Dissertations / Theses on the topic 'Traction drives'

This thesis proposes a new modular multilevel converter with embedded cell balancing for battery electric vehicles. In this topology, the battery cells are directly connected to the half-bridge choppers of the sub-modules, allowing the highest flexibility for the discharge and recharge of each individual cell. Tht: traditional battery management system is replaced by the control of the converter, which individually balances all the cells. A new balancing algorithm is presented and discussed in. the thesis, showing that the converter generates symmetric three-phase voltages with low harmonic distortion even for significantly unbalanced cells. The thesis also analyses stationary recharge of the battery cells from both three-phase and single-phase ac sources. The performance of the converter as a traction drive is assessed in terms of torque-speed characteristic and power losses for the full frequency range, including field weakening. A simplified model for estimating conduction and switching losses for the proposed modular multilevel converter is presented and the results for a typical driving cycle are compared with a traditional two-level converter. Simulation and experimental results on a kW-size prototype have confirmed the feasibility of the proposed traction modular converter in terms of effectiveness of the cell balancing control, validity of the proposed loss model, suitability of use for traction and effectiveness of recharging operations.

The thesis describes an optimal selective harmonic elimination strategy suitable for singlephase AC-DC converter-fed traction drives. The objective is to eliminate low-order supply current harmonics, including those injected into the supply due to load-side current ripple. Other advantages that the switching strategy has to offer over phase-control include improved supply power factor, reduced VA consumption for a given demand speed and load, reduced torque and speed ripple and smaller armature circuit smoothing inductance. The effect of field current boost on the dynamic response of the drive is also described. It is shown that field boost helps to reduce the speed rise-time by increasing the electromagnetic torque available during acceleration periods. Closed-loop control of a 4-quadrant DC drive is described and a comparison made between the performance of PID-control and pseudo-derivative feedback control. It is shown that pseudo-derivative feedback control has several advantages to offer, amongst which are ease of tuning of the controller gains and a superior performance following load torque disturbances. A laboratory size drive system was designed and built, and used to validate simulation predictions for both the switching strategy and pseudo-derivative feedback control. A microcontroller based hardware implementation of both the switching strategy and a digital pseudo-derivative feedback controller was adopted, with the switching strategy being implemented using an off-line approach of precalculating the switching angles and storing these in look-up tables. The armature voltage controller comprises a dual-converter employing IGBTs as switching devices. The use of IGBTs allows higher switching frequencies at significant power levels than would be possible if GTOs were used. It also simplifies the gate drive circuit design and minimises the need to use snubber circuits.

This thesis is focused on a novel agricultural technique for orchard cultivations that allows to perform automatic and fossil fuel free cultivation operations. More specifically, the aim of this thesis work is to study and implement the electric traction system and control the vehicle that performs the automatic operations. Starting from the analysis of each single component of the traction system, the control of the mobile platform will be then performed. After a first control of the mobile platform in no load conditions, the implementation of the dynamic model will be performed in the Simulink environment. Different simulations representing typical operational missions will be performed to have a real idea concerning the behaviour of the traction system and the energy consumption of this solution. Finally, the obtained results will be analysed for the future implementation of the mobile platform on the field.

There is an increasing demand for vehicles with less environmental impact and higher fuel efficiency. To meet these requirements, the transportation electrification has been introduced in both academia and industry during last years. Electric vehicle (EV) and hybrid Electric vehicle (HEV) are two practical examples in transportation systems. The typical power train in the EVs consists of three main parts including energy source, power electronics and an electrical motor. Regarding the machine, permanent magnet (PM) motors are the dominant choice for light duty hybrid vehicles in industry due to their higher efficiency and power density. In order to operate the power train, the electrical machine can be supplied and controlled by a voltage source inverter (VSI). The converter is subjected to various fault types. According to the statistics, 38% of faults in a motor drive are due to the power converter. On the other side, the electrical power train should meet a high level of reliability. Multiphase PM machines can meet the reliability requirements due to their fault-tolerant characteristics. The machine can still be operational with faults in multiple phases. Consequently, to realize a multiphase fault-tolerant motor drive, three main concepts should be developed including fault detection (FD), fault isolation and fault-tolerant control. This PhD thesis is therefore focused on FD and fault-tolerant control of a multiphase VSI. To achieve this research goal, the presented FD and control methods of the power converter are thoroughly investigated through literature review. Following that, the operational condition of the multiphase converter supplying the electrical machine is studied. Regarding FD methods in multiphase, three new algorithms are presented in this thesis. These proposed FD methods are also embedded in new fault-tolerant control algorithms. At the first step, a novel model based FD method is proposed to detect multiple open switch faults. This FD method is included in the developed adaptive proportional resonant control algorithm of the power converter. At the second step, two signal based FD methods are proposed. Fault-tolerant control of the power converter with the conventional PI controller is discussed. Furthermore, the theory of SMC is developed. At the last step, finite control set (FCS) model predictive control (MPC) of the five-phase brushless direct current (BLDC) motor is discussed for the first time in this thesis. A simple FD method is derived from the control signals. Inputs to all developed methods are the five-phase currents of the motor. The theory of each method is explained and compared with available methods. To validate the developed theory at each part, FD algorithm is embedded in the fault-tolerant control algorithm. Experimental results are conducted on a five-phase BLDC motor drive. The electrical motor used in the experimental results has an in-wheel outer rotor structure. This motor is suitable for electric vehicles. At the end of each part, the remarkable points and conclusions are presented
Hay una creciente demanda de vehículos con menor impacto ambiental y una mayor eficiencia de combustible. Para cumplir estos requisitos, la electrificación del transporte se ha introducido en la academia y la industria en los últimos años. Vehículos eléctricos y vehículos eléctricos híbridos son dos ejemplos prácticos en los sistemas de transporte. El tren de potencia típico en los vehículos eléctricos se compone de tres partes principales, incluyendo la fuente de energía, la electrónica de potencia y un motor eléctrico. En cuanto a la máquina, de imán permanente motores son la opción dominante para vehículos híbridos ligeros en la industria debido a su mayor eficiencia y densidad de potencia. Con el fin de operar el tren de potencia, la máquina eléctrica se puede suministrar y controlado por un inversor de fuente de tensión. El convertidor se somete a diversos tipos de fallos. Según las estadísticas, 38 % de las fallas en un motor se deben al convertidor de potencia. Por otro lado, el tren de potencia eléctrica debe cumplir con un alto nivel de fiabilidad. Máquinas multifase PM pueden cumplir con los requisitos de fiabilidad debido a sus características de tolerancia a fallos. La máquina puede seguir siendo operativo con fallas en múltiples fases. En consecuencia, para realizar una unidad de motor de alta disponibilidad de múltiples fases, tres conceptos principales deben desarrollarse incluyendo la detección de fallos, el aislamiento de fallas y control tolerante a fallos. Por tanto, esta tesis doctoral se centra en la FD y control tolerante a fallos de un VSI multifase. Para lograr este objetivo la investigación, los productos alimenticios y bebidas y métodos de control que se presentan del convertidor de potencia se investigan a fondo a través de revisión de la literatura. Después de eso, se estudió la condición operativa del convertidor de múltiples el suministro de la máquina eléctrica. En cuanto a los métodos de FD en múltiples fases, tres nuevos algoritmos se presentan en esta tesis. Estos métodos FD propuestas también están integrados en los nuevos algoritmos de control con tolerancia a fallos. En el primer paso, se propone un método FD modelo novela basada detectar fallas múltiples del interruptor abierto. Este método FD está incluido en el algoritmo de control adaptativo desarrollado proporcional resonante del convertidor de potencia. En el segundo paso, se proponen dos métodos FD señal basada. Se discute el control tolerante a fallos del convertidor de potencia con el controlador PI convencional. Además, la teoría de la SMC se desarrolla. En el último paso, el control conjunto finito modelo de control predictivo del motor de cinco fases sin escobillas de corriente continua se discutió por primera vez en esta tesis. Un método FD sencilla se deriva de las señales de control. Las entradas a todos los métodos desarrollados son las corrientes de cinco de fase del motor. La teoría de cada método se explica y se compara con los métodos disponibles. Para validar la teoría desarrollada en cada parte, FD algoritmo está incorporado en el algoritmo de control tolerante a fallos. Los resultados experimentales se llevan a cabo en una unidad de motor BLDC de cinco fases. El motor eléctrico usado en los resultados experimentales tiene una estructura de rotor exterior en las cuatro ruedas. Este motor es adecuado para los vehículos eléctricos. Al final de cada parte, se presentan los puntos notables y conclusiones

This thesis presents a detailed comparison of the torque-speed characteristics of three permanent magnet synchronous machine designs based on how the magnets are mounted. The machines investigated are an interior permanent magnet machine, an interior-rotor surface-mounted machine and an exterior-rotor surface-mounted machine. They are designed for traction drives in hybrid electric vehicles. Two sets of comparisons based on the same machine volume and starting torque are performed. Important issues, such as machine mass and cost, cogging torque, and flux-weakening capability are addressed. Computer simulations were performed to estimate their performances and the results are presented. Design guidelines and tradeoffs of their performances are extracted from the simulation results. Relative strengths and limitations of different PM machine types are highlighted.

