Неполнофазные алгоритмы широтно-импульсной модуляции трехфазных напряжений в системах частотного управления электроприводами

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Цель. Анализ неполнофазных алгоритмов широтно-импульсной модуляции трехфазных напряжений при частотном управлении электроприводами по критерию числа коммутаций ключей преобразователя частоты.

Материалы и методы. Для исследования процессов широтно-импульсной модуляции при частотном управлении электроприводами использованы методы теории электрических цепей. Предложенные алгоритмы иллюстрируются рисунками и могут быть реализованы в программной среде матричной лаборатории.

Результаты. Рассмотрен процесс широтно-импульсной модуляции в системах частотного управления электроприводами. Установлено, что для минимизации числа коммутаций ключей преобразователя частоты целесообразно применение неполнофазных алгоритмов широтно-импульсной модуляции. Проанализированы возможные функции предмодуляции, включая алгоритмы широтно-импульсной модуляции с равномерным и неравномерным распределением потерь энергии в ключах. Получены аналитические модели функций предмодуляции для алгоритмов широтно-импульсной модуляции с включением нижних ключей полумостов преобразователя, а также с чередованием включения их верхних и нижних ключей.

Заключение. Результаты могут быть использованы при разработке алгоритмов управления преобразователями частоты в системах асинхронного электропривода.

Об авторах

Александр Васильевич Саушев

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова

Автор, ответственный за переписку.
Email: saushev@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-2657-9500
SPIN-код: 9692-8603

доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Электропривод и электрооборудования береговых установок»

Россия, Санкт-Петербург

Игорь Владимирович Белоусов

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова

Email: igor5.spb@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9754-1318
SPIN-код: 9055-5945

доцент кафедры «Электропривод и электрооборудования береговых установок»

Россия, Санкт-Петербург

Елена Владимировна Бова

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова

Email: elena.bova2015@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-3677-3075
SPIN-код: 6074-8082

доцент кафедры «Электропривод и электрооборудования береговых установок»

Россия, Санкт-Петербург

Алексей Юрьевич Румянцев

Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова

Email: stehnika@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9080-515X
SPIN-код: 1239-5936

кандидат технических наук, доцент кафедры «Электропривод и электрооборудования береговых установок»

