Torque ripple minimization in Switched Reluctance Motors for electric vehicles: analysis and MATLAB simulation

The automotive sector is experiencing a revolution towards electrification to reduce dependence on fossil fuels. In this context, the switched reluctance motor (SRM) emerges as a promising alternative to permanent magnet synchronous motors (PMSMs) due to its robustness, construction simplicity and absence of rare earth elements. However, the widespread adoption of SRMs in electric traction is limited by their high torque ripple, intrinsically caused by double structure saliency and phase switching. This thesis aims to analyse and minimize torque ripple in a 6/4 SRM designed for EV applications. The study presents a comprehensive MATLAB/Simulink simulation comparing a baseline model, utilizing an Asymmetric Half-Bridge (ASHB) converter, with a proposed model featuring advanced control strategies. The proposed solution implements a Flying Capacitor Multilevel Inverter (FCMI) combined with a 5-level hysteresis control logic and a specific current profile modulation including phase superposition. Simulation results demonstrate a substantial reduction in torque ripple, decreasing from 124.8% in the baseline model to 30.26% in the proposed model, while maintaining thermal stability. The work confirms the effectiveness of the proposed architecture in enhancing SRM performance for electric mobility.

Il settore automobilistico sta vivendo una rivoluzione verso l'elettrificazione per ridurre la dipendenza dai combustibili fossili. In questo contesto, il motore a riluttanza commutata (SRM) emerge come una promettente alternativa ai motori sincroni a magneti permanenti (PMSM) grazie alla sua robustezza, semplicità costruttiva e assenza di terre rare. Tuttavia, l'adozione diffusa degli SRM nella trazione elettrica è limitata dal loro elevato ripple di coppia, causato intrinsecamente dalla doppia salienza della struttura e dalla commutazione di fase. Questa tesi si propone di analizzare e mitigare il problema del ripple di coppia in un SRM 6/4 destinato ad applicazioni per veicoli elettrici (EV). Il lavoro presenta una simulazione in ambiente MATLAB/Simulink, confrontando un modello base, equipaggiato con un convertitore a ponte asimmetrico (ASHB), con un modello proposto che introduce strategie di controllo avanzate. La soluzione proposta impiega un inverter multilivello a condensatori volanti (Flying Capacitor Multilevel Inverter - FCMI) abbinato a un controllo a isteresi a 5 livelli e a una specifica modulazione del profilo di corrente con sovrapposizione delle fasi. I risultati della simulazione dimostrano una significativa riduzione del ripple di coppia, che scende dal 124,8% del modello base al 30,26% nel modello proposto, mantenendo al contempo una gestione termica adeguata. Lo studio conferma l'efficacia dell'architettura proposta nel migliorare le prestazioni dell'SRM per l'uso in veicoli elettrici.