The awareness of the human responsibility in global warming has led to various private and public initiatives to reduce the emission of greenhouse gases, up to international level. In this context the development of renewable technologies in two sectors having an important ecological footprint, i.e. production of electricity and transportation, is targeted.In the firstly mentioned sector, the progression of wind energy is at present the most rapid among all renewable energies. But wind turbines still suffer from a global lack of reliability and accessibility compared to classical power plants, leading to potentially important production losses and repair costs. The first part of the present work focuses on the improvement of the electrical chain reliability by the combination of an estimator and a fault-detection algorithm to achieve sensor-fault tolerance, taking benefit from the already available measurement redundancies on doubly-fed-induction-machine (DFIG) drives.Estimators and sensor-fault detection and isolation (FDI) in DFIGs have been the object of many research papers. However, most of them only consider one unique type of measurement and only a few works consider magnetic saturation. A new combination of a closed-loop observer with a cumulative-sum-based FDI technique, considering magnetic saturation and using limited computational resources is proposed here to estimate electromagnetic torque, rotor currents and position for sensor-fault detection and tolerance. This algorithm is then validated in steady state and in case of moderate transients, unbalanced conditions and misestimation of DFIG parameters. The estimator can also start on the fly during the start-up process of the generator.In the transportation sector, new hybrid and full-electric vehicles start to be visible on the roads, but still need important technological improvements in terms of autonomy, performances, but also produced noise and vibrations. The objectives of the second part of this doctoral thesis are related to this last challenge and consist of the experimental investigation of noise, vibration and harshness (NVH) aspects of an 8/6 switched-reluctance machine (SRM) designed for an electrical vehicle (EV).The NVH issues of SRMs, limiting their usage in automotive and other domains, have been the subject of various papers. However, most of them focus on modal analysis or detailed phenomena, while a global evaluation of NVH aspects of SRMs in normal working conditions is rarely made, as well as the use of reproducible sound metrics. A global and relatively fast experimental method to assess the evolution of noise and vibration is proposed. Tests are performed in transient regime, using continuously varying working conditions when possible, for the excitation of a large band of frequencies. The resulting current, radial vibration and acoustic noise are presented as spectrograms for an easy distinction of affected and unaffected frequencies and compared with the associated loudness and sharpness.Furthermore, the implementation of a new faster-sampled current-hysteresis controller has allowed to improve the quality of the control and of the acoustic noise by reducing the current-ripple amplitude and the excitation of resonances. The various tests show that the switching frequency has to be high enough to avoid exciting the ovalization mode of the SRM, but not too high to avoid producing a too sharp noise. The ripple amplitude also has to be considered to limit the loudness. Therefore, soft chopping, or a reduced DC-bus voltage at low speeds, has to be preferred with a relative small hysteresis bandwidth. Finally, the case of an open-phase fault has been investigated showing amplified even current orders in the vibration and acoustic-noise plots.
La prise de conscience de la responsabilité humaine dans le réchauffement climatique est à la source de nombreuses initiatives publiques et privées parfois internationales pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Dans ce contexte, le développement de technologies durables dans deux secteurs à forte empreinte écologique est visé: la production d'énergie électrique et les transports. Dans le premier secteur, la progression de l'éolien est à présent la plus rapide parmi toutes les énergies renouvelables. Cependant, les éoliennes souffrent d'un manque global de fiabilité et d'accessibilité par rapport aux centrales électriques classiques, ce qui conduit potentiellement à des pertes de production et des coûts de réparation importants. La première partie de ce travail se focalise sur l'amélioration de la chaîne électrique en la rendant tolérante aux défauts de capteurs au moyen de la combinaison d'un estimateur et d'un algorithme de détection de défauts, tirant avantage de la redondance de mesures déjà présente sur les entraînements à machines asynchrones à double alimentation (MADA). Les estimateurs et la détection et l'isolation de défauts de capteurs sur les MADA a fait l'objet de nombreuses publications scientifiques. Cependant, la plupart d'entre elles considèrent un seul type de mesure et peu de travaux prennent en compte la saturation magnétique. Une nouvelle combinaison d'un observateur et d'un algorithme de détection de défauts de type ‘CUSUM', considérant la saturation magnétique et nécessitant une puissance de calcul limitée, est proposée dans cette thèse pour l'estimation du couple électromagnétique, des courants et de la position rotoriques en vue d'obtenir la tolérance aux défauts de capteurs. Cet algorithme est validé en régime permanent et cas de transitoires modérés, de tensions du réseau déséquilibrées et d'erreurs d'estimation des paramètres de laMADA. L'estimateur est aussi capable de démarrer seul lors du démarrage de la génératrice. Dans le secteur des transports, des véhicules hybrides et électriques commencent à être visibles sur les routes, malgré que des progrès technologiques importants en termes d'autonomie, de performances, mais aussi de bruits et vibrations soient encore nécessaires pour une utilisation plus intensive. L'objectif de la deuxième partie de cette thèse se rapporte à ce dernier défi et consiste à analyser les aspects acoustiques et vibratoires d'une machine à réluctance variable 8/6 conçue pour propulser un véhicule électrique. Ces problèmes acoustiques et vibratoires, qui limitent notamment l'usage de telles machines dans des applications de propulsion, ont été l'objet de divers articles scientifiques. Cependant, la plupart d'entre eux sont focalisés sur des analyses modales ou de phénomènes particuliers, alors qu'une évaluation globale des problèmes de bruit et de vibration des machines à réluctance variable en conditions normales de fonctionnement est rarement proposée, de même que l'utilisation de critères de qualité sonore. Une méthode expérimentale globale et relativement rapide pour évaluer l'évolution du bruit et des vibrations est proposée dans ce travail. Les essais sont réalisés en régime transitoire pour exciter une large bande de fréquences et en faisant varier continuellement, quand cela est possible, les conditions de fonctionnement. Les courants, vibrations radiales et bruits acoustiques résultants sont présentés sous formes de cartographies couleur pour une distinction aisée des fréquences affectées et non-affectées et comparés aux niveaux calculés de bruyance et d'acuité correspondants. Par ailleurs, la mise en place d'un nouveau régulateur à hystérèse en courant à plus grande fréquence d'échantillonnage a permis d'améliorer la qualité de la commande et du bruit acoustique associé en réduisant l'amplitude des oscillations de courant et l'excitation des fréquences de résonance. Les essais montrent que la fréquence de commutation doit être suffisamment élevée pour éviter l'excitation du mode d'ovalisation de la machine, mais pas trop pour éviter une trop grande acuité du son produit. L'amplitude des oscillations doit aussi être considérée pour limiter la bruyance. En conséquence, une commande en ‘soft chopping', ou une tension réduite du bus continu à basse vitesse, doit être combinée à une bande d'hystérèse relativement faible. Enfin, le cas d'un défaut de phase ouverte a été étudié et a montré une amplification des ordres pairs du courant dans les spectres vibratoires et acoustiques.
De bewustwording van de menselijke verantwoordelijkheid in de opwarming van de aarde heeft tot verschillende private en publieke initiatieven geleid om de uitstoot van broeikasgassen te verminderen. In deze context is de ontwikkeling van hernieuwbare technologieën hoofdzakelijk gericht op twee sectoren met een belangrijke ecologische impact: elektriciteitsproductie en transport.In de eerste sector ontwikkelt windenergie zich op dit moment sneller dan alle andere hernieuwbare energieën. Maar windturbines lijden nog steeds aan een gebrek aan betrouwbaarheid en toegankelijkheid, en dus aan potentieel hogere productieverliezen en herstelkosten, als ze met klassieke krachtcentrales worden vergeleken. In het eerste deel van deze doctoraatsthesis wordt op de verbetering van de elektrische keten geconcentreerd door de combinatie van een schatter en een foutdetectie- en -isolatiealgoritme (FDI-algoritme) om sensorfouttolerantie te verkrijgen dankzij de reeds aanwezige meetovertolligheid op dubbelgevoede inductiemachine (DFIG) aandrijvingen.Schatters en sensor-FDI-algoritmen zijn het onderwerp van vele wetenschappelijke artikelen geweest. Meestal wordt maar één sensortype beschouwd en met de magnetische verzadiging wordt niet vaak rekening gehouden. Een nieuwe combinatie van een schatter met gesloten terugkoppeling en een FDI-techniek gebaseerd op het ‘cumulative-sum' principe is voorgesteld. Zo kan het elektromagnetische koppel, de rotorstromen en positie worden geschat voor sensor FDI en fouttolerantie met beperkte rekenkosten en zonder de magnetische verzadering te verwaarlozen. Het algoritme wordt in stabiele toestand gevalideerd, maar ook in het geval van gematigde transiënte situaties, onevenwichtige netwerkomstandigheden en een verkeerde schatting van DFIG parameters. Het kan ook vanzelf starten tijdens de startprocedure van de generator.In de vervoersector beginnen hybride en elektrische voertuigen op de wegen te rijden. Maar vooreen intensiever gebruik van zo'n wagens zijn er nog technologische verbeteringen nodig met betrekking tot autonomie, prestaties en ook geluid en trillingen (NVH). Het tweede deel van de thesis betreft die laatste uitdaging en bestaat uit het experimentele onderzoek van geluid en trillingen op een 8/6 variabelereluctantiemachine (SRM) ontwikkeld voor elektrische voertuigen.De NVH-problemen van SRM's beperken hun gebruik in automobiele en andere toepassingen enonderzoek wordt erover voortgezet. Vele wetenschappelijke artikelen focussen toch op modale analyse of gedetailleerde fenomenen terwijl een globale evaluatie van NVH aspecten in SRM's in gewone operatiecondities nauwelijks wordt gemaakt. Hetzelfde geldt voor het gebruik van reproduceerbare geluidsmetrieken. Een globale en vrij vlugge experimentele methode is hier voorgesteld om het NVH gedrag te schatten. Testen worden in transiënte situaties uitgevoerd om een brede frequentieband te exciteren, indien mogelijk met voortdurend variërende condities. De gemeten fasestroom, trilling en geluid worden als kleurmappen geplot om het verschil tussen beïnvloede en niet geaffecteerde frequenties te vergemakkelijken en met de berekende akoestische luidheid en scherpte vergeleken.Bovendien heeft de implementatie van een sneller bemonsterd stroomhysteresisregelaar geleid tot een verbetering van de regulatie- en akoestische kwaliteit door de amplitude van de stroomrimpeling en de excitatie van resonantiefrequenties te verminderen. De testresultaten tonen dat de schakelfrequentie voldoende hoog moet zijn om de excitatie van de ovale vervormingsmode te vermijden, maar niet te hoog om de scherpte van het geluid te beperken. De amplitude van de rimpel beïnvloedt ook de luidheid en daarvoor moet in aanmerking worden genomen. Bijgevolg zou ‘soft chopping'mode, of een lagere spanning op de DC-bus bij lage toerentallen, met een relatief klein hysteresisband beter worden gebruikt. Uiteindelijk wordt het geval van een openfasefout bestudeerd en onthult versterkte gelijke frequentievolgorden in de trilling- en geluidplots.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie
info:eu-repo/semantics/nonPublished

