Алгоритмы пространственно-векторной модуляции и базовые векторы семифазной обмотки двигателя
Ключевые слова:
пространственно-векторная модуляция, семифазная обмотка двигателя, модули результирующих векторов дискретных состояний, отношения линейных напряжений семифазного двигателя, проекция на плоскость семи вершин куба
Аннотация
В настоящее время область применения электротяги на основе двигателей с вращающимся полем (синхронных и асинхронных) значительно расширяется. Этому способствует прогресс в силовой электронике, микроконтроллерах и информационных технологиях, сформировавший основы технической реализации векторного управления двигателей. Одно из направлений развития современной электротяги — разработка частотно-управляемого электропривода на основе многофазного двигателя с векторным регулятором.
Исследованы особенности семифазной обмотки при реализации алгоритмов пространственной векторной модуляции, а также установлены аналогии между расположением вершин базовых векторов семифазной электромеханической системы и проекций на плоскость семи вершин куба.
Цели работы — доказательство того, что отношения линейных напряжений семифазной обмотки равны модулям результирующих векторов напряжения дискретных состояний (модулям базовых векторов), формирующихся цифровыми кодами преобразователя при реализации алгоритмов пространственно-векторной модуляции, а также поиск закономерностей между расположением вершин базовых векторов семифазной электромеханической системы и расположением проекций на плоскость семи вершин куба.
В теоретических исследованиях применены методы построения базовых векторов на основе их базиса. С помощью тригонометрии получены аналитические выражения базовых векторов (результирующих векторов дискретных состояний). Результаты исследований прошли экспериментальную проверку на стенде, созданном для исследования пространственно-векторной модуляции многофазных двигателей.
Работа представляет интерес для разработчиков электропривода на основе многофазных двигателей (в частности семифазного двигателя с векторным регулятором), а также имеет теоретическую значимость, поскольку установлена взаимосвязь между электротехникой и геометрией.
Литература
1. Electric Vehicles — Analysis — IEA [Электрон. ресурс] URL: https://www.iea.org/reports/electric-vehicles (дата обращения 20.01.2023).
2. Vosswinkel М., Lohner А. Desing of Gearless Wheel Hub Motor for BEV Based on a Switched Reluctance Machine // Proc. EVS30 Symp. Stuttgart, 2017.
3. Vosswinkel M., Lohner A., Platte V., Hirche T. Design, Production and Verification of a Switched-Reluctance Wheel Hub Drive Train for Battery Electric Vehicles // World Electric Vehicle J. 2019. No. 10(4). Pp. 82—98.
4. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС10 (Гранит) с асинхронными тяговыми электродвигателями [Электрон. ресурс] https://www.twirpx.com/search (дата обращения 20.01.2023).
5. Gonzalez-Prieto A. e. a. Symmetrical Six-phase Induction Machines: a Solution for Multiphase Direct Control Strategies // Proc. IEEE Intern. Conf. Industrial Technol. 2021. Pp. 1362—1367.
6. Barrero F., Rodas J. Control of Power Electronics Converters and Electric Motor Drives // Energies. 2021. V. 14(15). P. 4591.
7. Rubino S., Dordevic O., Bojoi R., Levi E. Modular Vector Control of Multi-three-phase Permanent Magnet Synchronous Motors // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2021. V. 68(10). Pp. 9136—9147.
8. Slunjski M., Stiscia O., Jones M., Levi E. General Torque Enhancement Approach for a Nine-phase Surface PMSM with Built-in Fault Tolerance // IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2021. V. 68(8). Pp. 6412—6423.
9. Bermúdez M., Barrero F., Martín C., Perales M. Performance Analysis of Direct Torque Controllers in Five-phase Electrical Drives // Appl. Sci. 2021. V. 11(24). P. 11964.
10. Yepes A.G., Doval-Gandoy J. Overmodulation Method with Adaptive x-y Current Limitation for Five-phase Induction Motor Drives // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2022. V. 69(3). Pp. 2240—2251.
11. Голубев А.Н., Алейников А.В. Алгоритм управления, улучшающий вибросиловые характеристики многофазного магнитоэлектрического электропривода // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2021. № 6. С. 38—44.
