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Optimized Operation of Interleaved Motor Drive Inverter by means of Model Predictive Control

Fuller, Morris (2023)
Optimized Operation of Interleaved Motor Drive Inverter by means of Model Predictive Control.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00023575
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

This thesis studies the challenges and benefits of interleaving in the context of drive inverter systems for induction machines. For this purpose, interleaved inverter topologies are introduced and analyzed. A detailed modeling of the favored interleaved inverter system in combination with the anticipated load is conducted. An optimal control strategy in form of finite control set model predictive control is developed and evaluated in simulation. Several optimization goals for the drive systems, such as control quality, efficiency in terms of losses and hardware effort, and reduction of undesirable side-effects owing to inverter-feeding are considered. The acquirable performance is compared to conventional two-level inverter realizations. A real-time controller implementation and hardware-based proof of concept is carried out. Deviations between simulation results and hardware measurements are discussed. Guidelines for optimized controller and hardware designs, as well as for future research topics are provided.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2023
Autor(en): Fuller, Morris
Art des Eintrags: Erstveröffentlichung
Titel: Optimized Operation of Interleaved Motor Drive Inverter by means of Model Predictive Control
Sprache: Englisch
Referenten: Griepentrog, Prof. Dr. Gerd ; Böcker, Prof. Dr. Joachim
Publikationsjahr: 2023
Ort: Darmstadt
Kollation: xvii, 181 Seiten
Datum der mündlichen Prüfung: 8 März 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00023575
URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/23575
Kurzbeschreibung (Abstract):

This thesis studies the challenges and benefits of interleaving in the context of drive inverter systems for induction machines. For this purpose, interleaved inverter topologies are introduced and analyzed. A detailed modeling of the favored interleaved inverter system in combination with the anticipated load is conducted. An optimal control strategy in form of finite control set model predictive control is developed and evaluated in simulation. Several optimization goals for the drive systems, such as control quality, efficiency in terms of losses and hardware effort, and reduction of undesirable side-effects owing to inverter-feeding are considered. The acquirable performance is compared to conventional two-level inverter realizations. A real-time controller implementation and hardware-based proof of concept is carried out. Deviations between simulation results and hardware measurements are discussed. Guidelines for optimized controller and hardware designs, as well as for future research topics are provided.

Alternatives oder übersetztes Abstract:
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Die vorliegende Dissertation befasst sich mit den Herausforderungen und dem Nutzen von Interleaving-Techniken im Kontext von Wechselrichtern für Asynchronmaschinen. In diesem Zusammenhang werden Interleaving-Topologien vorgestellt und analysiert. Es wird eine detaillierte Modellierung der bevorzugten Topologie sowie der vorgesehenen Last durchgeführt. Die Entwicklungsschritte für einen modellprädiktiven Regler mit endlichem Kontrollsatz (finite control set model predictive control) werden mitsamt einer anschließenden simulativen Evaluierung präsentiert. Zu den Optimierungszielen des Reglers zählen dabei unter anderem eine minimale Regelabweichung, die Erhöhung des Wirkungsgrades, eine Verringerung der notwendigen Hardware-Ressourcen, sowie die Reduzierung von grundsätzlichen parasitären Effekten aufgrund der Wechselrichterspeisung. Die erreichbare Regelgüte wird mit konventionellen zwei-level Wechselrichtern verglichen. Eine echtzeitfähige Implementierung des Regelungsalgorithmus' wird auf einem Maschinenprüfstand ausgeführt, um die Korrektheit der Modellierung und des Regelungsdesigns zu verifizieren. Die Abweichungen zwischen Simulationsergebnissen und Messungen an diesem Prüfstand werden diskutiert. Ferner werden Richtlinien für zukünftige Verbesserungen des Reglers und der Hardware-Auslegung, sowie für weiterführende Forschungsschwerpunkte dargelegt.

Deutsch
Status: Verlagsversion
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-235751
Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
Fachbereich(e)/-gebiet(e): 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Stromrichtertechnik und Antriebsregelung
Hinterlegungsdatum: 05 Apr 2023 12:02
Letzte Änderung: 06 Apr 2023 13:11
PPN:
Referenten: Griepentrog, Prof. Dr. Gerd ; Böcker, Prof. Dr. Joachim
Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 8 März 2023
Export:
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