title: Study of an electric motor drive system using the SPWM method
title: Μελέτη συστήματος οδήγησης ηλεκτρικού κινητήρα με τη μέθοδο SPWM
Creators: name: Μιχελακακης Παναγιωτης
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2024

description: The aim of this diploma thesis is to present the study, analysis and implementation of a DC to AC voltage source inverter (VSI), utilizing the beneficial Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) technique, in order to efficiently control the speed of an AC asynchronous-induction motor. For this purpose, the components which make up a motor drive system are briefly explained in general at first, and then, the relevant theory of DC/AC converters (called inverters) using the SPWM technique, the basics of AC machinery fundamentals, the relevant theory of induction motors, as well as some generic control strategies of AC motor drive systems are analyzed chapter by chapter. Eventually, a final of two chapters are following, one for simulations and comparisons of experimental results with the respective theory, while the last one stands for indicating the most significant conclusions and possible future work, according to this paper. The overall control system was built-up with MATLAB/SIMULINK software package. A variable frequency output waveform of sinusoidal type is produced by the inverter, to run and test a motor at variable speed and load torque conditions, which are directly related to this frequency. The overall circuit was also tested using a typical automatic control system, as constant ratio voltage to frequency (V/f) scalar control method, either in an open or in a closed loop configuration. The simulation results, based on a single-phase induction motor drive circuit fed by a single-phase SPWM inverter with a DC Voltage Source (DC is one type of energy found in batteries and AC is a type of energy produced by the power company and found in electrical homes/offices appliances), illustrated that the dynamic speed response of the induction motor is efficient enough, with improved THD and power quality (PF) factors. The overall results seemed to satisfy and apply to the theoretical conclusions pretty efficiently.
description: Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να παρουσιάσει τη μελέτη, την ανάλυση και την υλοποίηση σε περιβάλλον προσομοίωσης ενός μετατροπέα πηγής τάσης (VSI) από συνεχές σε εναλλασσόμενο ρεύμα, χρησιμοποιώντας την ευεργετική τεχνική διαμόρφωσης πλάτους ημιτονοειδούς παλμού (SPWM), προκειμένου να ελέγχεται αποτελεσματικά η ταχύτητα ενός ασύγχρονου επαγωγικού κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος. Για τον σκοπό αυτό, αρχικά εξηγούνται συνοπτικά οι ηλεκτρομηχανικές συνιστώσες που απαρτίζουν ένα σύστημα οδήγησης κινητήρων και στη συνέχεια, αναλύονται ανά κεφάλαιο η σχετική θεωρία των μετατροπέων DC/AC (που ονομάζονται αντιστροφείς) που χρησιμοποιούν την τεχνική SPWM, τα βασικά στοιχεία των θεμελιωδών αρχών των μηχανών εναλλασσόμενου ρεύματος, η σχετική θεωρία των επαγωγικών κινητήρων, καθώς και ορισμένες γενικές στρατηγικές αυτομάτου ελέγχου των συστημάτων οδήγησης κινητήρων εναλλασσόμενου ρεύματος. Ακολουθούν άλλα δύο κεφάλαια, το ένα για προσομοιώσεις και συγκρίσεις πειραματικών αποτελεσμάτων με την αντίστοιχη θεωρία, ενώ το τελευταίο επισημαίνει τα σημαντικότερα συμπεράσματα, καθώς και πιθανές προτάσεις για περαιτέρω διερεύνηση της παρούσας εργασίας. Το συνολικό σύστημα ελέγχου κατασκευάστηκε με το πακέτο λογισμικού MATLAB/SIMULINK. Μια κυματομορφή εξόδου μεταβλητής συχνότητας ημιτονοειδούς μορφής παράγεται από τον αντιστροφέα, για να λειτουργήσει και να δοκιμαστεί ένας κινητήρας σε συνθήκες μεταβλητής ταχύτητας και ροπής φορτίου, οι οποίες σχετίζονται άμεσα με τη συχνότητα αυτή. Το συνολικό κύκλωμα δοκιμάστηκε επίσης με τη χρήση ενός τυπικού συστήματος αυτόματου ελέγχου, όπως η μέθοδος κλιμακωτού ελέγχου σταθερού λόγου τάσης προς συχνότητα (V/f), είτε σε διάταξη ανοικτού είτε κλειστού βρόχου. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης, με βάση ένα μονοφασικό κύκλωμα κίνησης επαγωγικού κινητήρα που τροφοδοτείται από έναν μονοφασικό μετατροπέα SPWM με πηγή συνεχούς τάσης (η συνεχής τάση είναι ένας τύπος ενέργειας που βρίσκεται στις μπαταρίες και η εναλλασσόμενη είναι ένας τύπος ενέργειας που παράγεται από την εταιρεία ηλεκτρισμού και βρίσκεται στις ηλεκτρικές συσκευές των σπιτιών/γραφείων), κατέδειξαν ότι η δυναμική απόκριση ταχύτητας του επαγωγικού κινητήρα είναι αρκετά αποδοτική, με βελτιωμένους συντελεστές THD (συνολική αρμονική παραμόρφωση) και ποιότητας ισχύος (PF). Τα συνολικά αποτελέσματα φάνηκε να ικανοποιούν και να ταυτίζονται με τα αντίστοιχα θεωρητικά συμπεράσματα αρκετά αποτελεσματικά.