Desenvolvimento de sistemas de tração para veículos elétricos urbanos utilizando simulação em tempo real
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2023 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Manancial - Repositório Digital da UFSM |
Texto Completo: | http://repositorio.ufsm.br/handle/1/29003 |
Resumo: | This master’s thesis presents the development of an electric traction system for urban vehicles using controller hardware-in-the-loop (CHIL) simulation and focusing on the electrical system components. For the purpose of obtaining a simulation model, the traction system is modeled following the forward facing methodology and the vehicle longitudinal model is used to represent the vehicle dynamics. The studied system comprises a single traction motor in a longitudinal architecture applied to the Renault Twizy vehicle, which is a passenger car. The main components of the traction system are designed following the latest trends, with a supply voltage of 400 V and the inverter switching at 10 kHz. The traction machine is a permanent magnet synchronous motor (PMSM) with a rated power of 11 kW, similar to the traction system of the previously mentioned vehicle model. Based on this, a field oriented control method is proposed to achieve speed regulation with a flux-weakening technique switching in when the demanded voltage is higher than the voltage supplied to the inverter. In order to develop realtime simulations, a OP5700 simulator manufactured by OPAL-RT Technologies is used, which is available at the Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Geração Distribuída de Energia Elétrica (INCT-GD), benefiting from toolboxes that allow the representation of high frequency events with high accuracy. Moreover, an interface board was designed to connect the simulator to a digital signal processor (DSP) where the control system is programmed. The simulation results validate the designed traction system and the proposed real-time simulation approach. The presented work aims to establish a base of knowledge for the development of a power hardware-in-the-loop (PHIL) simulation platform of electric traction systems, which would be an alternative to implementing prototypes of these systems using only physical components. |
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Desenvolvimento de sistemas de tração para veículos elétricos urbanos utilizando simulação em tempo realDevelopment of traction systems for urban electric vehicles using real-time simulationSimulação em tempo realVeículos elétricosSistemas de traçãoSimulação controller hardware-in-the-loopReal-time simulationElectric vehiclesTraction systemsController hardware-inthe-loop simulationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAThis master’s thesis presents the development of an electric traction system for urban vehicles using controller hardware-in-the-loop (CHIL) simulation and focusing on the electrical system components. For the purpose of obtaining a simulation model, the traction system is modeled following the forward facing methodology and the vehicle longitudinal model is used to represent the vehicle dynamics. The studied system comprises a single traction motor in a longitudinal architecture applied to the Renault Twizy vehicle, which is a passenger car. The main components of the traction system are designed following the latest trends, with a supply voltage of 400 V and the inverter switching at 10 kHz. The traction machine is a permanent magnet synchronous motor (PMSM) with a rated power of 11 kW, similar to the traction system of the previously mentioned vehicle model. Based on this, a field oriented control method is proposed to achieve speed regulation with a flux-weakening technique switching in when the demanded voltage is higher than the voltage supplied to the inverter. In order to develop realtime simulations, a OP5700 simulator manufactured by OPAL-RT Technologies is used, which is available at the Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Geração Distribuída de Energia Elétrica (INCT-GD), benefiting from toolboxes that allow the representation of high frequency events with high accuracy. Moreover, an interface board was designed to connect the simulator to a digital signal processor (DSP) where the control system is programmed. The simulation results validate the designed traction system and the proposed real-time simulation approach. The presented work aims to establish a base of knowledge for the development of a power hardware-in-the-loop (PHIL) simulation platform of electric traction systems, which would be an alternative to implementing prototypes of these systems using only physical components.Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Geração Distribuída de Energia Elétrica - INCT-GDConselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESFundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul - FAPERGSEsta dissertação apresenta o desenvolvimento de um sistema de tração eletrificado para veículos urbanos utilizando simulação controller hardware-in-the-loop (CHIL), com foco nos componentes da parte elétrica do sistema. A fim de obter um modelo de simulação, utiliza-se a metodologia forward para modelagem do sistema e o modelo longitudinal para estabelecer as relações de torque e velocidade do veículo. Como objeto de estudo, considera-se uma arquitetura com um único motor de tração central aplicado ao veículo elétrico leve Renault Twizy. O dimensionamento dos principais componentes do sistema é realizado conforme as tendências atuais da aplicação, com a alimentação definida em 400 V e a comutação do inversor em 10 kHz. A máquina de tração é um motor síncrono de imãs permanentes (MSIP) com potência nominal de 11 kW, similar à tração do veículo citado. A partir disso, propõe-se a utilização do controle por orientação de campo para o acionamento da máquina com comutação para uma técnica de enfraquecimento de fluxo quando o inversor não for capaz de fornecer potência ao motor, o que ocorre devido à limitação imposta pela tensão do barramento de alimentação do sistema. Para realizar as simulações em tempo real, emprega-se o simulador OP5700 da OPAL-RT Technologies, disponível nos laboratórios do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Geração Distribuída de Energia Elétrica (INCT-GD), com auxílio de ferramentas que possibilitam a representação de eventos em alta frequência com maior exatidão. Além disso, uma placa de interface foi projetada para a operação desse equipamento em conjunto com um Digital Signal Processor (DSP), no qual é implementado o sistema de controle citado. Os resultados obtidos validam o projeto do sistema de tração e a proposta de simulação em tempo real da aplicação em estudo. Esse trabalho busca estabelecer uma base de conhecimento para posterior desenvolvimento de uma plataforma de simulação power hardware-in-the-loop (PHIL) de sistemas de tração para veículos elétricos, a qual seria uma alternativa à implementação desses sistemas utilizando somente componentes físicos.Universidade Federal de Santa MariaBrasilEngenharia ElétricaUFSMPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaCentro de TecnologiaRech, Cassianohttp://lattes.cnpq.br/9375639768929991Batschauer, Alessandro LuizVieira, Rodrigo PadilhaRocha, NadyVianna, Pedro da Silveira2023-05-08T15:11:18Z2023-05-08T15:11:18Z2023-02-14info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/29003porAttribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internationalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Manancial - Repositório Digital da UFSMinstname:Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)instacron:UFSM2023-05-08T15:11:18Zoai:repositorio.ufsm.br:1/29003Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufsm.br/ONGhttps://repositorio.ufsm.br/oai/requestatendimento.sib@ufsm.br||tedebc@gmail.comopendoar:2023-05-08T15:11:18Manancial - Repositório Digital da UFSM - Universidade Federal de Santa Maria (UFSM)false |
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