Design, implementation, and verification of an FPGA-based control system for a permanent-magnet motor drive built upon a three-phase four-level active-clamped inverter

Abstract

[ANGLÈS] The present work summarizes the work and knowledge acquired by the author during its Master’s Thesis in the Research Group in Power Electronics, GREP. The development is based on the Multilevel Active-Clamped (MAC) power converter prototype, which was initially developed by GREP. Serving as a great introduction to the multilevel converter state-of-the-art, the prototype was tested and it was proved the need for a custom FPGA-based control platform board to drive a PMSM. The design of the board is then performed following the requirements established by the research group and the results obtained from the initial tests. Issues as power decoupling, signal conditioning and grounding strategies are discussed in the following chapters.

[CASTELLÀ] La memoria aquí presentada recoge el trabajo y el conocimiento adquirido por el autor durante la elaboración de su tesis de Máster dentro del Grupo de Investigación en Electrónica de Potencia de la Universidad Politécnica de Cataluña, GREP. El trabajo elaborado se desarrolla en torno al prototipo, previamente desarrollado por los miembros del GREP, de un convertidor de potencia multinivel de tipo MAC (Multilevel Active-Clamped). La familiarización con los últimos avances en conversores multinivel se lleva a cabo mediante la fase de pruebas experimentales con este dispositivo, que a su vez demuestran la necesidad de diseñar una placa controladora específica basada en FPGA para mover un motor de imanes permanentes. Esta placa de control se diseña siguiendo los requisitos establecidos por el GREP y las necesidades surgidas en la fase de experimentación. En los capítulos del trabajo se tratan temas como el desacoplo de la alimentación, acondicionamiento de señales o metodologías de diseño de planos de masa.

[CATALÀ] La memòria aquí presentada recull el treball i el coneixement adquirit per l'autor durant l'elaboració de la seva tesi de Màster dins del Grup de Recerca en Electrònica de Potència de la Universitat Politècnica de Catalunya, GREP. El treball es desenvolupa en torn al prototipus, prèviament desenvolupat pels membres del GREP, d'un convertidor de potència multinivell de tipus MAC (Multilevel Active-Clamped). La familiarització amb els darrers avanços en convertidors multinivell s'ha dut a terme mitjançant la fase de proves experimentals amb aquest prototipus, les quals han demostrat la necessitat de dissenyar una placa controladora específica basada en FPGA per controlar un motor d'imants permanents. Aquesta placa de control s'ha dissenyat seguint els requisits establerts pel GREP i les necessitats aparegudes en la fase d'experimentació. En els capítols del treball es tracten temes com el desacoblament de l'alimentació, condicionament de senyals o metodologies de disseny de plans de massa.