Tecniche di modulazione per migliorare l'efficienza in inverter di trazione per applicazioni in veicoli elettrici e ibridi

This thesis focuses on the efficiency improvement of a three-phase inverter, designed for traction drive in hybrid and electrical vehicle applications. The overall reduction in energy consumption allows improvements such as cost reduction, weight and dimension savings, all concerning the inverter cooling system. The available space can be utilized in order to increase battery stack dimension and to extend the autonomy distance range in pure electric operating mode. In this work, a review of the state of the art about available modulation techniques has been undertaken. Discontinuous strategies have been thoroughly investigated, in respect of losses reduction and system performance optimization. Matlab-Simulink numerical simulations of a digital Space Vector modulator, with inverter losses assessment, has also been carried out. The classical Vector strategy has been compared with two different discontinuous modulators, with one of those being developed for this project. Such strategies have been lastly performed on a DSP-inverter board in order to experimentally investigate performance achivement.

Il presente lavoro di tesi affronta uno studio per migliorare l’efficienza di un inverter trifase destinato ad applicazioni di trazione in veicoli ibridi ed elettrici. La riduzione del consumo energetico dell’intero azionamento ha ripercussioni positive in fatto di riduzione di costi, di pesi e di ingombri, con particolare riferimento ai sistemi di raffreddamento di inverter. Lo spazio disponibile può essere riutilizzato per aumentare il volume degli accumulatori e incrementare così l’autonomia in regime elettrico. Obiettivo del presente lavoro è stato lo studio delle differenti tecniche di modulazione disponibili allo stato dell’arte, con particolare riferimento all’incremento di efficienza e prestazioni ottenibile con strategie discontinue. A questo è seguita una fase di simulazione numerica Matlab-Simulink, con sviluppo di un modulatore Space Vector discreto e modellazione delle perdite di inverter. La strategia vettoriale classica è stata confrontata con due modulatori con tecnica discontinua, uno dei quali sviluppato nel presente progetto. Tali strategie sono poi state implementate su dispositivi DSP-inverter per l’indagine sperimentale delle prestazioni raggiunte.