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Madhavi R, Harinath C. Investigation of various space vector pwm techniques for inverter. International Journal of Engineering Research and Management (IJERM). 2014;1(7):162–165. [cited: 09.03.2023] Available from: https://www.ijerm.com/download_data/IJERM0110071.pdf
  2. Klimov V. Chastotno-energeticheskie parametry shim-invertorov sistem bespereboinogo pitaniya. Silovaya elektronika. 2009;22:66–71. (In Russ.) [cited: 09.03.2023] Available from: https://power-e.ru/wp-content/uploads/2009_4_66.pdf
  3. Hava AM, Çetin NO. A Generalized Scalar PWM Approach with Easy Implementation Features for Three-Phase, Three-Wire Voltage-Source Inverters. IEEE Transactions on Power Electronics. 2010;26(5):1385–1395. doi: 10.1109/TPEL.2010.2081689
  4. Dmitriev BF, Galushin SYa, Likhomanov AM, Rozov AYu. Trekhfaznaya sinusoidal’naya modifitsirovannaya shirotno-impul’snaya modulyatsiya pervogo roda v avtonomnykh invertorakh. Morskoi vestnik. 2017;1(61):S. 69–72. (In Russ.) [cited: 09.03.2023] Available from: http://morvest.ru/Full%20articles/MV-61_to%20Web.pdf
  5. Mao X, Ayyanar R, Krishnamurthy HK. Optimal variable switching frequency scheme for reducing switching loss in single-phase inverters based on time-domain ripple analysis. IEEE Transactions on Power Electronics. 2009;24(4):991–1001. doi: 10.1109/TPEL.2008.2009635
  6. Bulatov OG, Oleshchuk VI. Avtonomnye tiristornye invertory s uluchshennoi formoi vykhodnogo napryazheniya. Kishinev: Shtiintsa, 1980. (In Russ.)
  7. Gus’kov VO, Lavin AV. Sravnitel’nyi analiz matematicheskikh opisanii i metodov shirotno-impul’snoi modulyatsii. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Morskaya tekhnika i tekhnologiya. 2023;3:74–81. (In Russ.) doi: 10.24143/2073-1574-2023-3-74-81
  8. Hava AM, Kerkman RJ, Lipo TA. A High Performance Generalized Discontinuous PWM Algorithm. IEEE Transactions on Industry applications. 1998;34(5):1059–1071. doi: 10.1109/28.720446
  9. Orlov YuI, Petrenko YuN. A search algorithm for optimizing the output voltage of an inverter. Technical electrodynamics. 1986;4:50–57.
  10. Tan G, Deng Q, Liu Z. An optimized SVPWM strategy for five-level active NPC (5L-ANPC) converter. IEEE Transactions on power electronics. 2013;29(1):386–395. doi: 10.1109/TPEL.2013.2248172
  11. Tomasov VS, Usol’tsev AA, Vertegel DA, Denisov KM. Issledovanie pul’satsii elektromagnitnogo momenta v pretsizionnom servoprivode pri sinusoidal’noi shirotno-impul’snoi modulyatsii. Nauchno-tekhnicheskii vestnik informatsionnykh tekhnologii, mekhaniki i optiki. 2019;19(2):359–368. (In Russ.) doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-2-359-368
  12. Belousov IV, Samoseiko VF, Saushev AV. Assessment of filtering properties of asynchronous electric drive with pulse width modulation. E3S Web of Conferences. 2022;363:1–8. doi: 10.1051/e3sconf/202236301025
  13. Hava AM, Çetin NO. A Generalized Scalar PWM Approach with Easy Implementation Features for Three-Phase, Three-Wire Voltage-Source Inverters. IEEE Transactions on Power Electronics. 2011;26(5):1385–1395. doi: 10.1109/TPEL.2010.2081689
  14. Bakhovtsev IA, Zinoviev GS. Generalized analysis of the output energy of multiphase multilevel voltage inverters with pulse-width modulation. Electricity. 2016;4:26–33. EDN: WALPQZ
  15. Chaplygin EE, Khukhtikov SV. Pulse width modulation with passive phase in three-phase voltage inverters. Electricity. 2011;5:53–61. EDN: NRBWQP
  16. Nayeemuddin M, Rao C. Space Vector Based High Performance Discontinuous Pulse Width Modulation Algorithms for VSI Fed AC Drive. Innovative Systems Design and Engineering (IJSR). 2016;5(7):203–208. [cited: 09.03.2023] Available from: https://www.ijsr.net/archive/v5i7/NOV164785.pdf
  17. Anuchin AS, Gulyaeva MA, Shpak DM, et al. Minimization and redistribution of switching losses in a voltage inverter using a pulse width modulation algorithm with prediction. Bulletin of the MEI. 2019;1:79–85. doi: 10.24160/1993-6982-2019-1-79-85

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Иллюстрация широтно-импульсной модуляции напряжения

Скачать (125KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Графики модулирующих функций потенциалов полумоста γA и нулевой потенциальной функции γ₀ с функцией предмодуляции: а) g₀H ; b) g₀L 

Скачать (157KB)
Метаданные
4. Рис. 3. График булевой переменной x₀(β), определяющей чередование включенного состояния верхних и нижних ключей

Скачать (174KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Графики: a) модулирующих функции ключей полумостов и b) их функция предмодуляции g₀(0), обеспечивающая минимальное число коммутаций ключей

Скачать (147KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Графики: a) модулирующей функции ключей полумоста A и b) функции предмодуляции g₀(f */12), обеспечивающая минимальное число коммутаций ключей

Скачать (128KB)
Метаданные
7. Рис. 6. График зависимости G(β) при синусоидальных модулирующих функциях фазных напряжений

Скачать (111KB)
Метаданные

© Саушев А.В., Белоусов И.В., Бова Е.В., Румянцев А.Ю., 2024

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).