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https://hdl.handle.net/1822/39843
Título: | Controlador com FPGA para um motor-in-wheel CA de fluxo axial |
Outro(s) título(s): | FPGA controller for an AC motor-in-wheel axial flux |
Autor(es): | Peixoto, Hugo Manuel de Carvalho Oliveira |
Orientador(es): | Afonso, João L. |
Palavras-chave: | Máquinas de fluxo axial Motor-in-wheel Permanent magnet synchronous machine (PMSM) Voltage source inverter (VSI) Field oriented control (FOC) Space vector modulation (SVM) Field programmable gate array (FPGA) Axial flux machines |
Data: | 2013 |
Resumo(s): | Com o aumento da preocupação com o meio ambiente, os veículos com tração
elétrica têm vindo a ser alvo de investigação e desenvolvimento por vários
investigadores e fabricantes de veículos de todo o mundo, pois a energia elétrica pode
ter origem em fontes renováveis e, além disso, os veículos elétricos são muito
eficientes, podendo até aproveitar a energia cinética excedente do seu movimento,
durante desacelerações, travagens e descidas.
Nesta dissertação são apresentados os principais sistemas de tração elétrica
utilizados em veículos elétricos, bem como os elementos básicos que os constituem,
como os sistemas de armazenamento de energia e os diferentes tipos de motores
utilizados na tração.
É dada ênfase aos motores trifásicos de Corrente Alternada (CA) de fluxo axial,
utilizados em configurações motor-in-wheel, uma vez que este é o tipo de motor
utilizado nesta dissertação. Os principais sistemas de controlo para este tipo de motores
também são apresentados.
Como os algoritmos de controlo para máquinas elétricas vão evoluindo ao longo
do tempo e vão exigindo maiores capacidades de processamento, os dispositivos digitais
que os processam têm que ser mais rápidos e têm que possuir mais recursos disponíveis.
Os FPGAs (Field Programmable Gate Array) são dispositivos digitais com enorme
capacidade de processamento e grande flexibilidade em termos de recursos, pelo que
são uma boa solução para processar algoritmos que exijam grandes capacidades de
processamento.
Nesta dissertação encontra-se descrito um algoritmo de controlo FOC
(Field-Oriented Control) com modelador SVM (Space Vector Modulation), para
motores elétricos do tipo PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine),
implementado num FPGA utilizando linguagem Verilog. O algoritmo implementado
permite controlar a velocidade do motor. No final da dissertação são mostradas algumas
estatísticas do controlador implementado (tempo/ciclos de processamento e recursos do
FPGA utilizados).
Também é feita uma breve descrição do hardware utilizado no sistema de controlo
do motor, baseado num VSI (Voltage Source Inverter), e são apresentados alguns
resultados de simulação do sistema de controlo, obtidos com o software PSIM.
Por fim, são mostrados alguns resultados experimentais de testes efetuados ao
sistema de controlo, como a resposta a variações da velocidade angular de referência e a
variações de carga aplicada ao motor, e algumas formas de onda das correntes de fase e
tensões de alimentação do motor, com este a operar em regime permanente. With the increasing concern with the environment, the vehicles with electric traction have been the target of research and development by many researchers and vehicle manufacturers all around the world, because the electric energy can be derived from renewable sources and, in addition, the electric vehicles are very efficient and can even take the surplus kinetic energy of its movement, during decelerations, brakings and downhills. This MSc master thesis presents the main electric traction systems for electric vehicles, as well as the basic elements that constitute them, such as energy storage systems and the different types of motors used in electric traction. It is given focus to the three-phase axial flux AC (Alternated Current) motors used in motor-in-wheel configurations, since it is the type of motor used in this master thesis. There are also presented the main control systems for this type of motors. Since the control algorithms for electrical machines are improving over time and increasingly requiring higher processing power, the digital devices that process those algorithms need to be faster and need to have more available resources. FPGAs (Field Programmable Gate Array) are digital devices with high processing power and great flexibility in terms of resources, so they are a good solution to process algorithms that require high processing capabilities. On this master thesis is described a FOC (Field-Oriented Control) algorithm for electric motors of the type PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine), implemented in FPGA using Verilog language. The implemented algorithm allows to control the motor speed. At the end of this document are shown some statistics of the implemented controller (time/processing cycles and used resources from the FPGA). It is also made a brief description of the hardware used for the control system of the motor, based on a VSI (Voltage Source Inverter), and are presented some simulation results of the control system, obtained with the use of PSIM software. Finally, are shown some experimental results of tests performed to the control system, such as the response to variations of the angular velocity reference and variations of the load applied to the motor, and some waveforms of phase currents and supply voltages applied to the motor with this operating in steady state. |
Tipo: | Dissertação de mestrado |
Descrição: | Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores |
URI: | https://hdl.handle.net/1822/39843 |
Acesso: | Acesso aberto |
Aparece nas coleções: | BUM - Dissertações de Mestrado DEI - Dissertações de mestrado |
Ficheiros deste registo:
Ficheiro | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Dissertação_Hugo Peixoto_2013.pdf | 4,15 MB | Adobe PDF | Ver/Abrir |