Controlador com FPGA para um motor-in-wheel CA de fluxo axial

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Peixoto, Hugo Manuel de Carvalho Oliveira
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/1822/39843
Resumo: Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de Computadores
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spelling Controlador com FPGA para um motor-in-wheel CA de fluxo axialFPGA controller for an AC motor-in-wheel axial fluxMáquinas de fluxo axialMotor-in-wheelPermanent magnet synchronous machine (PMSM)Voltage source inverter (VSI)Field oriented control (FOC)Space vector modulation (SVM)Field programmable gate array (FPGA)Axial flux machinesEngenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e InformáticaDissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e de ComputadoresCom 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.Afonso, João L.Universidade do MinhoPeixoto, Hugo Manuel de Carvalho Oliveira20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/1822/39843porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-21T11:58:15Zoai:repositorium.sdum.uminho.pt:1822/39843Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T18:47:57.657232Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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