Riassunto analitico
Il numero di veicoli elettrici prodotti sta aumentando in maniera esponenziale negli ultimi anni e tutte le più grandi case automobilistiche, ma anche altre grandi aziende hanno già iniziato a produrre e vendere auto elettriche. La struttura di un powertrain elettrico è composta principalmente da tre componenti: batteria, inverter e motore elettrico. Tutte le principali aziende del settore stanno lavorando per ottenere i migliori risultati dal powertrain, cercando di ridurre i costi e di ottimizzare le prestazioni. Nel lavoro di tesi viene studiata la simulazione di un azionamento elettrico, considerando l'inverter accoppiato al motore elettrico. Lo scopo è quello di ottenere una simulazione che tenga conto dei componenti di un e-drive collegati fra loro e non soltanto come due sistemi separati. In questo modo, è possibile valutare l'effetto che l'inverter ha sulle prestazioni del motore elettrico, concentrandosi in particolare sulla valutazione dell'efficienza e delle perdite del motore elettrico e su una breve analisi NVH che misura le distorsioni generate sulla coppia e le forze create nel motore elettrico. Inizialmente, l'integrazione dell'inverter accoppiato al motore elettrico viene eseguita solo in un unico software, chiamato JMAG, specializzato nella simulazione di motori elettrici. Nella parte finale del lavoro di tesi viene preso in considerazione un altro software per una simulazione più specifica dell'inverter, chiamato PSIM. Il software PSIM e JMAG possono eseguire una co-simulazione, ottenendo risultati molto specifici per entrambi i componenti di un e-drive. Inoltre, gli effetti dell'inverter sull'e-motor vengono valutati considerando l'applicazione di tecniche di modulazione differenti, attraverso le quali è possibile controllare l'inverter in diversi modi. I risultati mostrano che l'inverter impone una corrente sinusoidale trifase che presenta una certa distorsione rispetto ad un'onda sinusoidale ideale, con conseguenze sull'ondulazione della coppia e sulle perdite del motore. In particolare, le differenze si possono notare anche tra due segnali a modulazione diversa utilizzati per la valutazione delle prestazioni, Space Vector PWM (SVPWM) e Discontinuous PWM (DPWM1). Alla fine, le prestazioni dell'inverter vengono misurate anche considerando le perdite e le temperature dei transistor e dei diodi, considerando le differenze derivanti dalle tecniche di modulazione utilizzate.
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Abstract
The number of electric vehicles is increasing exponentially during the last years and all the biggest car makers and other big companies have already started to produce and sell electric cars. The structure of an electric powertrain is mainly composed by three component: battery, inverter and electric motor. All the main companies are working to get the best performance from the powertrain, trying to reduce the cost and optimize the performance. In the Thesis work, the simulation of the electric drive is studied, considering the inverter coupled with the electric motor. The purpose is to obtain a simulation that takes into account the components of an e-drive connected each other and not only as two different systems separated. In this way, it's possible to evaluate the effect that the inverter has on the electric motor performance, especially focusing on the evaluation of the efficiency and the losses of the e-motor and on a short NVH analysis measuring the disturbance generated on the torque and on the forces created in the e-motor. Initially, the integration of the inverter coupled with the e-motor is performed only in one software, called JMAG, specialized in the simulation of electric motors. In the final part of the Thesis work, another software is considered for a more specified simulation of the inverter, called PSIM. The software PSIM and JMAG can perform a co-simulation, obtaining very specified results for both the components of an e-drive. In addition, the effects of the inverter on the e-motor is evaluated considering the application of different modulation techniques, through which is possible to control the inverter in different ways. The results show that the inverter imposes a three phase sinusoidal current which has a distortion respect to an ideal sinusoidal wave. This fact has a consequence on the torque ripple and on the losses of the e-motor. In particular, the differences can be seen also between two different modulating signals used for the evaluation of the performance, Space Vector PWM (SVPWM) and Discontinuous PWM (DPWM1). In the end, the performance of the inverter are also measured considering the losses and the temperatures of the transistors and the diodes, considering the differences derived by the modulation techniques used.
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