SVPWM-baserad aktiv filtreringsstyrning av dual-invertermatad induktionsmotor med öppna lindningsändar för dämpning av harmoniska störningar

Varför renare motorer är viktiga

Elmotorer driver tyst fabriksband, pumpar, fläktar och även vissa elfordon. För att styra deras hastighet effektivt använder industrin elektroniska drivsystem som snabbt växlar strömmen. Denna växling spar energi men fördärvar också de elektriska vågformerna som matar motorn, vilket ger oönskade vibrationer, buller och extra uppvärmning. Artikeln bakom denna text undersöker ett nytt sätt att dämpa dessa elektriska ”ojämnheter” utan att lägga till mer skrymmande hårdvara, med löfte om mjukare, mer långlivade motorsystem och bättre användning av elektrisk energi.

Problemet med ojämn elektricitet

Modern effekt­elektronik omvandlar stabil elektricitet till snabba, avkapade pulser som sedan formas till vågor för motorn. I idealfallet vore dessa vågor helt släta, men i verkligheten innehåller de extra fluktuationer kända som harmoniska komponenter. I ett industridriv visar sig dessa harmoniska som förvrängda spänningar och strömmar. För motorn innebär det ryckig vridmoment, extra mekanisk belastning på axlar och lager, hörbar vinande ton och bortkastad energi i form av värme. Traditionella åtgärder inkluderar passiva filter av spolar och kondensatorer eller mer komplexa flernivåomriktare, vilka båda ökar kostnad, volym och designkomplexitet.

Ett annat sätt att koppla motorn

Studien fokuserar på en speciell motoruppbyggnad kallad induktionsmotor med öppna lindningsändar. Istället för att sammanbinda de tre statorlindningarna vid en sluten neutralpunkt, tas båda ändarna av varje lindning ut för anslutning. Detta gör det möjligt för ingenjörer att mata motorn från två separata elektroniska omriktare, en på vardera sidan. När båda är konventionella tvånivåomriktare upplever motorn i praktiken en tre­nivåspänning, vilket förbättrar effektkvaliteten jämfört med ett enkelt driv. Tidigare arbete använde denna dubbelomriktararkitektur främst för att dela effekt och öka spänningsförmågan. Det nya arbetet tänker om rollerna för de två omriktarna och gör en av dem till en aktiv ”renoverings”-enhet.

Låt en omriktare göra jobbet, den andra göra renarbetet

I den föreslagna lösningen levererar den första omriktaren nästan all aktiv effekt till motorn, med en effektiv styrmetod kallad space‑vector‑modulation för att generera huvudens trefasspänning. Den andra omriktaren, i stället för att mata från egen källa, byggs kring en flytande kondensator och styrs uteslutande som ett seriekopplat aktivt filter. Nyckelidén är att mäta vad primäromriktaren faktiskt producerar, separera ut den släta fundamentala delen av den spänningen och betrakta allt som blir kvar som oönskad förvrängning. Den sekundära omriktaren kommenderas sedan att producera en spänning som efterliknar just denna förvrängningskomponent, på så sätt att den subtraheras vid motorns terminaler. Eftersom motorn ”ser” differensen mellan de två omriktarna, avbryter den sekundära i hög grad den primäras förvrängning och lämnar en mycket renare fasspänning och fasström.

Från simulering till verkliga tester

Författarna byggde detaljerade datormodeller av en femhästars induktionsmotor driven av deras dubbelomriktararrangemang och jämförde den med vanliga tre­nivådrifter, inklusive den vida använda neutralpunktsklämda designen. De validerade sedan resultaten på en laboratoriebänk med en verklig motor och hårdvarustyrning. Över ett brett spektrum driftsförhållanden minskade den nya metoden konsekvent den totala mängden förvrängning i motorernas fasspänning. Till exempel, där en konventionell open‑end‑drift gav förvrängningsnivåer runt 11–14 procent, halverade den föreslagna metoden detta ungefär, ner till cirka 5–10 procent beroende på inställningar. Låga och medelhöga ordningars harmoniska, de som främst orsakar vridmomentrippel och buller, undertrycktes särskilt väl.

Vad detta betyder för vardagliga maskiner

För en icke­specialist är huvudbudskapet att författarna funnit ett sätt att få standardindustriella motorer att gå jämnare utan att bygga om motorn eller lägga till tunga filterkomponenter. Genom att smart återanvända en av de två befintliga omriktarna som ett självjusterande filter reducerar systemet den elektriska ojämnheten vid källan. Mjukare spänningar innebär tystare drift, mindre vibrationer och lägre mekaniskt slitage, liksom förbättrad effektivitet och minskad uppvärmning. För fabriker med många varvtalsstyrningar kan sådana förbättringar översättas till längre utrustningslivslängd och lägre driftkostnader, allt med samma grundkomponenter som redan finns i moderna motorsystem.

Citering: Latha, S.N., Egeriose, S.K. & Gopinathan, S. SVPWM based active filtering control of dual inverter fed open-end winding induction motor drive for harmonic mitigation. Sci Rep 16, 14480 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42127-5

Nyckelord: induktionsmotordrifter, harmonisk reduktion, aktiva effektfilter, flernivåomriktare, motoreffektivitet