12. Алейников А.В., Голубев А.Н. Разработка алгоритма управления, уменьшающего вибрации многофазного синхронного электродвигателя // Актуальные проблемы электроэнергетики: Сб. науч.-техн. статей конф. Нижний Новгород, 2021. С. 69—75.
13. Томасов В.С., Усольцев А.А., Моравец М., Щепанковский П., Стшелецкий Р. Несимметричные режимы в многофазных двигателях и приводах // Электротехника. 2021. № 7. С. 2—12.
14. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Сергеев Н.А., Терешкин В.В. Модули результирующих векторов напряжения дискретных состояний и их связь с величинами линейных напряжений семифазной симметричной обмотки // Вестник МЭИ. 2022. № 3. С. 111—119.
15. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Терешкин В.В. Аппаратно-программный комплекс для исследования пространственно-векторной модуляции напряжения в многофазных двигателях // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (XXI Бенардосовские чтения): Материалы Междунар. науч.-техн. конф. посвященной 140-летию изобретения электросварки Н.Н. Бенардосом. Иваново, 2021. С. 63—68.
16. Многоугольник Петри [Электрон. ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/Многоугольник_Петри (дата обращения 15.02.23).
17. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Сергеев Н.А., Терешкин В.В. Развитие методов фазовой манипуляции выходного напряжения преобразователя применительно к семифазному двигателю // Вестник МЭИ. 2022. № 6. С. 21—29.
---
Для цитирования: Терешкин В.М., Рафиков А.М., Гришин Д.А., Баландин С.П., Терешкин В.В. Алгоритмы пространственно-векторной модуляции и базовые векторы семифазной обмотки двигателя // Вестник МЭИ. 2023. № 6. С. 41—50. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-41-50
#
1. Electric Vehicles — Analysis — IEA [Elektron. Resurs] URL: https://www.iea.org/reports/electric-vehicles (Data Obrashcheniya 20.01.2023).
2. Vosswinkel M., Lohner A. Desing of Gearless Wheel Hub Motor for BEV Based on a Switched Reluctance Machine. Proc. EVS30 Symp. Stuttgart, 2017.
3. Vosswinkel M., Lohner A., Platte V., Hirche T. Design, Production and Verification of a Switched-Reluctance Wheel Hub Drive Train for Battery Electric Vehicles. World Electric Vehicle J. 2019;10(4):82—98.
4. Elektrovoz Gruzovoy Postoyannogo Toka 2ES10 (Granit) s Asinkhronnymi Tyagovymi Elektrodvigatelyami [Elektron. Resurs] https://www.twirpx.com/search (Data Obrashcheniya 20.01.2023). (in Russian).
5. Gonzalez-Prieto A. e. a. Symmetrical Six-phase Induction Machines: a Solution for Multiphase Direct Control Strategies. Proc. IEEE Intern. Conf. Industrial Technol. 2021:1362—1367.
6. Barrero F., Rodas J. Control of Power Electronics Converters and Electric Motor Drives. Energies. 2021;14(15):4591.
7. Rubino S., Dordevic O., Bojoi R., Levi E. Modular Vector Control of Multi-three-phase Permanent Magnet Synchronous Motors. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2021;68(10):9136—9147.
8. Slunjski M., Stiscia O., Jones M., Levi E. General Torque Enhancement Approach for a Nine-phase Surface PMSM with Built-in Fault Tolerance. IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2021;68(8):6412—6423.
9. Bermúdez M., Barrero F., Martín C., Perales M. Performance Analysis of Direct Torque Controllers in Five-phase Electrical Drives. Appl. Sci. 2021;11(24):11964.
10. Yepes A.G., Doval-Gandoy J. Overmodulation Method with Adaptive x-y Current Limitation for Five-phase Induction Motor Drives. IEEE Trans. Industrial Electronics. 2022;69(3):2240—2251.
11. Golubev A.N., Aleynikov A.V. Algoritm Upravleniya, Uluchshayushchiy Vibrosilovye Kharakteristiki Mnogofaznogo Magnitoelektricheskogo Elektroprivoda. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2021;6:38—44. (in Russian).
