Implementação do conversor de eletrónica de potência para um sistema de tração baseado no controlo DTC de um motor AFPMSM para aplicação de mobilidade elétrica

Abstract

A indústria e a comunidade científica têm vindo a estudar variantes das técnicas de controlo vetorial de motores elétricos, de forma a terem respostas satisfatórias a nível do desempenho global do sistema. Esta dissertação de Mestrado pretende expor de forma elucidativa a implementação da técnica de controlo direto do binário (DTC - Direct Torque Control), para aplicação em veículos elétricos (EV), como técnica alternativa ao controlo por orientação de campo (FOC - Field Oriented Control). Neste trabalho foi realizada previamente a modelação e simulação do sistema desenvolvido recorrendo à ferramenta de simulação de eletrónica de potência PSIM, fazendo a aproximação possível à realidade, com a introdução dos parâmetros do motor elétrico utilizado, bem como dos algoritmos que sustentam a técnica de controlo. De forma a implementar o controlo do motor recorreu-se a um DSP (Digital Signal Processor), nomeadamente o TMS320F28335 da Texas Instruments, explorando as capacidades oferecidas por esta plataforma, e utilizando o ambiente de programação Code Composer Studio. A junção do conversor CC-CA (Corrente Contínua-Corrente Alternada) de semicondutores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) com as restantes partes, tais como drive, condicionamento de sinal e deteção de erros é feita através de uma PCB (Printed Circuit Board) desenhada com recurso ao programa PADS. No que toca à implementação experimental em bancada de ensaios foi usado um motor síncrono de ímanes permanentes de fluxo axial (Axial Flux Permanent Magnet Synchronous Motor – AFPMSM) com uma potência de 1,8 kW. Esta topologia de motores é uma mais-valia para este trabalho, por se tratar de uma topologia em desenvolvimento e em expansão de utilização nos últimos anos.

The industry and the scientific community have been studying variants of electric motor vector control techniques, in order to have satisfactory responses to the overall performance of the system. This Master’s thesis intends to explain the implementation of the DTC control technique for application in electric vehicles (EV), as an alternative technique to the Field Oriented Control (FOC). In this work, the modeling and simulation of the developed system was performed using the power electronic simulation tool PSIM, making possible the approximation to reality, with the introduction of the electric motor parameters, as well as the algorithms that support the control technique. In order to implement the control of the motor a digital signal processor (DSP) was used, namely the TMS320F28335 of Texas Instruments, exploring the capabilities offered by this platform, and using the programming environment Code Composer Studio. The connection of the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) DC-AC (Direct Current-Alternating Current) converter with the remaining parts, namely drive, signal conditioning and error detection is performed on a Printed Circuit Board (PCB) using the PADS program. An axial flux permanent magnet synchronous motor (AFPMSM) with a rated power of 1.8 kW was used for the experimental implementation on a test workbench. This topology of electric motor is an added value for this work, because it has been a topology under development and expansion of use in the last years.