In this report a new gear concept is evaluated using the magnetic finite element method (FEM) software MagNet and Ansys as well as the mechanical FEM software Abaqus. The gear concept is evaluated in terms of maximum torque capability, torsional stiffness, gear ratio and efficiency. ABB Corporate Research has proposed a new gear concept which should be less expensive than gearboxes used today. The new concept is called a Magnetic Harmonic Traction Drive and uses the principles of a harmonic drive gear to achieve a high reduction ratio. The gear concept replaces the wave generator used in traditional harmonic drives with magnets and uses traction instead of gear teeth to transfer the torque. The main components in the gearbox are the magnets, the flexspline, the magnetic portion and the circular spline. The goal of the gearbox is a maximum torque capability of 5 Nm, a torsional stiffness of 2000 Nm/rad, a gear ratio of 100, an efficiency of 50 % and a maximum diameter of 100 mm. A model of the gear concept is built in the magnetic FEM simulations software MagNet to evaluate the choice of magnets used in the gearbox as well as the dimensions of the magnetic portion. The results from MagNet show that a magnitude of 120 N can be expected from the magnets used in the gear concept and the force distribution. The losses caused by hysteresis and eddy currents are calculated to be bigger then ideal ingoing effect, giving an efficiency lower then 50 %. The magnetic finite element software Ansys is used to validate the results from MagNet, a comparison between the two programs shows some correspondence when comparing the total force but poor correspondence when comparing the force distribution. The FEM software Abaqus is used to simulate the mechanical behaviour of the gear concept. A model is built up using the flexspline and the circular spline. The total force and the force distribution from the MagNet simulations are applied to the model to represent the magnets in the gearbox. The model predicts a torque capability of 1.5 Nm for the gear concept, a torsional stiffness of over 2000 Nm/rad and an expected gear ratio of around 80. The results from the simulations are used to give recommendations to the construction work of the gear concept. Recommendations are given for which type of magnets should be used, their shape and size and of which material they should be made. Suggestions for appropriate materials and dimensions for both the flexspline and the circular spline are given, as well as recommendations of possible future work for the gearbox.
I denna rapport utreds ett nytt växelkoncept med hjälp av magnetiska simuleringar baserade på finita element metoden (FEM) med programmen MagNet och Ansys samt mekaniska FEMsimuleringar med programmet Abaqus. Växelkonceptet utreds med avseende på maximalt momentkapacitet, vridstyvhet, utväxling och verkningsgrad. ABB Corporate Research har föreslagit ett nytt växelkoncept som har potentialen att bli billigare än existerande växlar. Det nya konceptet heter Magnetic Harmonic Traction Drive och använder sig av samma principer som en traditionell harmonic drive för att åstadkomma en högt utväxlad växellåda. I konceptet ersätts våggeneratorn som används i traditionella harmonic drives med magneter och istället för kuggtänder används friktion för att överföra moment. Huvudkomponenterna i växellådan är magneter, flexspline, circular spline och magnetic portion. Målet med växeln är att kunna överföra ett moment på 5 Nm, ha en vridstyvhet på 2000 Nm/rad, ha en utväxling på 100, ha en verkningsgrad över 50 % och ha en maximal diameter på 100 mm. En modell av växelkonceptet byggs upp i FEM-programmet MagNet för att utvärdera valet av magneter som används i växelkonceptet samt storleken på den magnetiska portionen. Resultaten från MagNet visar att en kraft på 120 N kan förväntas från magneterna som används i växelkonceptet samt vilken fördelning av kraften som fås. Förluster på grund av hysteres och eddy currents beräknas vara större än den ideala ingående effekten vilket ger en verkningsgrad på mindre än 50 %. Finit elementmetod-programmet Ansys används för att validera resultaten från MagNet. En jämförelse mellan programmen visar på en viss överensstämmelse då totala krafterna jämförs men dålig överensstämmelse då kraftfördelningen jämförs. FEM-programmet Abaqus används för att simulera de mekaniska egenskaperna hos växelkonceptet. En model av konceptet byggs upp med hjälp av flexsplinen och circular splinen. Krafter och kraftfördelningar förs in modellen genom att använda resultaten från MagNet simuleringarna. Abaqus modellen förutser ett maximalt moment på 1.5 Nm, en vridstyvhet på över 2000 Nm/rad och en utväxling på cirka 80. Resultaten från simuleringar används för att ge rekommendationer till konstruktionsarbetet av växeln. Rekommendationer som ges är vilka magneter som bör användas, vilken form de skall ha, vilken storlek de bör ha och av vilket material de bör vara tillverkade av. Rekommendationer för flexsplinen och circular splinen ges också i form av rekommenderade material och materialtjocklekar. Rekommendationer och förslag på framtida arbeten på växeln ges också.

The writer analyses the introduction of a simulator enabled approach to railway traction driver training and assesses whether the transition from a conventional training delivery process has been effective. The evaluation of effectiveness is based on a study of Iarnród Éireann’s simulator system. Evidence is contained within four supporting strands, i.e., the change in relevant operational risk that has been calculated using ex ante and ex post runs of Iarnród Éireann’s risk model, the internal rate of return on the financial investment necessary to effect the change, the results of an operator attitudinal study and the findings of an independent expert audit. The study establishes that simulation is an effective training medium. The attributes of the system and the use cases that resulted in this finding are described. The writer also presents additional value-adding training objectives that could increase the project’s internal rate of return or IRR. The study affirms that the required verisimilitude of a simulator system is a function of the training goals and the nature of the skills under development. Design features and use strategies can mitigate for potential negative effects of simulator operation. The findings have industry-wide relevance for those tasked with providing effective training to the 133,000 train drivers within the European Union.

Energy demands are steadily increasing as the world's population continues to grow. Automobiles are primary transportation means in a large portion of the world. The combination of fuel consumption by automobiles along with the shrinking fossil fuel reserves makes the development of new more energy efficient technologies crucial. Electric vehicle technologies have been studied and are still being studied today as a means of improving fuel efficiency. To that end, this work studies the effect of switching frequency on the efficiency of a hybrid electric vehicle traction drive, which contains both an internal combustion engine as well as electric motor. Therefore improving the efficiency of the electric motor and its drive will help improve the viability of alternative vehicle technologies. Automobiles spend the majority of their operational time in the lower speed, lower torque region. This work focuses on efficiency improvements in that region. To estimate the efficiency trend, the system is modeled and then tested both electrically and thermally. The efficiency is shown to increase at lower switching frequencies. The experimental results show that there are some exceptions, but the basic trend is the same.
Master of Science

This research is a railway industry related project, which is concerned with finding improvements in railway traction and wheel slip control in electric drives. A new approach was developed to detect the unknown and immeasurable rail surface. And a novel identification scheme was used to identify the best operating friction level. A new switching controller was operated by the induction motor controller under all possible train operating conditions. Aspects of the study were validated in the laboratory experiment. By exploring the in-rail track condition detection, the best drive torque and desired slip in the railway field were identified.

The necessity to reduce climate related emissions is driving the electrication of transportation. As well as reducing emissions Electric Vehicles (EV) have the capability of improving traction and vehicle stability. Unlike a conventional vehicle that uses a single Internal Combustion Engine (ICE) to drive one or both axles, an EV can have an electric machine driving each of the wheels independently. This opens up the possibility of using the electric machines as an actuator for traction control. In conventional vehicles the hydraulic brakes together with the ICE are used to actuate traction control. The advantages of electric machines over hydraulic brakes are precise measurable torque, higher bandwidth, bidirectional torque and kinetic energy recovery. A review of the literature shows that a wide range of control methods is used for traction control of EVs. These are mainly focused on control of an individual wheel, with only a minority being advanced to the experimental stage of verication. Integrated approaches to the control of multiple wheels are generally lacking, as well as verication that tests the vehicle's directional stability. A large body of the literature uses the slip ratio of the wheel as the key control variable. A signicant challenge for slip-based traction control is the detection of vehicle velocity together with the calculation of slip around zero vehicle velocity. A traction control method that does not depend upon vehicle velocity detection or slip ratio is Maximum Transmissible Torque Estimation (MTTE), after Yin et al. (2009). In this thesis an MTTE based method is developed for a full size electric vehicle with independently driven rear wheels. The original MTTE method for a single wheel is analysed using a simple quarter vehicle model. The simulation results of Yin et al. (2009) are in general reproducible although a lack of data in the original research prevents a quantitative comparison. A modication is proposed to the rate compensation term. Simulation results show that the proposed modication ensures that the torque demand is delivered to the wheel under normal driving conditions, this includes negative torque demand which is not possible for MTTE, Yin et al. (2009). Enabling negative torque demands means that the proposed traction control is compatible with higher level stability control such as torque vectoring. The performance of the controller is veried through a combination of simulation and vehicle based experiments. Compared with experiments, simulations are fast and inexpensive and can provide greater insight as all of the variables are observable. To simulate the controller a high delity vehicle model is required. To achieve this it is necessary to initially validate the model against experimental data. Simulation verication using a validated vehicle model is lacking in the literature. A full vehicle model is developed for this thesis using Dymola, a multi-body system software tool. The model includes the full suspension geometry of the vehicle. Pacejka's "Magic Formula" is used for the tyre model. The model is validated using Delta Motorsport's E4 coupe. The two Wheel Independent Drive (2WID) MTTE-based traction controller is derived from the equations of motion for the vehicle. This shows that the maximum transmissible torque for one driven wheel is dependent on the friction force of both driven wheels, which has not been shown before. An equal torque strategy is proposed to maintain vehicle directional stability on mixed-μ roads. For verication the 2WID-MTTE controller is simulated on the validated vehicle model described above. The proposed 2WID-MTTE controller is benchmarked against a similar method without the equal torque strategy, termed Independent MTTE, as well as a method combining Direct Yaw Control (DYC) and Independent MTTE. The three controllers are simulated for a vehicle accelerating onto a split-μ road. The results show that the proposed 2WID-MTTE controller prevents the vehicle spinning o the road when compared to Independent MTTE. 2WID-MTTE is found to be as eective as DYC+Independent MTTE but is simpler in design and requires fewer sensors. The proposed 2WID-MTTE controller is also simulated for a vehicle accelerating from a low- to high-μ road. This is done to assess the controller's ability to return to normal operation after a traction event, and because there are no simulations of this type for MTTE control on a high delity vehicle model in the literature. The results show that oscillations in the tyre-road friction force as the wheel transitions across the change in μ somewhat impede the return of the controller's output torque to the torque demand. The 2WID-MTTE controller is implemented on Delta Motorsport's E4 coupe by integrating it into the vehicle's Powertrain Control Module (PCM). This is experimentally tested for the vehicle accelerating across a range of surfaces at the MIRA proving ground. The experimental tests include high- to low-μ, low- to high-μ and split-μ roads. The results for the high- to low-μ road tests show that 2WID-MTTE control prevents the vehicle spinning when compared to no control. Similar to the simulation, the results of the low- to high-μ road experiment show that the controller output torque is also impeded from returning to the demand torque. Observation of the estimated friction force together with the on-board accelerometers conrm that this is due to tyre friction oscillating after the transition. This justies the use of a tyre model with transient dynamics. The proposed 2WID-MTTE controller uses wheel velocity and torque feedback to estimate friction torque. These signals are obtained from the vehicle's motor controllers via a Controlled Area Network (CAN) bus. The 2WID-MTTE controller is benchmarked against Independent MTTE that uses wheel velocity measured directly from the wheel hub sensors and the torque demand to estimate friction torque. The results show that the delays introduced by the CAN bus increase wheel slip for the 2WID-MTTE controller. However, the equal torque strategy means that 2WID-MTTE controller maintains greater vehicle directional stability, which is more important than the pursuit of greater acceleration.

