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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
Ph.D. Thesis, Primary publication, Publisher's Version

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Item Type: Ph.D. Thesis
Type of entry: Primary publication
Title: Optimized Operation of Interleaved Motor Drive Inverter by means of Model Predictive Control
Language: English
Referees: Griepentrog, Prof. Dr. Gerd ; Böcker, Prof. Dr. Joachim
Date: 2023
Place of Publication: Darmstadt
Collation: xvii, 181 Seiten
Date of oral examination: 8 March 2023
DOI: 10.26083/tuprints-00023575
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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

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.

German
Status: Publisher's Version
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-235751
Classification DDC: 600 Technology, medicine, applied sciences > 620 Engineering and machine engineering
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Power Electronics and Control of Drives
Date Deposited: 05 Apr 2023 12:02
Last Modified: 06 Apr 2023 06:07
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/23575
PPN: 506592847
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