12. Aleynikov A.V., Golubev A.N. Razrabotka Algoritma Upravleniya, Umen'shayushchego Vibratsii Mnogofaznogo Sinkhronnogo Elektrodvigatelya. Aktual'nye Problemy Elektroenergetiki: Sb. Nauch.-tekhn. Statey Konf. Nizhniy Novgorod, 2021:69—75. (in Russian).
13. Tomasov V.S., Usol'tsev A.A., Moravets M., Shchepankovskiy P., Stsheletskiy R. Nesimmetrichnye Rezhimy v Mnogofaznykh Dvigatelyakh i Privodakh. Elektrotekhnika. 2021;7:2—12. (in Russian).
14. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Sergeev N.A., Tereshkin V.V. Moduli Rezul'tiruyushchikh Vektorov Napryazheniya Diskretnykh Sostoyaniy i Ikh Svyaz' s Velichinami Lineynykh Napryazheniy Semifaznoy Simmetrichnoy Obmotki. Vestnik MEI. 2022;3:111—119. (in Russian).
15. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Tereshkin V.V. Apparatno-programmnyy Kompleks dlya Issledovaniya Prostranstvenno-vektornoy Modulyatsii Napryazheniya v Mnogofaznykh Dvigatelyakh. Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya Elektro- i Teplotekhnologii (XXI Benardosovskie Chteniya): Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Posvyashchennoy 140-letiyu Izobreteniya Elektrosvarki N.N. Benardosom. Ivanovo, 2021:63—68. (in Russian).
16. Mnogougol'nik Petri [Elektron. Resurs] https://ru.wikipedia.org/wiki/Mnogougol'nik_Petri (Data Obrashcheniya 15.02.23). (in Russian).
17. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Sergeev N.A., Tereshkin V.V. Razvitie Metodov Fazovoy Manipulyatsii Vykhodnogo Napryazheniya Preobrazovatelya Primenitel'no k Semifaznomu Dvigatelyu. Vestnik MEI. 2022;6:21—29. (in Russian)
---
For citation: Tereshkin V.M., Rafikov A.M., Grishin D.A., Balandin S.P., Tereshkin V.V. Space-vector Modulation Algorithms and Base Vectors of a Seven-phase Motor Winding. Bulletin of MPEI. 2023;6:41—50. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-41-50
2. Vosswinkel М., Lohner А. Desing of Gearless Wheel Hub Motor for BEV Based on a Switched Reluctance Machine // Proc. EVS30 Symp. Stuttgart, 2017.
3. Vosswinkel M., Lohner A., Platte V., Hirche T. Design, Production and Verification of a Switched-Reluctance Wheel Hub Drive Train for Battery Electric Vehicles // World Electric Vehicle J. 2019. No. 10(4). Pp. 82—98.
4. Электровоз грузовой постоянного тока 2ЭС10 (Гранит) с асинхронными тяговыми электродвигателями [Электрон. ресурс] https://www.twirpx.com/search (дата обращения 20.01.2023).
5. Gonzalez-Prieto A. e. a. Symmetrical Six-phase Induction Machines: a Solution for Multiphase Direct Control Strategies // Proc. IEEE Intern. Conf. Industrial Technol. 2021. Pp. 1362—1367.
6. Barrero F., Rodas J. Control of Power Electronics Converters and Electric Motor Drives // Energies. 2021. V. 14(15). P. 4591.
7. Rubino S., Dordevic O., Bojoi R., Levi E. Modular Vector Control of Multi-three-phase Permanent Magnet Synchronous Motors // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2021. V. 68(10). Pp. 9136—9147.
8. Slunjski M., Stiscia O., Jones M., Levi E. General Torque Enhancement Approach for a Nine-phase Surface PMSM with Built-in Fault Tolerance // IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2021. V. 68(8). Pp. 6412—6423.
9. Bermúdez M., Barrero F., Martín C., Perales M. Performance Analysis of Direct Torque Controllers in Five-phase Electrical Drives // Appl. Sci. 2021. V. 11(24). P. 11964.