Automotive development has always been need-based and the product of today is an evolutionover several decades and a diversied technology application to deliver better products to theend users. Steady increase in the deployment of on-board electronics and software is characterizedby the demand and stringent regulations. Today, almost every function on-board a modernvehicle is either monitored or controlled electronically.One such specic demand for AB Volvo arose out of construction trucks in the US market. Usersseldom have/had a view of the operational boundaries of the drivetrain components, resultingin inappropriate use causing damage, poor traction and steering performance. Also, AB Volvo'sstand-alone traction assistance functions were not suciently capable to handle the vehicle useconditions. Hence, the goal was set to automate and synchronize the traction assistance devicesand software functions to improve the traction and steerability under a variety of road conditions.The rst steps in this thesis involved understanding the drivetrain components from design andoperational boundary perspective. The function descriptions of the various traction softwarefunctions were reviewed and a development/integration plan drafted. A literature survey wascarried out seeking potential improvement in traction from dierential locking and also its eectson steerability. A benchmarking exercise was carried out to identify competitor and suppliertechnologies available for the traction device automation task.The focus was then shifted to developing and validating the traction controller in a simulationenvironment. Importance was given to modeling of drivetrain components and renement ofvehicle behavior to study and understand the eects of dierential locking and develop a differentiallock control strategy. The modeling also included creating dierent road segments toreplicate use environment and simulating vehicle performance in the same, to reduce test timeand costs. With well-correlated vehicle performance results, a dierential lock control strategywas developed and simulated to observe traction improvement. It was then implemented onan all-wheel drive construction truck using dSPACE Autobox to test, validate and rene thecontroller.Periodic test sessions carried out at Hallered proving ground, Sweden were important to re-ne the control strategy. Feedback from test drivers and inputs from cross-functional teamswere essential to develop a robust controller and the same was tested for vehicle suitability andrepeatability of results. When comparing with the existing traction software functions, the integrateddierential lock and transfer case lock controller showed signicantly better performanceunder most test conditions. Repeatable results proved the reliability of developed controller.The correlation between vehicle test scenarios and simulation environment results indicated theaccuracy of software models and control strategy, bi-directionally.Finally, the new traction assistance device controller function was demonstrated within ABVolvo to showcase the traction improvement and uncompromising steerability.

The research looks at the advantages and disadvantages of a hydraulic auxiliary drive (HAD) system which is installed on a 25 meter long timber transport vehicle. The purpose is to investigate the performance with regard to energy, economy and environment of the system due to the added components, the hydraulic accumulators. The auxiliary system that is used on the vehicle is simply a hydrostatic transmission system. Ideally, the fuel consumption and cost can be reduced by using accumulators. To verify this hypothesis, model-based simulations were performed in a software environment and the result was analyzed for a linear and repeatedly accelerating and decelerating driving cycle. Additionally, comparisons were made between the HAD system with and without the assistance of accumulators. From the simulation results, the system assisted by accumulators consumes approximately 14% less fuel than the other. And it produces 15% more tractive effort when the vehicle is accelerating. The paper also includes the determination of the size of accumulators, both theoretically and with simulations. By comparison, there is a small difference between the results from the theoretical calculation and the simulations, which might be caused by a neglecting the volumetric losses in the simulation process. Ideally, an accumulator with a size of 57 L was found to be the most efficient size for the studied driving cycle. Beyond that speed, the efficiency will decrease to some extent. Physical tests are not presented in this paper, but they will be done in the future.
Den presenterade forskningen studerade fördelar och nackdelar med ett hydraulisk hjälpsystem för fordonsdrift (HAD) för en 25 meter lång timmerlastbil. Syftet var att undersöka hur drivlinans prestanda med avseende på energy, ekonomi och miljöpåverkan, påverkas av de adderade komponenterna, de hydrauliska ackumulatorerna. Hjälpsystemet är helt enkelt ett hydrostatiskt transmissionssystem. Idealt, kan bränsleförbrukning och kostnad reduceras genom att använda ackumulatorer i systemet. För att verifiera denna hypotes, har modell-baserade simuleringar utförts och resultaten har analyserats för konstantfartskörning och en körcykel med upprepade accelerationer och inbromsningar. Dessutom, har ett HAD-system med och utan ackumulator jämförts. Simuleringsresultaten visar att ett system med ackumulatorer förbrukar ca 14% mindre bränsle än ett system utan ackumulatorer. Ett ackumulatorstött system ger också 15% högre framdrivningseffekt vid accelereration. I avhandlingen dimensionera också storleken på ackumulatorerna, både teoretiskt och med simuleringar. Det finns en liten skillnad mellan resultaten från den teoretiska beräkningen och simuleringarna, som kan bero på att volymetriska förlusterna inte har tagits med i simuleringarna. En ackumulator med en storlek på 57 L visar sig ha den mest effektiva storleken för den studerade körcykeln. Vid högre körhastigheter, kommer verkningsgraden att minska till viss del. Inga fysiska tester har gjorts, men de kommer att utföras i framtiden.

Ce projet fait l’objet d’une collaboration entre l’équipe EPI du laboratoire SATIE de l’ENS Cachan, le laboratoire LAPLACE et ALSTOM Transport dans le cadre du projet ANR « CONCIGI HT ». Les recherches dans le domaine du ferroviaire visent à réduire toujours plus la taille et le poids de la chaine de traction. Aujourd’hui, la volonté de poursuivre la réduction des temps de parcours est complétée par le souhait de diminuer la puissance consommée, ceci ayant des conséquences importantes sur la conception des chaines de traction. L’objectif de ce projet est de remplacer certaines parties de la chaine de puissance d’une locomotive par des systèmes permettant de diminuer de 30% leur encombrement, donc de diminuer jusqu’à 8,5 % l’énergie électrique consommée et augmenter le nombre de passagers transportés. Le travail présenté dans cette thèse porte sur le dimensionnement et l’étude de l’alimentation des allumeurs de semi-conducteurs SiC HT (pouvant atteindre un transitoire de 10 kV). La particularité de ces semi-conducteurs est leur application : ils constituent des convertisseurs multi-niveaux dont la fonction est de remplacer les transformateurs 25 kV/3 kV-50 Hz actuellement utilisés pour la traction ferroviaire. La principale contrainte porte donc sur la tenue diélectrique qui atteint un maximum de 60 kV liée aux transitoires présents sur la caténaire. Une alimentation à double isolation galvanique (DGIT-Double Galvanic Insulation Transformer) a donc été développée afin de répondre à la nécessité de double tenue diélectrique (10 kV et 60 kV). Dans un premier temps une structure permettant la double isolation galvanique a été développée avec l’objectif de réduire au maximum sa taille et son poids. Sa disposition spatiale et sa géométrique ont également été pris en considération (ainsi que de nombreux paramètre à la fois pertinents et contradictoires). Ceci afin d’obtenir le système optimal et une répartition des capacités de mode commun et différentiel respectant la forte tenue diélectrique. Dans un second temps une étude de l’alimentation adaptée au DGIT a été réalisée et testée. L’association du DGIT qui est un élément très inductif, de la charge qui est un driver à faible puissance et de l’aspect multi-niveau implique un fonctionnement atypique. Pour chacune de ces parties, une étude structurelle, fréquentielle et électrique a été réalisée afin d’obtenir un dispositif optimal du point de vue du volume, du poids et des pertes, tout en respectant la principale contrainte de la tenue à la THT (Très Haute Tension). Enfin, dans un troisième temps nous avons étudié la possibilité de remplacer les fibres optiques utilisées de nos jours pour la commande des allumeurs par un système basé sur la transmission par radio fréquence
This project is the result of collaboration between the EPI team of the SATIE laboratory at ENS Cachan, the LAPLACE laboratory and ALSTOM Transport in the ANR "CONCIGI HT" project. Research in the railway traction area aims to reduce the increasing size and weight of the power train. Today, the desire to reduce travel time is complemented by the desire to reduce power consumption- it is an important information for the design of traction chains. The objective of this project is to replace parts of the locomotive power supply systems to reduce their size by 30%, thus to reduce the power consumption and increase by 8.5% the number of passengers. The work presented in this thesis focuses on the design and study of the drivers power supply for HV SiC semiconductor (up to a 10 kV transient voltage). The peculiarity of these semiconductors is their application: they are placed in multi-level converters in order to replace the 25 kV / 3 kV, 50 Hz transformers currently used for rail traction. The main constraint is the dielectric strength that reaches a maximum of 60 kV due to transient present on the catenary. So, the Double Galvanic Insulation Transformer (DGIT) has been developed to adapt to the need of holding dual dielectric (10 kV and 60 kV). In a first step, a structure for the dual galvanic insulation has been developed with the objective to minimize its size and weight. Its spatial and geometrical arrangements were also taken into account (as well as many parameters both relevant and contradictory), in order to obtain the optimal system and common and differential mode distributed capacities observing the high dielectric strength. In a second step a study of the DGIT adapted power supply has been completed and tested. The combination of DGIT inductive behavior, the driver low power and the multi-level aspect, involves an atypical work of this power supply converter. For each of these parts, a structural, frequencial and electrical study was performed in order to achieve the maximum optimal device in terms of volume, weight and loss, with respect to the main constraint of VHV (Very High Voltage). Finally, in a third step we studied the possibility of subtituing the optical fibers currently used for the control of lighters with a system based on radio-frequency transmission

In a world with a growing population there is a trend toward higher and higher energy usage. Because of the cost involved in producing extra energy, there is a need for more efficient usage of the energy that is already available. The issue of efficiency rings home especially clear with electric motors. Although induction motors are used in many different applications, the motors used in electric vehicles must be able to generate a large starting torque as well as operate over a wide speed range. This work analyzes the restrictions placed on the motor and inverter drive system. It also looks at the best method for controlling the drive in order to achieve the highest efficiency out of the drive. While other works have shown methods of achieve high efficiency out of the motor, it is the assertion of this work that the efficiency of the total drive is more important. It is to that end that this work analyzes the performance of an induction motor under low torque and speed where a traction drive utilizes the most energy.
Master of Science

