A new modulation technique to reduce and equalize switching losses of open-end winding induction drives

Open-End Winding Induction Machine Configuration does provide another way of multilevel inversion than multilevel inverters. It has less complexity and cost compared to other multilevel inverter topologies while keeping the advantages such as lower harmonic distortion and higher voltage space-vector redundancy than the conventional two-level inverters. Foretold voltage space-vector redundancy provides the possibility of designing many modulation techniques that have the purpose of solving various problems. One of the aims of these modulation techniques is to reduce the switching number of inverters to reduce the switching losses. In this thesis, a new way of modulation has been proposed for reducing the switching number and compared with some other modulation techniques in terms of efficiency. Comparison has been done by modeling the control of an open-end winding induction machine with the real machine and MOSFET parameters in Simulink. The rotor field-oriented control has been used. The first three modulation techniques that are compared with the proposed technique do not have any aim of decreasing the switching number. These techniques have been chosen for comparison to assess the efficiency improvement of the techniques that have the purpose of decreasing the switching number. The fourth method that has been chosen for the comparison has the aim of decreasing one of the inverters’ switching numbers significantly. However, because of its working principle, it can cause unbalanced heating problems on one of the inverters. Note that the proposed modulation technique has been derived from the fourth method with the aim of eliminating this possible unbalanced heating problem. As an expected result, techniques that have the purpose of reducing the switching had a much higher efficiency than the others. When the fourth technique and the proposed technique were compared, the proposed technique had a slightly lower efficiency at the lower torque and speed conditions. At the high torque and speed conditions, the efficiencies of the fourth technique and the proposed technique are the same since they have the same working principle at these conditions. Even though the efficiency of the proposed technique is slightly lower than the fourth technique, it can be a good alternative in case of a heat imbalance.

La configurazione della macchina a induzione a avvolgimento aperto fornisce un altro metodo di inversione multilivello rispetto agli inverter multilivello. Ha una complessità e un costo inferiori rispetto ad altre topologie di inverter multilivello, mantenendo i vantaggi come una minore distorsione armonica e una maggiore ridondanza del vettore spaziale di tensione rispetto agli inverter convenzionali a due livelli. La ridondanza del vettore spaziale di tensione predetta fornisce la possibilità di progettare molte tecniche di modulazione che hanno lo scopo di risolvere vari problemi. Uno degli obiettivi di queste tecniche di modulazione è ridurre il numero di commutazioni degli inverter per ridurre le perdite di commutazione. In questa tesi è stata proposta una nuova modalità di modulazione per ridurre il numero di commutazioni e confrontata con altre tecniche di modulazione in termini di efficienza. Il confronto è stato effettuato modellando il controllo di una macchina a induzione a avvolgimento aperto con la macchina reale e i parametri MOSFET in Simulink. Le prime tre tecniche di modulazione confrontate con la tecnica proposta non hanno lo scopo di ridurre il numero di commutazioni. Queste tecniche sono state scelte per il confronto per valutare il miglioramento dell’efficienza delle tecniche che mirano a ridurre il numero di commutazioni. Il quarto metodo scelto per il confronto ha lo scopo di ridurre significativamente il numero di commutazioni di uno degli inverter. Tuttavia, a causa del suo principio di funzionamento, può causare problemi di riscaldamento non bilanciati su uno degli inverter. Si noti che la tecnica di modulazione proposta è stata derivata dal quarto metodo con lo scopo di eliminare questo possibile problema di riscaldamento non bilanciato. Come risultato atteso, le tecniche che mirano a ridurre le commutazioni hanno avuto un’efficienza molto più alta rispetto alle altre. Quando il quarto metodo e la tecnica proposta sono stati confrontati, la tecnica proposta ha avuto un’efficienza leggermente inferiore alle condizioni di coppia e velocità più basse. Alle condizioni di coppia e velocità elevate, le efficienze del quarto metodo e della tecnica proposta sono le stesse poiché hanno lo stesso principio di funzionamento in queste condizioni. Il metodo proposto può essere una buona alternativa al quarto metodo in caso di squilibrio termico.