Contribuições ao controle de corrente para redução de ripple de torque em máquinas PMSM com FCEM não-senoidal
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| Publication Date: | 2025 |
| Format: | Doctoral thesis |
| Language: | por |
| Source: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
| dARK ID: | ark:/26339/0013000018z65 |
| Download full: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/34370 |
Summary: | This work presents contributions to current control aiming to reduce torque ripple in non-sinusoidal PMSM machines, through harmonic manipulation in the motor currents. One of the problems inherent to these machines occurs when their back-electromotive force (back-EMF) has a non-sinusoidal shape and, consequently, the interaction between the back-EMF harmonics and stator currents will result in torque ripple. In this context, the present work initially presents an extensive modeling for the non-sinusoidal engine considering n-harmonics, allowing to understand how the odd harmonics in abc combine into αβ and dq. Additionally, the equations that describe the torque behavior will be deduced, allowing an understanding of ripple the origin. Through the deduced expressions, a harmonic current profile will be proposed aiming to minimize torque ripple. Finally, a current control strategy based on resonant controllers will be employed to implement the proposed profile in dq coordinates, reducing the number of controllers when compared to the implementation in αβ. Furthermore, design methodologies for controller gains considering motor speed variation will also be proposed. Experimental results will validate the proposed strategy, and a comparison with a strategy from the literature will be conducted, demonstrating that the proposed current profile has the capacity to reduce torque ripple without the need to modify the Park Transform. |
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Contribuições ao controle de corrente para redução de ripple de torque em máquinas PMSM com FCEM não-senoidalContributions to current control For torque ripple reduction in PMSM machine with non-sinusoidal back-EMFPMSMRipple de torqueControle vetorialEspaço de estadosControladores ressonantesTorque rippleVector controlState-spaceResonant controllersCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis work presents contributions to current control aiming to reduce torque ripple in non-sinusoidal PMSM machines, through harmonic manipulation in the motor currents. One of the problems inherent to these machines occurs when their back-electromotive force (back-EMF) has a non-sinusoidal shape and, consequently, the interaction between the back-EMF harmonics and stator currents will result in torque ripple. In this context, the present work initially presents an extensive modeling for the non-sinusoidal engine considering n-harmonics, allowing to understand how the odd harmonics in abc combine into αβ and dq. Additionally, the equations that describe the torque behavior will be deduced, allowing an understanding of ripple the origin. Through the deduced expressions, a harmonic current profile will be proposed aiming to minimize torque ripple. Finally, a current control strategy based on resonant controllers will be employed to implement the proposed profile in dq coordinates, reducing the number of controllers when compared to the implementation in αβ. Furthermore, design methodologies for controller gains considering motor speed variation will also be proposed. Experimental results will validate the proposed strategy, and a comparison with a strategy from the literature will be conducted, demonstrating that the proposed current profile has the capacity to reduce torque ripple without the need to modify the Park Transform.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESInstituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Geração Distribuída de Energia Elétrica - INCTConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGSEste trabalho apresenta contribuições ao controle de corrente visando a redução de ripple de torque em máquinas PMSM não-senoidais, por meio da manipulação do conteúdo harmônico das correntes do motor. Um dos problemas inerentes a essas máquinas ocorre quando sua força contra-eletromotriz (FCEM) possui formato não-senoidal e, consequentemente, a interação entre componentes harmônicas de FCEM com as correntes estatóricas resultará em ripple de torque. Neste contexto, o presente trabalho apresenta inicialmente uma modelagem generalizada para o motor não-senoidal considerando n-harmônicas, permitindo o entendimento de como as componentes harmônicas ímpares em abc se combinam em αβ e dq. Adicionalmente, as equações que descrevem o comportamento do torque serão deduzidas, permitindo um entendimento da origem do ripple. Através das expressões deduzidas, um perfil harmônico de corrente será proposto visando a minimização do ripple de torque. Por fim, uma estratégia de controle baseada na utilização de controladores ressonantes será empregada para implementar o perfil proposto em coordenadas dq, reduzindo o número de controladores quando comparado a implementação em αβ. Adicionalmente, metodologias de projetos para os ganhos dos controladores considerando variação na velocidade do motor também serão propostas. Resultados experimentais validarão a estratégia proposta e realizarão uma comparação com uma estratégia de controle presente na literatura, demonstrando que o perfil de corrente proposto tem capacidade de reduzir o ripple de torque sem a necessidade de modificação na Transformada de Park.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaVieira, Rodrigo Padilhahttp://lattes.cnpq.br/7274686165301866Baratieri, Cassio LucianoFernandes, Eisenhawer de MouraPaula, Geyverson Teixeira dePinheiro, HumbertoRocha, Lucas Rossato2025-03-10T12:25:34Z2025-03-10T12:25:34Z2025-02-26info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/34370ark:/26339/0013000018z65porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2025-03-10T12:25:35Zoai:repositorio.ufsm.br:1/34370Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/PUBhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.com||manancial@ufsm.bropendoar:2025-03-10T12:25:35Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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This work presents contributions to current control aiming to reduce torque ripple in non-sinusoidal PMSM machines, through harmonic manipulation in the motor currents. One of the problems inherent to these machines occurs when their back-electromotive force (back-EMF) has a non-sinusoidal shape and, consequently, the interaction between the back-EMF harmonics and stator currents will result in torque ripple. In this context, the present work initially presents an extensive modeling for the non-sinusoidal engine considering n-harmonics, allowing to understand how the odd harmonics in abc combine into αβ and dq. Additionally, the equations that describe the torque behavior will be deduced, allowing an understanding of ripple the origin. Through the deduced expressions, a harmonic current profile will be proposed aiming to minimize torque ripple. Finally, a current control strategy based on resonant controllers will be employed to implement the proposed profile in dq coordinates, reducing the number of controllers when compared to the implementation in αβ. Furthermore, design methodologies for controller gains considering motor speed variation will also be proposed. Experimental results will validate the proposed strategy, and a comparison with a strategy from the literature will be conducted, demonstrating that the proposed current profile has the capacity to reduce torque ripple without the need to modify the Park Transform. |
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