Controle de Velocidade de uma Máquina de Ímãs Permanentes Tolerante a Falhas em Conjunto com Técnica de Máximo Torque por Ampere

João Batista Viana Neto; Victor Hugo Kittel Ries; Gierri Waltrich

doi:10.18618/REP.e202434

Authors

João Batista Viana Neto Universidade Federal de Santa Catarina https://orcid.org/0009-0000-6787-013X
Victor Hugo Kittel Ries Universidade Federal de Santa Catarina
Gierri Waltrich Universidade Federal de Santa Catarina https://orcid.org/0000-0003-0968-8975

DOI:

https://doi.org/10.18618/REP.e202434

Keywords:

Veículos elétricos, Controle tolerante, PMSM, Máximo torque por Ampere, Processor in the loop

Abstract

Com o grande avanço da utilização de veículos elétricos no mundo, devido ao alto nível de concorrência e com a busca da diminuição dos impactos ambientais que os veículos à combustíveis fósseis trazem, existe um crescimento na tentativa de aumentar a confiabilidade e robustez destes veículos. Desta forma, este trabalho traz como objetivo propor um algoritmo de controle para máquinas síncronas de ímãs permanentes PMSM que sejam tolerantes a falhas de circuito ou de interruptor aberto com algoritmo de máximo torque por Ampére, utilizando-se de um inversor trifásico de dois níveis para controle e acionamento da máquina. Em função de prever de forma eficiente o comportamento do sistema de controle minimizando os riscos associados aos testes em alta tensão e com a máquina em falha, é utilizada da técnica de simulação do tipo processor in the loop para validar o código diretamente no processador escolhido. Neste trabalho, é explicado o funcionamento do motor IPM e desenvolvido os modelos de torque para operação em falha. Por fim, são feitas simulações do tipo PIL para validar a análise teórica.

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Author Biographies

João Batista Viana Neto, Universidade Federal de Santa Catarina

Nascido em Tubarão, Santa Catarina, Brasil. Possui graduação pela Universidade do Estado de Santa Catarina, Joinville, Brasil, em 2017, e possui mestrado pela Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis 2024. Atualmente é Engenheiro de desenvolvimento sênior na Nidec Drives atuando no desenvolvimento de acionadores de motores trifásicos.

Victor Hugo Kittel Ries, Universidade Federal de Santa Catarina

Nascido em Florianópolis, Santa Catarina, Brasil. Possui graduação em Engenharia Elétrica (2017) pela Universidade Federal de Santa Catarina, campus Florianópolis e atualmente (2024) mestrando no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Santa Catarina.

Gierri Waltrich, Universidade Federal de Santa Catarina

Nascido em Joaçaba, Santa Catarina, Brasil. Possui graduação e mestrado pela Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil, em 2007 e 2009, respectivamente, e doutorado pela Eindhoven University of Technology, Eindhoven, Países Baixos, em 2013, todos em Engenharia Elétrica. Atualmente é professor na Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, Brasil. Também é membro da Sociedade Brasileira de Eletrônica de Potência (SOBRAEP).

References

IEA, “Global EV data Explorer”, https://www.iea.org/data-and-statistics/data-tools/global-ev-data-explorer, accesado em: 26 de maio de 2024., 2023.

E. Sperling, S. Rambo, “Reliabilty Becames The Top Concern In Automotive”, https://semiengineering.com/reliability-becomes-the-top-concern-in-automotive/, accessado em: 26 de maio de 2024, 2019.