Ce projet fait l'objet d'une collaboration entre l'équipe EPI du laboratoire SATIE de l'ENS Cachan, le laboratoire LAPLACE et ALSTOM Transport dans le cadre du projet ANR " CONCIGI HT ". Les recherches dans le domaine du ferroviaire visent à réduire toujours plus la taille et le poids de la chaine de traction. Aujourd'hui, la volonté de poursuivre la réduction des temps de parcours est complétée par le souhait de diminuer la puissance consommée, ceci ayant des conséquences importantes sur la conception des chaines de traction. L'objectif de ce projet est de remplacer certaines parties de la chaine de puissance d'une locomotive par des systèmes permettant de diminuer de 30% leur encombrement, donc de diminuer jusqu'à 8,5 % l'énergie électrique consommée et augmenter le nombre de passagers transportés. Le travail présenté dans cette thèse porte sur le dimensionnement et l'étude de l'alimentation des allumeurs de semi-conducteurs SiC HT (pouvant atteindre un transitoire de 10 kV). La particularité de ces semi-conducteurs est leur application : ils constituent des convertisseurs multi-niveaux dont la fonction est de remplacer les transformateurs 25 kV/3 kV-50 Hz actuellement utilisés pour la traction ferroviaire. La principale contrainte porte donc sur la tenue diélectrique qui atteint un maximum de 60 kV liée aux transitoires présents sur la caténaire. Une alimentation à double isolation galvanique (DGIT-Double Galvanic Insulation Transformer) a donc été développée afin de répondre à la nécessité de double tenue diélectrique (10 kV et 60 kV). Dans un premier temps une structure permettant la double isolation galvanique a été développée avec l'objectif de réduire au maximum sa taille et son poids. Sa disposition spatiale et sa géométrique ont également été pris en considération (ainsi que de nombreux paramètre à la fois pertinents et contradictoires). Ceci afin d'obtenir le système optimal et une répartition des capacités de mode commun et différentiel respectant la forte tenue diélectrique. Dans un second temps une étude de l'alimentation adaptée au DGIT a été réalisée et testée. L'association du DGIT qui est un élément très inductif, de la charge qui est un driver à faible puissance et de l'aspect multi-niveau implique un fonctionnement atypique. Pour chacune de ces parties, une étude structurelle, fréquentielle et électrique a été réalisée afin d'obtenir un dispositif optimal du point de vue du volume, du poids et des pertes, tout en respectant la principale contrainte de la tenue à la THT (Très Haute Tension). Enfin, dans un troisième temps nous avons étudié la possibilité de remplacer les fibres optiques utilisées de nos jours pour la commande des allumeurs par un système basé sur la transmission par radio fréquence.

This thesis describes the design of a laboratory model of the bridge crane, which will be further used for Internal Combustion Engines to identify the forces in and verificationof control algorithms, automated crane. The aim of this thesis is to design a bridge and a cat laboratory bridge crane with a carrying capacity of 10 kg and work area 2 m x 2 m x 3 m crane mostly of lightweight aluminum profiles. Furthermore, it includes variousdrives and drive for the lifting mechanism.

Le problème de la commande de machine asynchrone sans capteur mécanique de vitesse est très étudié dans les domaines de l'automatique et de l'électrotechnique. Ce travail porte sur la faisabilité de ce type de commande sur l'ensemble de la plage de vitesse et pour tout type de machine asynchrone afin d'être utilisée en traction ferroviaire. Une étude poussée de l'observabilité permet de définir une mesure quantitative continue de l'observabilité de la vitesse de la machine, appelée index d'observabilité. La synthèse d'un observateur confirme ainsi la correspondance entre les zones de faible index d'observabilité et celles où l'observation est de mauvaise qualité. L'index d'observabilité défini dans cette thèse permet donc de prédire les performances d'observation d'un système. L'originalité principale des travaux présentés tient dans l'utilisation de cet index d'observabilité dans la commande de la machine asynchrone sans capteur mécanique de vitesse. En tirant profit du degré de liberté qu'offre la variation d'amplitude du flux, nous proposons de garantir un index d'observabilité au-dessus d'un seuil tout en respectant les autres contraintes de la commande. L'observation de la vitesse devient alors précise sur toute la plage de vitesse, et un fonctionnement long est possible en tout point sans perturber le couple réalisé. Des expérimentations sur simulateur numérique viennent confirmer ces résultats, y compris lors de phases de patinage. L'observation des paramètres électriques est également étudiée afin de garantir la précision de l'observation de vitesse. Pour cela, la sensibilité de l'observation de vitesse aux variations de paramètres électriques et l'observabilité de ces paramètres sont étudiées, permettant de définir une nouvelle stratégie d'observation des paramètres électriques. Des essais sur banc de puissance, puis en application réelle sur un train régional, valident les performances de la commande sans capteur de vitesse proposée sur toute la plage de vitesse, et son adéquation aux contraintes d'une application ferroviaire
The problem of speed sensorless control of induction machine is a well-studied problem in the field of automatic control and electrical engineering. This work addresses the problem of the feasibility of induction machine control over the whole speed range and for any type of induction machine, aiming at being used in a railway application. An intensive study of observability has defined a continuous quantitative measurement of the speed observability, named observability index. An observer was developped to confirme the correspondence between low-observability index areas and poor observation quality. The observability index defined in this thesis is thus a way to predict the observation performance of systems. The main originality of the work presented in this thesis is the use of this observability index in the induction machine speed sensorless drive. By taking advantage of the degree of freedom given by the variation of the flux amplitude, we propose to guarantee the observability index value above a given threshold while respecting the other constraints of the control. The speed observation becomes precise over the entire speed range, and a long time operation is possible on any point, without interfering with torque regulation. Experiments on real-time simulator confirm these results, including when slipping and sliding occurs. The electrical parameter observation is also studied to ensure the accuracy of speed observation. For this, the sensitivity of the speed observation to electrical parameter variations and the observability of these parameters are studied, leading to the definition of the electrical parameter observation strategy. The testings on power bench, and in real application on a regional train, validate the performance of the speed sensorless drive proposed on the entire speed range, and its suitability to the constraints of a railway application

Die vorliegende Arbeit verfolgt als Ziel Algorithmen zur anwendungsbezogenen Komponen-tenauswahl und Antriebskonfiguration dieselelektrischer Schienenfahrzeuge zu entwickeln und umzusetzen. Aus modellierten Einzelkomponenten werden automatisiert virtuelle Antriebsstränge generiert, anhand einer vorgebbaren Transportaufgabe simulationstechnisch bewertet und miteinander verglichen. Aus den Berechnungsergebnissen kann die für die vorgegebenen Randbedingungen am besten geeignete Antriebskonfiguration ermittelt werden. Zum Verifizieren der Ergebnisse wurden messtechnische Untersuchungen durch-geführt.

L’objectif de ce travail est l'étude de la commande découplée du flux et du couple pour des machines asynchrones de forte puissance. Celle-ci concerne l'ensemble alimentation-machine-charge. Des problèmes spécifiques apparaissent dus à la forte puissance et à la configuration de l'alimentation: découplage flux-couple, instabilité de la chaîne complète. Notre travail porte tout d'abord sur l'étude théorique de la commande découplée du flux et du couple: un découplage prenant en compte les constantes de temps naturelles du moteur a été obtenu. Puis, après avoir mis en évidence de manière théorique les problèmes d'instabilité constatés expérimentalement, nous montrons que l'on ne peut à la fois assurer le découplage couple/flux et la stabilisation. Une solution de compromis a été trouvée par une technique de stabilisation prenant en compte le filtre d'entrée. Diverses commandes lui ont été associées dont une commande de type H2, assurant des résultats satisfaisants sur toute la plage de vitesse ou cette commande peut être mise en œuvre. L’ensemble de la commande a été implanté sur une carte industrielle et testé expérimentalement sur un banc de 300 kW. Cette étude a été réalisée en collaboration avec la société GEC ALSTHOM TRANSPORT dans le cadre général de la conception de chaines de traction asynchrone pour le TGV de nouvelle génération

La topologie onduleur à six bras associé à une machine triphasée à phases indépendantes a la propriété de d'offrir, dans le cadre applicatif de l'automobile, une double fonctionnalité, traction et chargeur forte puissance. Cet avantage nécessite, par contre, le contrôle des composantes homopolaires classiquement nulles lors de la présence d'un couplage en étoile. Cette thèse propose alors, d'une part une étude et une modélisation des onduleurs multi-bras et, d'autre part, développe des stratégies de contrôle-commande adaptées à la présence des grandeurs homopolaires. Les algorithmes de commande classiques de l'onduleur sont comparés et une stratégie vectorielle originale, dite Z-SVM permettant d'annuler le courant homopolaire haute fréquence, est développée. Enfin, il est montré comment la gestion des composantes homopolaires aux valeurs moyennes permet d'accroître les performances de l'ensemble à faible comme à haute vitesse, en jouant sur les zones avant et après défluxage des caractéristiques couple-vitesse. Les solutions proposées sont validées sur un banc expérimental composé d'une machine prototype spécialement développée pour une application automobile et alimentée par un onduleur six-bras commandé par des composants de type FPGA. Les stratégies proposées sont comparées en termes de performances et de complexité algorithmique
For an automotive application, a six leg-VSI connected to a three-phase open-end winding machine has the ability to offer a dual-function. In this case, an additional zero-sequence component, usually absent when a star-coupling is used, needs to be controlled. Firstly, a study, modeling and control of a multi-leg inverter are proposed. Secondly, control structures capable of handling the presence of zero-sequence components are investigated. The conventional control algorithms applied to the inverter are analyzed and an original vector control strategy, called Z-SVM, capable to cancel the high frequency zero-sequence current is developed. Finally, it is shown how the management of the zero-sequence components enhances the performance of the drive at low as well as at high-speed, corresponding on the areas of the torque-speed characteristics before and after flux weakening. The proposed solutions are validated on an experimental test bench consisting of a machine prototype especially developed for automotive application and powered by a six-leg inverter controlled by an FPGA-based device. The proposed strategies are compared in terms of performance and computational complexity

This master’s thesis describes the structural design of pallet conveyor for the transport pallet unit between the ground floor and upper storey of warehouse buildings, according to given technical parameters. The work includes design and functional solution for driven roller track. It solves lifting of frame cage and roller track and the pallet unit, using traction gearless drive. There is used cable transfer 2:1. Frame cage is equipped with a mandatory safety gear. The design is verified strength calculations of the frame lift and frame cage. Part of the thesis is the drawing documentation.

