Combined control of multiple power converters in a single control unit
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-12-27
Department
Major/Subject
Control, Robotics and Autonomous Systems
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Automation and Electrical Engineering
Language
en
Pages
68
Series
Abstract
Variable frequency drives, which are used for example for motor control, consist of multiple power converters that are used to modify the amplitudes and frequencies of current and voltage as desired. These converters are controlled with software that is responsible not only for calculations related to the control-algorithms, but also to safety, supervision, diagnostics and communication between devices in the system. Typically, embedded devices, which in thesis are referred to as control units, are used to execute the control software. This thesis examines the potential for combined control of multiple converters in a single control unit in ABB’s ACS880 product family. The aim of the thesis is to identify what benefits could be achieved with a combined control structure, as well as identify what changes would be necessary to the current structure where each converter is individually controlled with its own control unit. Based on the investigation, it was found that a combined control structure could reduce the drives’ manufacturing costs, remove communication delays between parts of the system and allow displaying more comprehensive status information to the users. On the other hand, technical challenges were also identified, related to, for example, the physical interfaces of the control units and the structure of the control software. Different approaches were compared and analyzed based on these findings, for example from the point of view of multiprocessing. Ultimately, both the upsides and downsides depend on the design decisions that are made, and this thesis offers a tool for the client organization for making these decisions.Muun muassa moottoriohjauksessa käytettävät taajuusmuuttajat koostuvat useista suuntaajista, joiden avulla virran ja jännitteen amplitudeja sekä taajuuksia muokataan halutunlaisesti. Näiden suuntaajien toimintaa ohjataan ohjelmistoilla, jotka vastaavat säätöalgoritmien kannalta tärkeiden laskutoimitusten suorittamistesta, mutta myös muista tehtävistä liittyen esimerkiksi turvallisuuteen, valvontaan, diagnostiikkaan sekä järjestelmän eri laitteiden väliseen kommunikaatioon. Näiden ohjelmistojen suorittamiseen käytetään tavallisesti sulautettuja järjestelmiä, joita tässä työssä kutsutaan ohjauskorteiksi. Tässä diplomityössä tutkitaan useamman kuin yhden suuntaajan ohjaamista yhdellä ohjauskortilla ABB:n ACS880 tuoteperheessä. Työn tavoitteena on selvittää mitä hyötyjä yhdistetyllä ohjausrakenteella voitaisiin saavuttaa, sekä mitä muutoksia sellaiseen siirtyminen edellyttäisi nykyisestä rakenteesta, jossa jokaista suuntaajaa ohjataan omalla ohjauskortillaan. Työssä suoritetun selvitystyön perusteella havaittiin, että useamman ohjelmiston yhdistäminen yhdelle ohjauskortille voisi muun muassa pienentää laitteiden valmistuskustannuksia, poistaa kommunikointiviiveitä laitteen osien väliltä, sekä mahdollistaa kattavamman tilannetiedon näyttämisen käyttäjälle. Toisaalta havaittiin myös mahdollista siirtymää vaikeuttavia teknisiä haasteita, muun muassa liittyen ohjauskorttien fyysisiin liitäntöihin sekä ohjelmistojen rakenteeseen. Näiden löydösten perusteella erilaisia toteutustapoja vertailtiin muun muassa moniprosessoinnin näkökulmasta. Lopulliset hyödyt ja haitat riippuvat päätöksistä joita mahdollisen toteutuksen suhteen tehdään, ja tämä työ tarjoaa työkalun näiden päätösten tueksi asiakasorganisaatiossa.Description
Supervisor
Hinkkanen, MarkoThesis advisor
Pekkarinen, IlkkaKeywords
variable frequency drive, embedded systems, multiprocessing, power converter, embedded software, industrial control systems