Q. Huang, Q. Huang, H. Guo, J. Cao, “Design and research of permanent magnet synchronous motor controller for electric vehicle”, Energy Science & Engineering, vol. 11, no. 1, pp. 112–126, 2023, DOI: https://doi.org/10.1002/ese3.1316

X. Wang, Z. Wang, M. Gu, B. Wang, W. Wang, M. Cheng, “Current Optimization-Based Fault-Tolerant Control of Standard Three-Phase PMSM Drives”, IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 36, no. 2, pp. 1023–1035, 2021. DOI: https://doi.org/10.1109/TEC.2020.3036041

B. Cai, Y. Zhao, H. Liu, M. Xie, “A Data-Driven Fault Diagnosis Methodology in Three-Phase Inverters for PMSM Drive Systems”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 7, pp. 5590–5600, 2017. DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2608842

Y. Song, B. Wang, “Survey on Reliability of Power Electronic Systems”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 1, pp. 591–604, 2013. DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2012.2192503

H. Hamza, J. Song-Manguelle, P. M. Lingom, J. Nyobe-Yome, M. L. Doumbia, “A Review of Fault-Tolerant Control Methods for Cascaded H-Bridge Multilevel Inverters”, in 2023 IEEE 14th International Conference on Power Electronics and Drive Systems (PEDS), pp. 1–7, 2023. DOI: https://doi.org/10.1109/PEDS57185.2023.10246759

K. D. Hoang, Z. Q. Zhu, M. P. Foster, D. A. Stone, “Comparative study of current vector control performance of alternate fault tolerant inverter topologies for three-phase PM brushless ac machine with one phase open - circuit fault”, in 5th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2010), pp. 1–6, 2010. DOI: https://doi.org/10.1049/cp.2010.0052

P. Lezana, G. Ortiz, “Extended Operation of Cascade Multi-cell Converters Under Fault Condition”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 56, no. 7, pp. 2697–2703, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2019771

J. Andreu, I. Kortabarria, E. Ibarra, I. M. de Alegr´ıa, E. Robles, “A new hardware solution for a fault tolerant matrix converter”, in 2009 35th Annual Conference of IEEE Industrial Electronics, pp. 4469–4474, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2009.5414858

Y. Song, B. Wang, “A hybrid electric vehicle powertrain with fault- 9tolerant capability”, in 2012 Twenty-Seventh Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), pp. 951–956, 2012. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2012.6165933

A. L. Julian, G. Oriti, “A Comparison of Redundant Inverter Topologies to Improve Voltage Source Inverter Reliability”, in Conference Record of the 2006 IEEE Industry Applications Conference Forty-First IAS Annual Meeting, vol. 4, pp. 1674–1678, 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/IAS.2006.256761

S. Ceballos, J. Pou, J. Zaragoza, J. L. Martin, E. Robles, I. Gabiola, “Efficient Modulation Technique for a Four-Leg Fault-Tolerant Neutral-Point-Clamped Inverter”, in IECON 2006 - 32nd Annual Conference on IEEE Industrial Electronics, pp. 2090–2095, 2006. DOI: https://doi.org/10.1109/IECON.2006.348023

A. Kontarˇcek, P. Bajec, M. Nemec, V. Ambroˇziˇc, D. Nedeljkovic, “Cost-Effective Three-Phase PMSM Drive Tolerant to Open-Phase Fault”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 11, pp. 6708–6718, 2015. DOI: https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2437357

R. C. Dorf, R. H. BISHOP, Modern Control Systems, Pearson Prentice Hall, 2005.

S. Buso, P. Mattavelli, Digital Control in Power Electronics, Springer, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-02499-3

S. Bolognani, R. Petrella, A. Prearo, L. Sgarbossa, “Automatic tracking of MTPA trajectory in IPM motor drives based on AC current injection”, in 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 2340–2346, 2009. DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2009.5316066

B. Bose, Modern Power Electronics and AC Drives, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, N.J., 2002.

J. Mina, Z. Flores, E. L´opez, A. P´erez, J.-H. Calleja, “Processor-in-the- loop and hardware-in-the-loop simulation of electric systems based in FPGA”, in 2016 13th International Conference on Power Electronics (CIEP), pp. 172–177, 2016. DOI: https://doi.org/10.1109/CIEP.2016.7530751