Thèse (M.Eng.) -- École de technologie supérieure, Montréal, 2007.
"Thesis submitted to l'École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for the master's degree in mechanical engineering M.Eng.". Bibliogr. : f. ([92]-96). Également disponible en version électronique. CaQMUQET

Traction efficiency of tractors barely reaches 50 % in field operations. On the other hand, modern trends in agriculture show growth of the global tractor markets and at the same time increased demands for greenhouse gas emission reduction as well as energy efficiency due to increasing fuel costs. Engine power of farm tractors is growing at 1.8 kW per year reaching today about 500 kW for the highest traction class machines. The problem of effective use of energy has become crucial. Existing slip control approaches for tractors do not fulfil this requirement due to fixed reference set-point. The present work suggests an optimal control scheme based on set-point optimization and on assessment of soil conditions, namely, wheel-ground parameter identification using fuzzy-logic-assisted adaptive unscented Kalman filter.

A drive design for an electric bike with brushed DC disk motor is proposed in this thesis. Especially the design of a DC/DC converter with DSC control is described. The converter can operate as step-down and step-up too. Minimum dimensions and sufficient power for riding without human assistance were the main demands on the design.

This work deals with designs of drive for two types electric powered tricycles (type for outdoor and indoor). Designs comprise general conception of drive. We selected optimal electric motors in terms of research electric engines and calculations. Next, we proposed batteries. The last part describes design power circuit and general financial expenses.

A driving cycle is a velocity profile over time. Driving cycles can be used for environmental classification of cars and to evaluate vehicle performance. The benefit by using stochastic driving cycles instead of predefined driving cycles, i.e. the New European Driving Cycle, is for instance that the risk of cycle beating is reduced. Different methods to generate stochastic driving cycles based on real-world data have been used around the world, but the representativeness of the generated driving cycles has been difficult to ensure. The possibility to generate stochastic driving cycles that captures specific features from a set of real-world driving cycles is studied. Data from more than 500 real-world trips has been processed and categorized. The driving cycles are merged into several transition probability matrices (TPMs), where each element corresponds to a specific state defined by its velocity and acceleration. The TPMs are used with Markov chain theory to generate stochastic driving cycles. The driving cycles are validated using percentile limits on a set of characteristic variables, that are obtained from statistical analysis of real-world driving cycles. The distribution of the generated driving cycles is investigated and compared to real-world driving cycles distribution. The generated driving cycles proves to represent the original set of real-world driving cycles in terms of key variables determined through statistical analysis. Four different methods are used to determine which statistical variables that describes the features of the provided driving cycles. Two of the methods uses regression analysis. Hierarchical clustering of statistical variables is proposed as a third alternative, and the last method combines the cluster analysis with the regression analysis. The entire process is automated and a graphical user interface is developed in Matlab to facilitate the use of the software.
En körcykel är en beskriving av hur hastigheten för ett fordon ändras under en körning. Körcykler används bland annat till att miljöklassa bilar och för att utvärdera fordonsprestanda. Olika metoder för att generera stokastiska körcykler baserade på verklig data har använts runt om i världen, men det har varit svårt att efterlikna naturliga körcykler. Möjligheten att generera stokastiska körcykler som representerar en uppsättning naturliga körcykler studeras. Data från över 500 körcykler bearbetas och kategoriseras. Dessa används för att skapa överergångsmatriser där varje element motsvarar ett visst tillstånd, med hastighet och acceleration som tillståndsvariabler. Matrisen tillsammans med teorin om Markovkedjor används för att generera stokastiska körcykler. De genererade körcyklerna valideras med hjälp percentilgränser för ett antal karaktäristiska variabler som beräknats för de naturliga körcyklerna. Hastighets- och accelerationsfördelningen hos de genererade körcyklerna studeras och jämförs med de naturliga körcyklerna för att säkerställa att de är representativa. Statistiska egenskaper jämfördes och de genererade körcyklerna visade sig likna den ursprungliga uppsättningen körcykler. Fyra olika metoder används för att bestämma vilka statistiska variabler som beskriver de naturliga körcyklerna. Två av metoderna använder regressionsanalys. Hierarkisk klustring av statistiska variabler föreslås som ett tredje alternativ. Den sista metoden kombinerar klusteranalysen med regressionsanalysen. Hela processen är automatiserad och ett grafiskt användargränssnitt har utvecklats i Matlab för att underlätta användningen av programmet.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню наукових основ щодо вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту. Розроблений алгоритм рішення рівняння Гамільтона-Якобі-Беллмана для задачі руху електрорухомого складу на ділянці шляху із заданим профілем і графіком руху, що дозволяє створити експертну систему управління рухом. Особливостями цього алгоритму є застосування штрафних функцій для опису обмежень, що накладаються графіком руху: досягнення потягом кінцевого пункту за заданий час руху, обмеження швидкості на ділянках шляху, а також відсутність простоїв потягу в процесі руху. Єдиний підхід штрафних функцій застосований також для введення обмежень по зчепленню. Такий підхід дозволяє значно понизити витрати розрахункового часу і спростити процедури розрахунку витрат енергії. Створена математична модель для визначення ефективності тягового приводу. Модель включає в себе визначення основних втрат у асинхронного тягового двигуна з урахуванням насичення магнітної системи, що визначається за результатами вирішення рекурентного нелінійного рівняння. Також у моделі враховані втрати від вищих гармонік напруги в міді та сталі, а також механічні та додаткові втрати. В розробленій моделі враховуються статичні та динамічні втрати у IGBT транзисторах та діодах напівпровідникового перетворювача. Розроблено метод оптимізації параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електрорухомого складу, якій складається з наступних основних етапів: визначення оптимальних режимів роботи тягового приводу на основі запропонованого виразу ефективності тягового приводу; визначення оптимальних режимів руху електрорухомого складу за критерієм мінімуму витрат; вирішення тягової задачі руху на ділянці колії с заданим графіком руху та профілем колії, а також визначенням залежності зміни втрат в елементах тягового двигуна за часом; вибору параметрів та режимів роботи систем охолодження тягових двигунів, які обумовлюють ефективність системи охолодження та вентиляції електрорухомого складу; вирішення задачі умовної мінімізації системи охолодження тягового двигуна за модернізованим критерієм економічної ефективності на основі методу Вейля за узагальненим золотим перетином та задачі аналізу системи вентиляції і охолодження тягових двигунів, яка створена на базі математичної моделі теплових режимів двигуна за узагальненою еквівалентною тепловою схемою.
Thesis for the degree of Doctor of Engineering in specialty 05.22.09 "Electric transport " - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the creation of scientific foundations for the selection of optimal parameters and operating modes for cooling systems for asynchronous traction motors of electric transport. An algorithm for solving the Hamilton-Jacobi-Bellman equation for the problem of the motion of an electric stock on a section of a track with a given profile and a traffic schedule is developed. That makes it possible to create an expert control system for motion. Features of this algorithm is the use of penalty functions to describe the restrictions imposed by the traffic schedule: the train reaches the destination point for a given driving time, the speed limit on the sections of the track, and the absence of train idle time during the movement. A single approach to penalty functions is also applied to introduce constraints on the adhesion. This approach allows to reduce significantly the costs of the estimated time and to simplify the procedures for calculating energy costs. A mathematical model is created to determine the efficiency of the traction drive. The model includes the determination of the main losses in an asynchronous traction motor, taking into account the saturation of the magnetic system, which is determined by the results of solving a recurrent nonlinear equation. Also, the model takes into account losses from higher harmonic stresses in copper and steel, mechanical and additional losses. The developed model takes into account static and dynamic losses in IGBT transistors and diodes of a semiconductor converter. A method for optimizing the parameters and operating modes of cooling systems for asynchronous traction motors of the electric stock is developed. It consists of the following main stages: determination of the optimum mode of the traction drive operation on the basis of the proposed expression of its efficiency; determination of optimum modes of movement of the electric stock by the criterion of minimum costs; solution of the traction problem of motion on a section of the track with a specified traffic schedule and the track profile, as well as the determination of the dependence of the change in losses in the elements of asynchronous traction engines in time; choice of parameters and operation modes of cooling systems for asynchronous traction motors, which determine the efficiency of the cooling and ventilation system of the electric stock; solution of the problem of relative minimization of the cooling system for asynchronous traction motors with a modernized criterion of economic efficiency based on the Weil method on the generalized golden section and the problem of analyzing the ventilation and cooling system of traction motors, which is based on the mathematical model of thermal motor conditions by the generalized equivalent thermal scheme.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.22.09 "Електротранспорт" - Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню наукових основ щодо вибору оптимальних параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електротранспорту. Розроблений алгоритм рішення рівняння Гамільтона-Якобі-Беллмана для задачі руху електрорухомого складу на ділянці шляху із заданим профілем і графіком руху, що дозволяє створити експертну систему управління рухом. Особливостями цього алгоритму є застосування штрафних функцій для опису обмежень, що накладаються графіком руху: досягнення потягом кінцевого пункту за заданий час руху, обмеження швидкості на ділянках шляху, а також відсутність простоїв потягу в процесі руху. Єдиний підхід штрафних функцій застосований також для введення обмежень по зчепленню. Такий підхід дозволяє значно понизити витрати розрахункового часу і спростити процедури розрахунку витрат енергії. Створена математична модель для визначення ефективності тягового приводу. Модель включає в себе визначення основних втрат у асинхронного тягового двигуна з урахуванням насичення магнітної системи, що визначається за результатами вирішення рекурентного нелінійного рівняння. Також у моделі враховані втрати від вищих гармонік напруги в міді та сталі, а також механічні та додаткові втрати. В розробленій моделі враховуються статичні та динамічні втрати у IGBT транзисторах та діодах напівпровідникового перетворювача. Розроблено метод оптимізації параметрів та режимів роботи систем охолодження асинхронних тягових двигунів електрорухомого складу, якій складається з наступних основних етапів: визначення оптимальних режимів роботи тягового приводу на основі запропонованого виразу ефективності тягового приводу; визначення оптимальних режимів руху електрорухомого складу за критерієм мінімуму витрат; вирішення тягової задачі руху на ділянці колії с заданим графіком руху та профілем колії, а також визначенням залежності зміни втрат в елементах тягового двигуна за часом; вибору параметрів та режимів роботи систем охолодження тягових двигунів, які обумовлюють ефективність системи охолодження та вентиляції електрорухомого складу; вирішення задачі умовної мінімізації системи охолодження тягового двигуна за модернізованим критерієм економічної ефективності на основі методу Вейля за узагальненим золотим перетином та задачі аналізу системи вентиляції і охолодження тягових двигунів, яка створена на базі математичної моделі теплових режимів двигуна за узагальненою еквівалентною тепловою схемою.
Thesis for the degree of Doctor of Engineering in specialty 05.22.09 "Electric transport " - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" MES of Ukraine, Kharkov, 2018. The thesis is devoted to the creation of scientific foundations for the selection of optimal parameters and operating modes for cooling systems for asynchronous traction motors of electric transport. An algorithm for solving the Hamilton-Jacobi-Bellman equation for the problem of the motion of an electric stock on a section of a track with a given profile and a traffic schedule is developed. That makes it possible to create an expert control system for motion. Features of this algorithm is the use of penalty functions to describe the restrictions imposed by the traffic schedule: the train reaches the destination point for a given driving time, the speed limit on the sections of the track, and the absence of train idle time during the movement. A single approach to penalty functions is also applied to introduce constraints on the adhesion. This approach allows to reduce significantly the costs of the estimated time and to simplify the procedures for calculating energy costs. A mathematical model is created to determine the efficiency of the traction drive. The model includes the determination of the main losses in an asynchronous traction motor, taking into account the saturation of the magnetic system, which is determined by the results of solving a recurrent nonlinear equation. Also, the model takes into account losses from higher harmonic stresses in copper and steel, mechanical and additional losses. The developed model takes into account static and dynamic losses in IGBT transistors and diodes of a semiconductor converter. A method for optimizing the parameters and operating modes of cooling systems for asynchronous traction motors of the electric stock is developed. It consists of the following main stages: determination of the optimum mode of the traction drive operation on the basis of the proposed expression of its efficiency; determination of optimum modes of movement of the electric stock by the criterion of minimum costs; solution of the traction problem of motion on a section of the track with a specified traffic schedule and the track profile, as well as the determination of the dependence of the change in losses in the elements of asynchronous traction engines in time; choice of parameters and operation modes of cooling systems for asynchronous traction motors, which determine the efficiency of the cooling and ventilation system of the electric stock; solution of the problem of relative minimization of the cooling system for asynchronous traction motors with a modernized criterion of economic efficiency based on the Weil method on the generalized golden section and the problem of analyzing the ventilation and cooling system of traction motors, which is based on the mathematical model of thermal motor conditions by the generalized equivalent thermal scheme.

