Modeling of a nine-phase induction machine and a drive based on space vector modulation – SVPWM

The interest for the study of multiphase (more than three phases) machines and variable speed drives has substantially increased in the last two decades. The advantages presented by the multiphase systems compared to their three-phase counterparts have being the the main effort to increase researches all over the world. Reduction in torque oscillation, lower current ratings, high drive reliability, better fault tolerance and harmonic content reduction in the DC bus are some of these advantages. The additional degrees of freedom due to extra phases make multiphase systems very flexible when it comes to control systems and modulation strategies. Although three-phase systems are predominant in industrial applications, the use of multiphase machines and drives has increased in very specific areas such as locomotive traction, electric ship propulsion, aerospace industry (more electric aircraft), electric and hybrid vehicles and industrial high power systems. Due to high coupling degree between electric variables in multiphase systems, modeling of multiphase machines has been and still is a challenge task in research centers. In this present work, analitic modeling of symmetric and asymmetric nine-phase machines using natural variables and space vector decomposition are presented. The principles used in the study are the same used for three-phase systems. However, multiphase systems are analised in multiple d-q planes. PWM modulation strategies based on space vectors theory (SVPWM) for a voltage source inverter (VSI) are presented. The multiphase drive system presented works in the linear operation region with sinusoidal voltage generation. Results for both machines and drive modeled are verified by simulation programs developed in C programming language an Matlab.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO interesse pelo estudo de máquinas de indução multifases (mais de três fases) e dos seus sistemas de acionamento cresceu substancialmente nas últimas duas décadas. As muitas vantagens apresentadas pelos sistemas multifases, em relação aos sistemas trifásicos convencionais, têm sido fatores motivadores para o aumento de pesquisas em todo o mundo. Redução das oscilações de torque, redução da corrente por fase, maior confiabilidade do acionamento, grande tolerância à faltas e redução no conteúdo harmônico da corrente no barramento CC são algumas destas vantagens. O maior grau de liberdade proporcionado pelas fases extras torna os sistemas multifases bastante flexíveis quanto às estratégias de modulação e de controle. Apesar da atual predominância da utilização das máquinas e acionamentos trifásicos na indústria, as máquinas multifases estão sendo cada vez mais utilizadas em áreas de aplicações específicas tais como tração de locomotivas, propulsão de navios elétricos de grande porte, indústria aeroespacial, tração de veículos híbridos e elétricos e sistemas industriais de alta potência. Devido ao alto grau de acoplamento entre as variáveis elétricas de um sistema multifases, a modelagem e análise desses sistemas tem representado uma tarefa desafiadora nos centros de pesquisa. No presente trabalho são apresentadas as modelagens analíticas de uma máquina de indução de nove fases simétrica e de uma máquina de nove fases assimétrica pelo método de variáveis naturais e pelo método de decomposição vetorial. Os princípios utilizados na modelagem são os mesmos utilizados nos sistemas trifásicos. No entanto, sistemas multifases são analisados em múltiplos planos d-q. Estratégias de modulação PWM baseadas na teoria de vetores espaciais (SVPWM) para um inversor de nove fases tipo VSI (Inversor Fonte de Tensão) são apresentadas para acionamento das máquinas. O sistema de acionamento apresentado trabalha na região linear de operação e gera tensão de saída senoidal. Dados de simulação obtidos a partir de programas desenvolvidos em linguagem C e Matlab são apresentados para ambas as máquinas de nove fases modeladas