Effect of PWM Modulation Methods on The Performance of Energy-Efficient WBG-Based Motor Drives

مع ازدياد الطلب على الطاقة النظيفة، وتوجه المنظمات العالمية للتحول الى استخدام المحركات الكهربائية في السفن والسيارات والطائرات، أصبحت الحاجة ملحة الى أنظمة اكثر كفاءة لتحويل الطاقة الكهربائية. لجعل استخدام مثل هذه المحركات ممكنا، يجب تطوير أنظمة ذات قدرة كهربائية وكفاءة عالية. من خلال هذا المشروع، يتم البحث والتغلب على التحديات الرئيسية التي تواجه هذه المتطلبات في أنظمة تحويل التيار المستمر الى تيار متردد للمحركات الكهربائية. من العوامل التي تؤثر على أداء هذه المحركات: التشويش الكهرومغناطيسي، سرعة التردد لدى المتحكمات الالكترونية، تشوه الإشارات الكهربائية، وتباين القدرة الميكانيكية لدى المحرك الكهربائي (الموتور). ستتم دراسة استخدام أشباه الموصلات الجديدة الترانزستور المكون من نترات الجاليوم او كربيد السيليكون لزيادة كفاءة التحويل الكهربائي وزيادة القدرة. ستتم كذلك دراسة تأثير الإشارات الكهربائية ذات المدة المتغيرة على تقليل التشويش الكهرومغناطيسي والكهربائي. كذلك توجد علاقة بين هذه الإشارات الكهربائية وثبات القدرة الميكانيكية لدى المحرك الكهربائي. :من خلال هذا البحث سيتم عمل برنامج محاكاة للمتحكم الالكتروني ومن ثم اثبات نتائج المحاكاة عن طريق التجارب العملية. من المتوقع ان يتم التوصل الى انه يمكن: الوصول الى قدرة كهربائية عالية لتحويل التيار المستمر الى متردد لتشغيل المحركات الكهربائية مع كفاءة عالية للطاقة الحد من التشويش الكهرومغناطيسي والكهربائي الناتج من التغير المستمر للإشارات الكهربائية انتاج محولات للطاقة ذات حجم صغير نسبيا لاستخدامها في المجالات المختلفة

As governments are pushing towards cleaner energy and electrification of vehicles, aircrafts, and ships, the demand on more efficient converters is rising. To enable this, advanced motor drives with high power density and efficiency need to be developed. This project investigates some of the major challenges in two-level inverters for low voltage drives. Factors and design challenges limiting drive performance include electromagnetic interference (EMI) emissions, switching frequency and speed limitations, total harmonics distortion (THD), and output torque ripple. Detailed study on the use of wide band gap (WBG) devices such as GaN for inverter operation is to be performed. The effects of various pulse-width-modulation (PWM) methods on EMI and THD are analyzed. The coupling between PWM strategies for EMI reduction and higher switching frequency is investigated, with the effect on the output torque ripple. Methods to reduce THD and improve the output torque ripples will also be investigated. Modeling and simulations of a two-level inverter with EMI parasitics will be performed. Experimental results will also be carried to validate simulation findings. It is expected that at the end of the project it will be shown that WBG devices when coupled with PWM strategies: • Achieve higher power density and efficiency than Si based drives • Have limited increase in EMI emissions, THD, and torque ripple • Have relatively low effect on the size of EMI filter requirement