The work deals with creating a DC electric motor drive. The model is composed of electrical power from the engine model and transistor pulse converter load, which are joined together and completed the anchor and regulate the flow control engine speed. Great attention was paid to the determination of losses in the load drive electric vehicles and create a model of electric power load. The real work was verified by an experimental model of an electric vehicle Car4 the available parameters.

Revue des propriétés des thyristors interrupteurs. Aptitude à l'utilisation en grande traction. Etude du rétablissement de la tension aux bornes. Soufflage et mise en série des thyristors interrupteurs. Caractérisation des GTO de grande puissance.

Дисертацію присвячено розробці наукових проектування безредукторного тягового приводу на основі реактивного індукторного двигуна з аксіальним магнітним потоком для швидкісного електрорухомого складу. Запропоновано створення безредукторного тягового приводу на основі реактивного індукторного двигуна з аксіальним магнітним потоком. Розроблено математичну модель для визначення електромагнітного моменту реактивного індукторного двигуна з аксіальним магнітним потоком. Розроблено узагальнену імітаційну модель тягового приводу, що досліджується, яка поєднує модель напівпровідникового перетворювача у сукупності з системою керування приводом та модель реактивного індукторного двигуна з аксіальним магнітним потоком. Розроблено модель крутильних коливань в механічній частині приводу. Запропонована методика оцінки енергетичних показників досліджуваного тягового приводу. У сукупності запропоновані моделі покладені в основу програмно-алгоритмічного комплексу проектування тягового безредукторного приводу на основі реактивного індукторного двигуна з аксіальним магнітним потоком. Розроблений концептуальний проект швидкісного електропоїзду, тяговий привод якого синтезований за допомогою вищезазначеного програмно-алгоритмічного комплексу та визначені його робочі властивості та показники
The thesis is dedicated to the working out of scientific bases of creation gearless traction drive based on transverse switched reluctance motor for speed electrical rolling stock in terms of linking its properties and working parameters. By analyzing of the force and power parameters of traction electric motors, used in the gearless traction drive, and comparing the performances of structural mechanisms to transfer torque suggested the creation of gearless traction drive based on the jet engine based on the inductor axial magnetic flux. The mathematical model for the electromagnetic torque inductor jet engine axial magnetic flux is worked out. The generalized traction drive simulation model that is studied, combines semiconductor transducer model, is coupled with the drive system and inductor model of transverse switched reluctance motor, which is based on mathematical model. The model of torsion oscillations of the mechanical drive is worked out. Method for energy parameters investigated traction drive is proposed. Together, the proposed model algorithmic complex design of the direct drive traction based on transverse switched reluctance motor. The conceptual design of high-speed electric trains is worked out. Traction drive is synthesized using the above algorithmic complex and determined its performance and indicators

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі по удосконаленню технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу на основі застосування діагностичних ознак, що свідчили б про настання аварійних режимів, а також розробці технологій, методів та алгоритмів, що дозволили б виявляти та упереджувати подальший розвиток таких режимів. Для виконання досліджень розроблені комп'ютерні математичні імітаційні моделі тягового асинхронного електроприводу, в яких враховуються особливості аварійних режимів в залежності від системи управління, насичення магнітного кола асинхронного двигуна та ін. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в аварійних режимах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити, а також визначити придатні для діагностування характерні ознаки. Розроблено технології діагностування на основі гармонічного аналізу сигналу та на основі математичної моделі об'єкту, проведено комп'ютерну перевірку та підтверджено ефективність роботи таких методів. Для здійснення автоматизації прийняття рішення використано моделювання математичного алгоритму штучних нейромереж.
Thesis for a candidate degree by speciality 05.22.09 – Electric transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. Dissertation is devoted to solving scientific and technical targets improving technology of diagnosing state for traction asynchronous drive electric rolling stock by detecting abnormally dangerous and emergency modes operation and their identification, which allowed to develop methods for early detection and prevention of drive elements failure when it malfunctions occur, as well as minimizing operational costs. The analysis of existing technologies, techniques and methods for diagnosis and protection traction asynchronous drive showed that the most promising in comparison with the existing protection systems of rolling stock, which operate on the principle of control deviations of parameters and prevent the development of emergency modes, there are diagnostics technology provides detection and localization of failures in the early stages. Improved diagnosis technology based on the object model of traction induction motor by using the extended Kalman filter that can detect damage to the stator and rotor windings of traction induction motor, for which proposed to use statistical criteria in real time for assessing its effectiveness To automate the decision approach applied mathematical algorithm simulation based on artificial neural networks for diagnostic feature variable speed oscillation induction motor rotor frequency, with which is possible to exercise effective intellectual automatic fault detection when using simple logical principles is not enough. Developed diagnosis methods are expand existing protection technologies including real technical state of asynchronous traction electric drive and allowing to perform timely malfunctions detection and automatic decision-making to prevent further development of emergency operation, thereby increasing efficiency and reliability traction drive operation.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.22.09 – електротранспорт. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2016 р. Дисертація присвячена вирішенню науково-технічної задачі по удосконаленню технології діагностування стану тягового асинхронного електроприводу рухомого складу на основі застосування діагностичних ознак, що свідчили б про настання аварійних режимів, а також розробці технологій, методів та алгоритмів, що дозволили б виявляти та упереджувати подальший розвиток таких режимів. Для виконання досліджень розроблені комп'ютерні математичні імітаційні моделі тягового асинхронного електроприводу, в яких враховуються особливості аварійних режимів в залежності від системи управління, насичення магнітного кола асинхронного двигуна та ін. Виконано експериментальне підтвердження адекватності розроблених імітаційних моделей з реальним тяговим приводом для рухомого складу. На основі розроблених моделей досліджено електромагнітні процеси, що відбуваються в аварійних режимах, що дозволило якісно та кількісно їх оцінити, а також визначити придатні для діагностування характерні ознаки. Розроблено технології діагностування на основі гармонічного аналізу сигналу та на основі математичної моделі об'єкту, проведено комп'ютерну перевірку та підтверджено ефективність роботи таких методів. Для здійснення автоматизації прийняття рішення використано моделювання математичного алгоритму штучних нейромереж.
Thesis for a candidate degree by speciality 05.22.09 – Electric transport. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2016. Dissertation is devoted to solving scientific and technical targets improving technology of diagnosing state for traction asynchronous drive electric rolling stock by detecting abnormally dangerous and emergency modes operation and their identification, which allowed to develop methods for early detection and prevention of drive elements failure when it malfunctions occur, as well as minimizing operational costs. The analysis of existing technologies, techniques and methods for diagnosis and protection traction asynchronous drive showed that the most promising in comparison with the existing protection systems of rolling stock, which operate on the principle of control deviations of parameters and prevent the development of emergency modes, there are diagnostics technology provides detection and localization of failures in the early stages. Improved diagnosis technology based on the object model of traction induction motor by using the extended Kalman filter that can detect damage to the stator and rotor windings of traction induction motor, for which proposed to use statistical criteria in real time for assessing its effectiveness To automate the decision approach applied mathematical algorithm simulation based on artificial neural networks for diagnostic feature variable speed oscillation induction motor rotor frequency, with which is possible to exercise effective intellectual automatic fault detection when using simple logical principles is not enough. Developed diagnosis methods are expand existing protection technologies including real technical state of asynchronous traction electric drive and allowing to perform timely malfunctions detection and automatic decision-making to prevent further development of emergency operation, thereby increasing efficiency and reliability traction drive operation.

