GA-FEM Method for Optimum Current Search for Torque Ripple Mitigation in Nonsinusoidal PMSM and Analysis of On-Load Parameters

Abstract

Permanent magnet synchronous motors with spatial harmonics can develop significant torque ripple under sinusoidal stator current feeding strategy. Usual approaches to reduce torque ripple aim the design of stator current harmonics, based on the machine electrical parameters, to induce compensating torque pulsations. However, the machine parameters are highly dependent on the electric load and the current harmonic content. Thus, these dependencies impose a challenge on the search for optimum stator currents. To overcome this drawback, this paper presents a genetic algorithm (GA) optimum current search procedure based on the machine design assisted by the Finite Element Method (FEM). Additionally, the variation of the onload estimated electrical parameters is analyzed considering different current feeding strategies. The results demonstrate that, according to FEM analysis, a null torque ripple with an increased torque per Ampère ratio is achieved and the parameter analysis demonstrates their different variation according to the current strategy.

Contribuições à mitigação ativa de ondulações de torque em acionamentos com máquinas síncronas de ímã permanente não senoidais

“…Nesta categoria de fontes elétricas internas agrupam-se essencialmente as causas relacionadas ao fluxo do rotor e indutâncias da MSIP. [19,20,25,26,33,[65][66][67][68][69][70][71][72][73] Em uma MSIP senoidal ideal a forma de onda do fluxo magnético dos ímãs do rotor, abraçados pelos enrolamentos do estator, é idealmente senoidal em função da posição rotórica. No entanto, considerações de projeto da máquina, tolerâncias mecânicas no processo de manufatura ou mesmo o ponto de operação da máquina podem resultar em um comportamento não senoidal do fluxo do rotor.…”

“…Correntes do estator com formas de onda retangulares, senoidais ou de pétala [91], por exemplo, podem modificar diferentemente o fluxo do rotor, indutâncias e torque de borda. Ou seja, ondulações de torque surgem ou são modificadas em função das componentes harmônicas de corrente do estator, como investigado em [20,96]. [97][98][99] A medida da corrente instantânea das fases do estator da máquina é uma informação indispensável para implementação das estratégias modernas de controle vetorial de MSIPs.…”

“…-Método Gauss Newton [16]; -Algoritmo Genético ou outros sistemas inteligentes [17,19,20,78]; -Busca exaustiva [18].…”

“…As metodologias de solução numérica podem se basear em modelos de torque analíticos com parâmetros circuitais [17,19], modelos numéricos de elementos finitos [20] ou mesmo modelos empíricos [18]. Essas metodologias de busca da solução ótima usualmente tendem a ter maior custo computacional e não são processadas em tempo real diretamente na aplicação, mas pré-processadas offline, fora da aplicação, utilizando recursos computacionais com mais poder de processamento e outras ferramentas de apoio.…”

“…Soluções numéricas e busca exaustiva são abordagens feedforward amplamente adotadas [16][17][18][19][20][21]. A desvantagem dessas metodologias é sua execução offline com significativo custo computacional, além inerente da necessidade de executar o processo de busca para cada MSIP diferente.…”