In the recent years, automotive companies invested heavily in the research and development of electric vehicles (EVs). Their major goal is to extend the operational range of EVs and at the same time to reduce size and cost of mechanical and electrical components in EVs. One way to achieve this is by choosing the appropriate modulation scheme for inverter control in order to improve the overall performance of the EV traction system. Programmed pulsewidth modulation (PWM) is an attractive choice since it allows for the reduction of the inverter switching frequency while optimizing the motor power losses. Furthermore, an increase in the peak electrical power can be accomplished by programmed PWM since it enables the inverter operation in the overmodulation region up to six-step mode. Programmed PWM has been extensively investigated over the last decades for the control of medium voltage high power induction motor drives and is a common modulation scheme for electric railway traction converters. Synchronous optimal PWM (SOPWM) is a very promising method, which belongs to the category of programmed PWM. In this thesis, the SOPWM scheme will be evaluated for the control of an automotive traction system, which consists of a two-level voltage source inverter and an interior permanent magnet synchronous motor with highly motor operating point dependent magnetic anisotropy. This thesis aspires to demonstrate that the machine anisotropic properties influence the machine current harmonic quality and should be taken into account when optimizing the motor power losses. To prove this statement, analytical formulations of the machine phase currents with respect to the inverter switching angles, machine anisotropic factor and voltage phase angle are derived and their correctness is validated by simulations and measurements. The inverter operation in switched mode does not only influence the motor efficiency but also generates current ripple in the dc-link, which affects the size and cost of the dc-link capacitor. Due to the limited space available in EVs, the reduction of the dc-link capacitor size is of outmost importance. The analytical expression of the dc-link capacitor current ripple is deduced in this thesis with respect to the PWM switching angles. In this way, the influence of different pulse patterns on the dc-link capacitor current ripple is examined. Last but not least, a simple implementation method is proposed in this thesis which allows the integration of SOPWM into a field oriented control system with closed-loop current control. The fundamental feedback current is effectively estimated by sampling the measured current at specific points in time. This method is independent of load parameters and the computational effort required is within the capability of a standard industrial digital signal processor system. Experimental results confirm its sufficiently high dynamic performance for automotive applications.     «

In the recent years, automotive companies invested heavily in the research and development of electric vehicles (EVs). Their major goal is to extend the operational range of EVs and at the same time to reduce size and cost of mechanical and electrical components in EVs. One way to achieve this is by choosing the appropriate modulation scheme for inverter control in order to improve the overall performance of the EV traction system. Programmed pulsewidth modulation (PWM) is an attractive choice s...     »

In den letzten Jahren haben die Automobilunternehmen stark in die Forschung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen investiert. Ihr Hauptziel ist, den Einsatzbereich der Elektrofahrzeuge zu erweitern und gleichzeitig Größe und Kosten der eingesetzten mechanischen und elektrischen Komponenten zu reduzieren. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, ein geeignetes Modulationsverfahren zur Ansteuerung des Wechselrichters zu wählen und damit die Gesamtleistung des Traktionssystems des Elektrofahrzeugs weiter zu optimieren. Die programmierte Pulsweitenmodulation (PWM) ist eine attraktive Wahl, da sie die Reduzierung der Schaltfrequenz des Wechselrichters bei gleichzeitiger Optimierung der Motorverluste ermöglicht. Darüber hinaus kann eine Erhöhung der Spitzenleistung durch die programmierte PWM erreicht werden, da sie den Wechselrichterbetrieb im Übermodulationsbereich bis zur Blockkommutierung ermöglicht. Die programmierte PWM wurde in den letzten Jahrzehnten umfassend auf die Steuerung von Mittelspannungs-Hochleistungs-Asynchronantrieben untersucht und stellt ein gängiges Modulationsverfahren für elektrische Eisenbahnantriebsumrichter dar. Das Verfahren der optimierten Pulsmuster (engl.: synchronous optimal PWM, SOPWM) ist eine vielversprechende Methode, die zur Kategorie der programmierten PWM gehört. In dieser Arbeit wird das SOPWM-Schema für die Ansteuerung eines Fahrzeugtraktionssystems diskutiert, das aus einem zweistufigen Wechselrichter mit Gleichspannungs-Zwischenkreis und einem permanentmagneterregten Synchronmotor mit hoher betriebspunktabhängiger magnetischer Anisotropie besteht. Diese Arbeit soll zeigen, dass die anisotropen Eigenschaften der Maschine die Qualität der Stromverzerrung der Maschine beeinflussen und bei der Optimierung der Motorverluste berücksichtigt werden sollten. Um diese Aussage zu belegen, werden analytische Formulierungen der Maschinenphasenströme in Bezug auf die Schaltwinkel des Wechselrichters, den Anisotropiefaktor und der Spannungsphase abgeleitet und ihre Richtigkeit durch Simulationen und Messungen gezeigt. Der getaktete Wechselrichterbetrieb beeinflusst nicht nur die Motoreffizienz, sondern erzeugt auch eine Stromwelligkeit im Zwischenkreis, die sich auf die Größe und Kosten des Zwischenkreiskondensators auswirkt. Aufgrund des begrenzten Platzes in Elektrofahrzeugen ist die Reduzierung der Größe des Zwischenkreiskondensators von höchster Bedeutung. Der analytische Ausdruck der Stromwelligkeit des Zwischenkreiskondensators wird in dieser Arbeit in Bezug auf die PWM-Schaltwinkel abgeleitet. Auf diese Weise kann der Einfluss unterschiedlicher Pulsmuster auf die Stromwelligkeit des Zwischenkreiskondensators quantifiziert werden. Nicht zuletzt wird in dieser Arbeit eine einfache Implementierungsmethode vorgeschlagen, die die Integration von SOPWM in ein feldorientiertes Regelungssystem mit geschlossenem Stromregelkreis ermöglicht. Der Grundwellenanteil des Rückkopplungsstroms lässt sich effektiv abschätzen, indem der gemessene Strom zu bestimmten Zeitpunkten abgetastet wird. Diese Methode ist unabhängig von den Lastparametern, und der erforderliche Rechenaufwand kann von einem standardmäßigen industriellen digitalen Signalprozessorsystem bewältigt werden. Experimentelle Ergebnisse bestätigen das ausreichend hohe dynamische Verhalten dieser Methode für Automobilanwendungen.     «

In den letzten Jahren haben die Automobilunternehmen stark in die Forschung und Entwicklung von Elektrofahrzeugen investiert. Ihr Hauptziel ist, den Einsatzbereich der Elektrofahrzeuge zu erweitern und gleichzeitig Größe und Kosten der eingesetzten mechanischen und elektrischen Komponenten zu reduzieren. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, besteht darin, ein geeignetes Modulationsverfahren zur Ansteuerung des Wechselrichters zu wählen und damit die Gesamtleistung des Traktionssystems des Elektr...     »