The topic of this diploma thesis is a traction drive of electrocar with fuel cell. The drive is supplied with hydrogen fuel cell with power of 2 kW. The traction drive consists of the three-phase DC/AC converter and the asynchronous machine. The main part of this work is a creation of the mathematical model of the traction drive in program Matlab–Simulink.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи" – Харківський Національний Університет Міського Господарства імені О. М. Бекетова, Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут" МОН України, Харків, 2020. Дисертація присвячена вирішенню науково-практичної задачі підвищення ефективності тягового асинхронного електропривода (ТАЕП) з автономним джерелом живлення за критерієм максимізації співвідношення момент-струм (МТРА) за рахунок оптимізації системи керування тяговим асинхронним двигуном (ТАД) з урахуванням зміни підведеної потужності. Розглянуто існуючі підходи до оптимізації з та без урахування впливу характеристики намагнічування ТАД. Серед недоліків підходу до оптимізації за критерієм максимізації ККД наведено, що вона потребують значних стендових випробувань тягового електроприводу. Для подальших досліджень був обраний критерій оптимізації MTPA. Встановлено, що існуючі підходи до оптимізації за критерієм МТРА створювались за умови повного використання автономного інвертора за напругою і не враховують режимів роботи в умовах обмеження потужності ТАД. Розглянуто особливості проведення дослідження роботи ТАЕП (на базі моделювання), що дозволило визначити структуру імітаційної моделі та її необхідні складові. Встановлено, що для більш поглибленого аналізу (на базі моделювання) процесів, що відбуваються у ТАЕП, у тому числі і під час нештатних режимів, необхідні: імітаційна модель електричної та керуючої частини ТАЕП; імітаційна модель механічної частини рухомого складу, включаючи контакт "колесо − рейка"; імітаційна модель профілю колії. Для проведення досліджень, в якості базового зразка було обрано рухомий склад з автономним джерелом живлення – дизель-поїзд ДЕЛ-02. Створення імітаційних моделей ТАЕП, узгоджених з результатами випробувань ТАЕП базового зразка дозволили оцінити адекватність результатів дослідження оптимізованого ТАЕП. Послідовність виконання дослідження реалізовано за наступним алгоритмом: для отримання адекватної моделі ТАЕП досліджена система керування ТАЕП базового зразка; після верифікації імітаційної моделі в системі керування здійснена заміна структури та алгоритму керування ТАЕП, а саме заміна скалярної системи керування на векторну систему, що оптимізована за критерієм МТРА; оцінені результати імітаційного моделювання поїзних режимів оптимізованого ТАЕП. Розроблено імітаційні моделі складових та загальну модель ТАЕП, що адаптована для проведення досліджень за обраними задачами. Імітаційну модель джерела живлення подано спрощеною, оскільки перехідні процеси дизель-генераторної установки мають значно більшу інерційність, ніж процеси розвитку аварійних та нештатних режимів у електричній та механічній частинах ТАЕП. При імітаційному моделюванні системи автономний інвертор напруги – тяговий асинхронний двигуи (АІН – ТАД) проведено перевірку реалізації нелінійності магнітного кола імітаційної моделі ТАД шляхом моделювання досліду холостого ходу для восьми значень лінійної напруги ТАД. Для оцінювання, отримана характеристика холостого ходу порівнювалася з результатами стендових випробувань восьми серійних ТАД типу АД906 (виробництва ДП "ЗАВОД "ЕЛЕКТРОВАЖМАШ"), що дало змогу відобразити статистичне відхилення параметрів діючих зразків ТАД від розрахункових, що не перевищують 5 %. Для підтвердження адекватності загальної моделі ТАЕП було проведено порівняльний аналіз результатів імітаційного моделювання та результатів поїзних випробувань базового зразка при русі зі швидкістю 5 км/год та при розгоні до швидкості 50 км/год по рівній ділянці колії. Встановлено, що відхилення результатів імітаційного моделювання від результатів експерименту за F-критерієм Фішера не перевищують 5 %. При вирішенні задачі синтезу системи керування ТАД, оптимізованої за критерієм МТРА, запропоновані аналітичні вирази обчислення кута положення вектора струму ТАД, значення модуля вектора потокозчеплення ротора ТАД, що враховує зміну величини підведеної потужності. Обґрунтовано вибір способу апроксимації характеристики потокозчеплення ротора ТАД у режимі послаблення поля, отриманий у ході проведення дослідження перехідних процесів у системі АІН – ТАД у режимі послаблення поля. Встановлено, що апроксимація характеристики потокозчеплення тягового двигуна типу АД906 за допомогою лінійної функції призводить до значних відхилень величини потужності двигуна, а саме до рівня 82.6 % від номінальної, що в свою чергу призводить до зниження величини електромагнітного моменту на 20%. Встановлено, що при апроксимації характеристики потокозчеплення складеною функцією з двох лінійних дозволяє зменшити такий ефект, проте на ділянці зламу характеристики мають місце збурення величини споживаної потужності та перевантаження асинхронного двигуна за потужністю на 4 %. Апроксимація характеристики намагнічування за допомогою полінома 4-го порядку не мають таких ефектів, чим і обумовлений вибір способу апроксимації. Встановлено, що без вживанні спеціальних заходів щодо виявлення та припинення надлишкового проковзування у контакті колесо – рейка відбувається розвиток фрикційних коливань, що супроводжуються знакозмінними значеннями електромагнітного моменту ТАД, які перевищують допустимі (1.2 – 1.5 рази). Тому, для ТАЕП запропоновано математичний опис блока корекції та розподілу задання струму ТАД залежно від поточних частот обертання роторів ТАД, що дозволило обмежити прискорення частот обертання, для контролю динаміки руху або створення ефективного захисту від надмірного проковзування колісних пар (боксування, юза). Ефективність роботи такої системи була досліджена при імітаціному моделюванні поїзних режимів роботи при русі по ділянці колії з незадовільними умовами зчеплення колеса з рейкою. Встановлено, що застосування блоку корекції та розподілу струму ТАД виключають надмірне проковзування колісних пар при реалізації граничного за умовами зчеплення тягового зусилля. Розроблено імітаційну модель оптимізованого ТАЕП і встановлено, що використання оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності дає змогу збільшити електромагнітний момент ТАД в залежності від величини обмеження потужності від 2 % до 53 % у режимі пуску, а коефіцієнт потужності на 17.6 %. Таким чином в ході проведеного дослідження показано, що застосування оптимізації за критерієм МТРА з урахуванням величини підведеної до ТАД потужності підвищує ефективність автономного тягового електроприводу.
Thesis for a candidate degree by speciality 05.09.03 – Electrical complexes and systems. – National Technical University "Kharkov Politechnical Institute", Kharkiv, 2020. The dissertation is devoted to solving the scientific and practical problem of increasing the efficiency of traction asynchronous electric drive (TAED) rolling stock with autonomous power supply by the criterion of maximizing the ratio of moment to current (MTPA) by optimizing the control system of asynchronous motor (AM). The existing approaches to optimization with and without taking into account the influence of the magnetization characteristics of AM are considered. Among the disadvantages of the approach to optimization by the criterion of efficiency maximization is that it requires significant bench tests of the traction electric drive. The MTPA optimization criterion was chosen for further research. It is established that the existing approaches to optimization according to the MTPA criterion were created under the condition of full use of the autonomous voltage inverter and do not take into account the operating modes in the conditions of AM power limitation. The peculiarities of the study of TAED (based on modeling) are considered, which allowed to determine the structure of the simulation model and its necessary components. It is established that for a more in-depth analysis (based on modeling) of the processes occurring in TAED, including during non-standard modes, it is necessary: simulation model of the electrical and control part of TAED; simulation model of the mechanical part of the rolling stock, including the contact "wheel – rail"; simulation model of track profile. For research, a rolling stock with an autonomous power supply – a diesel train DEL-02 was chosen as a basic sample. The creation of simulation models of TAED, consistent with the results of TAED tests of the basic sample allowed to assess the adequacy of the results of the study of optimized TAED. The sequence of the study was implemented according to the following algorithm: to obtain an adequate model of TAED, the control system of TAED of the basic sample was investigated; after verification of the simulation model in the control system, the structure and control algorithm of TAED were replaced, namely the replacement of the scalar control system with a vector system optimized by the MTPA criterion; the results of simulation modeling of train modes of optimized TAED are estimated. Simulation models of components and the general model of TAED which is adapted for carrying out researches on the chosen tasks are developed. The simulation model of the power supply is presented in a simplified way, because the transients of the diesel generator set have a much greater inertia than the processes of development of emergency and non-standard modes in the electrical and mechanical parts of TAED. In the simulation of the system autonomous voltage inverter – traction asynchronous motor (AIN – AM), the implementation of the nonlinearity of the magnetic circuit of the simulation model AM was checked by simulating the no-load experiment for eight values of the linear voltage AM. For evaluation, the obtained idling characteristic was compared with the results of bench tests of eight serial AM type AD906 (manufactured by SE "ZAVOD" ELEKTROVAZHMASH"), which allowed to display the statistical deviation of the parameters of existing samples of AM from the estimated not exceeding 5%. To confirm the adequacy of the general model of TAED, a comparative analysis of the simulation results and the results of train tests of the base sample when driving at a speed of 5 km / h and when accelerating to a speed of 50 km / h on a flat section of track. It is established that the deviation of the simulation results from the results of the experiment according to Fisher's F-test does not exceed 5%. When solving the problem of synthesis of AM control system optimized by MTPA criterion, analytical expressions for calculating the angle of position of AM current vector, value of modulus of flux coupling vector of AM rotor, taking into account change of supplied power value are offered. The choice of the method of approximation of the flux coupling characteristic of the AM rotor in the field weakening mode, obtained during the study of transients in the AIN – AM system in the field weakening mode, is substantiated. It is established that the approximation of the flux coupling characteristic of the traction motor type AD906 using a linear function leads to significant deviations of the engine power, namely to the level of 82.6% of the nominal, which in turn reduces the electromagnetic torque by 20%. It is established that when approximating the flux coupling characteristics by a composite function of two linear ones allows to reduce this effect, however, at the fracture site the characteristics disturb the power consumption and overload the induction motor by 4%. Approximation of the magnetization characteristic using a 4th order polynomial does not have such effects as the choice of the approximation method. It is established that without taking special measures to detect and stop excessive slippage in the wheel – rail contact, the development of frictional oscillations is accompanied by alternating values of the electromagnetic moment of AM, which exceed the allowable (1.2 – 1.5 times). Therefore, for TAED the mathematical description of the block of correction and distribution of the AM current depending on current rotational speeds of AM rotors is offered that allowed to limit acceleration of rotational frequencies, for control of dynamics of movement or creation of effective protection against excessive slipping of wheel pairs (boxing, yuz). The efficiency of such a system was studied in the simulation of train modes of operation when moving along the track with unsatisfactory conditions of traction of the wheel with the rail. It is established that the use of the correction and current distribution unit AM excludes excessive slippage of the wheelsets in the implementation of the ultimate in terms of traction. A simulated model of optimized TAED was developed and it was found that the use of optimization according to the MTPA criterion taking into account the amount of power supplied to AM allows to increase the electromagnetic torque of AM depending on the power limit from 2% to 53% in start-up mode and power factor by 17.6%. Thus, in the course of the study it was shown that the use of optimization according to the criterion of MTPA taking into account the amount of power supplied to the AM increases the efficiency of the autonomous traction drive.