Improved Three-Phase Integrated Charger Converter Connected to Single-Phase Grid With Torque Cancellation

Abstract

Although there is a growing interest in developing fast charging methods to enhance the Electric Vehicles' appeal, the main energy supply is still the single-phase outlet. While single-phase charging may be simpler than three-phase, there are challenges in the integration of the propulsion and charging systems without adding inductive grid filters. Such integration would bring benefits like the simplification and reduction of components, costs, volume or weight. This can be achieved by using the windings of the propulsion machine as grid filters, but the use of the electric motor as a grid inductive filter leads to the generation of pulsating torque during the charging state. This translates into vibration, noise and eventually, damage to the motor and other components of the system. In this work, the authors propose a control strategy that considerably reduces the peaks of pulsating torque generated in any rotor position while using the machine wingdings as filter. Simulation tests have been carried out to validate the control strategy, taking into account the system efficiency. Finally, experiments are conducted to prove that the reduction of the torque pulsation is achieved.

Aunque existe un interés creciente en desarrollar métodos de carga rápida para mejorar el atractivo de los vehículos eléctricos, el principal suministro de energía sigue siendo la toma monofásica. Si bien la carga monofásica puede ser más simple que la trifásica, existen desafíos en la integración de los sistemas de propulsión y carga sin agregar filtros de red inductivos. Esta integración traería beneficios como la simplificación y reducción de componentes, costes, volumen o peso. Esto se puede lograr utilizando los devanados de la máquina propulsora como filtros de rejilla, pero el uso del motor eléctrico como filtro inductivo de rejilla conduce a la generación de un par pulsante durante el estado de carga. Esto se traduce en vibraciones, ruidos y eventualmente, Daños al motor y otros componentes del sistema. En este trabajo, los autores proponen una estrategia de control que reduce considerablemente los picos de par pulsante generados en cualquier posición del rotor utilizando las alas de la máquina como filtro. Se han realizado pruebas de simulación para validar la estrategia de control, teniendo en cuenta la eficiencia del sistema. Finalmente, se realizan experimentos para demostrar que la reducción de la Se logra la pulsación de par.