Control techniques of switched reluctance motors in electric vehicle applications: A review on torque ripple reduction strategies

As electric vehicles (EVs) continue to acquire prominence in the transportation industry, improving the outcomes and efficiency of their propulsion systems is becoming increasingly critical. Switched Reluctance Motors (SRMs) have become a compelling option for EV applications due to their simplicity, magnet-free design, robustness, and cost-effectiveness, making them an attractive choice for the growing EV market. Despite all these features and compared to other electrical machines, SRMs suffer from some restrictions, such as torque ripple and audible noise generation, stemming from their markedly nonlinear characteristics, which affect their productivity and efficiency. Therefore, to address these problems, especially the torque ripple, it is crucial and challenging to enhance the performance of the SRM drive system. This paper proposed a comprehensive review of torque ripple minimization strategies of SRMs in EV applications. It covered a detailed overview and categorized and compared many strategies, including two general categories of torque ripple mitigation encompassing optimization design topologies and control strategy developments. Then, focused on control strategy improvements and divided them into torque and current control strategies, including the sub-sections. In addition, the research also provided an overview of SRM fundamental operations, converter topologies, and excitation angle approaches. Last, a comparison between each method in torque control and current control strategies was listed, including the adopted method, features, and drawbacks

Comparative study of torque ripple minimization techniques for three-phase switched reluctance motors for electric vehicle applications

Orientadores: Ernesto Ruppert Filho, Tárcio André dos Santos BarrosDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: Para a aplicação de máquinas de relutância variável (MRVs) em veículos elétricos, um dos requisitos é a produção de torque com baixo nível de ripple. Máquinas de relutância variável apresentam vantagens como robustez, simplicidade, baixo custo e tolerância a faltas e desvantagens como a produção de alto ripple de torque e ruído acústico. Este trabalho apresenta uma investigação a respeito de técnicas de controle de torque para MRVs para possibilitar a aplicação em veículos elétricos. Os princípios de funcionamento das MRVs são discutidos para explicar a presença das ondulações de torque e entender a produção das perdas elétricas. Em seguida, é apresentado o controle de velocidade para MRVs com ângulos fixos e com ângulos variáveis. Posteriormente, técnicas eletrônicas de controle de torque instantâneo (CTI) e controle de torque médio (CTM) como perfilamento de corrente através de funções de divisão de torque (FDTs), controle direto de torque (CDT), controle direto de torque instantâneo (CDTI) e controle direto de torque médio (CDTM) são apresentadas. É proposta uma nova forma de calcular o fluxo de referência para o CDT visando minimizar as ondulações de torque, bem como a utilização de tabelas de consulta com os ângulos de disparo ótimos para diminuir as ondulações de torque nos métodos CDTI e FDTs. Simulações computacionais foram feitas para verificar os algoritmos de controle. As simulações mostraram que a FDT senoidal retorna um menor nível de ripple de torque em velocidades inferiores a 10 rad/s, entre 10 e 150 rad/s o CDTI apresentou melhor desempenho. Acima desta velocidade o CDTM se sobressaiu. O CDT, mesmo com a referência de fluxo sugerida é competitivo apenas abaixo da velocidade de base. Com os resultados encontrados fica evidente que as MRVs podem ser utilizadas para aplicaçoes que requerem baixo ripple de torque como a tração de veículos elétricos. Uma analise das perdas elétricas é apresentada para pontos abaixo e acima da velocidade de base. O CDTI retorna os maiores níveis de perdas no núcleo para os pontos estudados. O menor índice de perdas ocorre com o uso da FDT exponencial, para operação abaixo da velocidade de base, e com a FDT linear, para operação acima da velocidade de base. O CDT é o método que apresenta os maiores indicadores de perdas elétricas devido ao grande número de chaveamentos. Os resultados auxiliam na escolha do método de controle de conjugado considerando as perdas elétricas de acordo com o método, e demonstram que as MRVs são competitivas às outras máquinas utilizadas na indústria para aplicações que requerem baixo nível de ripple de torque como aplicações em veículos elétricosAbstract: Low torque ripple is one of the requirements for switched reluctance machines (SRMs) application in electric vehicles drives. SRMs present advantages as ruggedness, simplicity, low cost and fault tolerance and disadvantages as high torque ripple and acoustic noise production. The current work presents an investigation regarding torque control techniques to enable electric vehicle drives applications. The SRM working principles are discussed to understand the torque ripple presence and the electric losses production. Then, xed and variable angles speed control are presented. Electronic techniques of instantaneous torque control (ITC) and average torque control (ATC) as current pro ling through torque sharing functions (TSFs), direct torque control (DTC), direct instantaneous torque control (DITC) and direct average torque control (DATC) are presented. A novel variable flux linkage reference for DTC and the use of look up tables with ring angles for TSFs and DITC are proposed. Computational simulations were used to verify the control algorithms. The simulations show that the senoidal TSF return smaller torque ripple bellow 10 rad/s. DITC presents better performance between 10 and 150 rad/s. Above 150 rad/s, DATC excels. Even with the variable flux reference sugested, DTC is competitive only bellow base speed. The results show that SRMs are competitive and can be used in applications that require low torque ripple as electric vehicle drives. An electrical losses analysis is presented for both bellow and above base speed. DITC returns the higher core losses for the studied points. The lower electric losses is returned when the exponential TSF is used for bellow base speed operation and when linear TSF is used for above base speed operation. The higher losses indicators occur when DTC is used. The results assist the choice of the preferred torque control method acording to operation point and considering the electric losses, and demonstrate that SRMs are competitive to other machine topologies used in industry for low torque ripple applications as electric vehicle drivesMestradoEnergia EletricaMestre em Engenharia Elétrica137430/2016-7CNP