Controlling the dynamic outputs of electrical machines has always been an essential topic in aerospace, automotive and other industries. Electrical machine control consists of several components, each of which can be controlled in various ways. Whereas the dynamic responses are mostly simulated using MATLAB/SIMULINK, Prof. Marko Hinkkanen from Aalto University has launched a project for the development of an open-source simulator called ’Motulator’, based on Python. In this thesis, we focus on developing modulation methods and related functions for the inverter in ’Motulator’ based on an existing model of a Permanent Magnet Electrical Machine (PMSM). First, the two-level and three-level inverters with the Space Vector Modulation (SVPWM) method are developed. The dynamic output performance improves significantly compared to Sinusoidal Pulse-Width Modulation (SPWM). In addition, operation under the over-modulation mode for both inverters is implemented to improve the DC-bus voltage utilisation further, allowing higher torques and speeds. The problem of neutral point voltage imbalance is solved for the three-level inverter, ensuring the difference voltage between upper and lower capacitors to fluctuate around 0. Finally, a harmonic analysis tool based on the non-uniform Fourier transform is established.

Styrning och reglering av elektriska maskiners dynamik har alltid varit ett viktigt ämne inom flyg- och bilindustrin men även för andra tillämpningar. Regleringen av elektriska maskiner består av flera delar som var och en kan styras på olika sätt. De dynamiska förhållandena simuleras vanligen i MATLAB/SIMULINK. För att inte vara beroende av kommersiell programvara har Professor Marko Hinkkanen från Aalto universitetet lanserat en simulator med öppen källkod, baserad på Python, kallad ’Motulator’. Examensarbetet fokuserar vi på att utveckla moduleringsmetoder och relaterade funktioner för växelriktaren i ’Motulator’, baserat på en befintlig modell av en permanentmagnetiserad synkronmaskin (PMSM). Först utvecklas två- och trenivåomriktare med ”Space Vector Modulation” (SVPWM). Drivsystemets dynamisk prestanda förbättras därvid avsevärt i jämförelse med Sinus-pulsbreddsstryning (Sinusoidal-PWM). Övermodulering har implementerats för båda växelriktarna i avseende att ytterligare förbättra DC-bussens spänningsutnyttjande, vilket möjliggör högre vridmoment och varvtal. Problemet med nollpunktsspänningens obalans är löst för trenivåomriktaren, vilket säkerställer att skillnadsspänningen mellan de övre och nedre kondensatorerna fluktuerar runt 0. Slutligen har ett verktyg utvecklats i syfte att analysera övertoner, baserat på en olikformig Fouriertransform.