State of the art and analysis of open-end winding motor drives

In this research, the operation of open-end winding motors is analysed, with a focus on synchronous permanent magnet motors (OW-PMSM). This type of motor, which differs from conventional ones due to the absence of the star/delta connection in the stator winding terminals, enables two independent VSI inverters to be connected to its ends, which is known as dual-inverter. Initially, it will be analysed the different possible configurations that can be implemented mainly in traction applications, such as in trains or electric vehicles, with their benefits and drawbacks, before moving on to the modelling of the motor and control system adopted. The latter considers the use of two separate voltage sources, connected to the DC-link of the two VSIs. Moreover, the modulation of the first invert will be based on a lookup table with the aim to minimise switching losses in the system as much as possible. The second one, on the other hand, will be used as a compensation inverter with a space vector modulation (SVM). In order to verify the validity of the analysed solution, simulations were carried out by implementing the entire system on MatLab and Simulink, by means of some telemetry data recorded during an electric vehicle's lap on the Varano circuit. Finally, the behaviour of the open-end winding motor was compared with that of a conventional permanent magnet synchronous machine, and the results obtained for the main mechanical and electrical quantities of the two types of motor were also discussed.

In questo studio viene analizzato il funzionamento dei motori ad avvolgimento statorico aperto (open-end winding), concentrandosi soprattutto su quelli sincroni a magneti permanneti (OW-PMSM). Questa tipologia di motori, che si differenzia da quelle convenzionali per l'assenza della connessione a stella/triangolo nei terminali dell'avvolgimento statorico, permette di connettere ai suoi capi due inverter VSI indipendanti l'uno dall'altro, che prende il nome di dual-inverter. Inizialmente, verranno analizzate le varie configurazioni, per questa tipologia di motori, che possono essere implementate principalmente nell'applicazioni di trazione, come in treni o veicoli elettrici, con i relativi benefici e punti deboli, per poi passare alla modellizzazione del motore e del sistema di controllo adottato. Quest'ultimo prende in considerazione l'utilizzo di due sorgenti di tensione separate, connesse al DC-link dei due VSI. Inoltre, la modulazione del primo invert si baserà su una lookup table con l'obbiettivo di andare a minimizzare il più possibile le perdite di commutazione nel sistema. Il secondo, invece, sarà utilizzato come inverter di compensazione con una modulazione vettoriale (SVM). Per verificare la validità della soluziona analizzata, sono state svolte delle simualzioni tramite l'implementazione dell'intero sistema su MatLab e Simulink, utilizzando alcuni dati di telemetria registarti nell'uso di un veicolo elettrico durante un giro eseguito sul circuito di Varano. Infine, è stato messo a confronto il comportamento del motore open-end winding con quello di una convenzionale macchina sincrona a magneti permanenti, commentandone i risultati ottenuti per le principali grandezze, meccaniche ed elettriche, delle due tipologie di motori.