntОrnatТonală RОvТОаă oПă ElОМtrТМală Engineering, vol. 5, n. 1(A), pp. 55-63, 2010.

[18] H.ă StОmmlОră anНă P.ă GuРРОnbaМС,ă “ConПТРuratТons of high power voltage source ТnvОrtОră НrТvОs,”ă ProМ.ă oПă tСОă EuropОană PoаОră ElОМtronТМsă ConПОrОnМОă (EPE’93),ă pp.ă 7-12, 1993.

.

(oleschukv@hotmail.com), ă ( )ă

ă ,ă ă ă ăИ ă ă ă ă

.ă ă ă ă ă

ă ă ă ă ă ă ,ă ă

ă ,ă ă ă ă ă .ă

(ermuratskie@gmail.com),ă ă ( )ă

ă ,ă ă ă ăИ ă ă ă

, ă ă :ă ă ă ,ă

ă ,ă ă ă ,ă ă