10. Yepes A.G., Doval-Gandoy J. Overmodulation Method with Adaptive x-y Current Limitation for Five-phase Induction Motor Drives // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2022. V. 69(3). Pp. 2240—2251.
11. Голубев А.Н., Алейников А.В. Алгоритм управления, улучшающий вибросиловые характеристики многофазного магнитоэлектрического электропривода // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2021. № 6. С. 38—44.
12. Алейников А.В., Голубев А.Н. Разработка алгоритма управления, уменьшающего вибрации многофазного синхронного электродвигателя // Актуальные проблемы электроэнергетики: Сб. науч.-техн. статей конф. Нижний Новгород, 2021. С. 69—75.
13. Томасов В.С., Усольцев А.А., Моравец М., Щепанковский П., Стшелецкий Р. Несимметричные режимы в многофазных двигателях и приводах // Электротехника. 2021. № 7. С. 2—12.
14. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Сергеев Н.А., Терешкин В.В. Модули результирующих векторов напряжения дискретных состояний и их связь с величинами линейных напряжений семифазной симметричной обмотки // Вестник МЭИ. 2022. № 3. С. 111—119.
15. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Терешкин В.В. Аппаратно-программный комплекс для исследования пространственно-векторной модуляции напряжения в многофазных двигателях // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (XXI Бенардосовские чтения): Материалы Междунар. науч.-техн. конф. посвященной 140-летию изобретения электросварки Н.Н. Бенардосом. Иваново, 2021. С. 63—68.
16. Многоугольник Петри [Электрон. ресурс] https://ru.wikipedia.org/wiki/Многоугольник_Петри (дата обращения 15.02.23).
17. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Сергеев Н.А., Терешкин В.В. Развитие методов фазовой манипуляции выходного напряжения преобразователя применительно к семифазному двигателю // Вестник МЭИ. 2022. № 6. С. 21—29.
---
Для цитирования: Терешкин В.М., Рафиков А.М., Гришин Д.А., Баландин С.П., Терешкин В.В. Алгоритмы пространственно-векторной модуляции и базовые векторы семифазной обмотки двигателя // Вестник МЭИ. 2023. № 6. С. 41—50. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-41-50
#
1. Electric Vehicles — Analysis — IEA [Elektron. Resurs] URL: https://www.iea.org/reports/electric-vehicles (Data Obrashcheniya 20.01.2023).
2. Vosswinkel M., Lohner A. Desing of Gearless Wheel Hub Motor for BEV Based on a Switched Reluctance Machine. Proc. EVS30 Symp. Stuttgart, 2017.
3. Vosswinkel M., Lohner A., Platte V., Hirche T. Design, Production and Verification of a Switched-Reluctance Wheel Hub Drive Train for Battery Electric Vehicles. World Electric Vehicle J. 2019;10(4):82—98.
4. Elektrovoz Gruzovoy Postoyannogo Toka 2ES10 (Granit) s Asinkhronnymi Tyagovymi Elektrodvigatelyami [Elektron. Resurs] https://www.twirpx.com/search (Data Obrashcheniya 20.01.2023). (in Russian).
5. Gonzalez-Prieto A. e. a. Symmetrical Six-phase Induction Machines: a Solution for Multiphase Direct Control Strategies. Proc. IEEE Intern. Conf. Industrial Technol. 2021:1362—1367.
6. Barrero F., Rodas J. Control of Power Electronics Converters and Electric Motor Drives. Energies. 2021;14(15):4591.
7. Rubino S., Dordevic O., Bojoi R., Levi E. Modular Vector Control of Multi-three-phase Permanent Magnet Synchronous Motors. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2021;68(10):9136—9147.
8. Slunjski M., Stiscia O., Jones M., Levi E. General Torque Enhancement Approach for a Nine-phase Surface PMSM with Built-in Fault Tolerance. IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2021;68(8):6412—6423.
9. Bermúdez M., Barrero F., Martín C., Perales M. Performance Analysis of Direct Torque Controllers in Five-phase Electrical Drives. Appl. Sci. 2021;11(24):11964.
10. Yepes A.G., Doval-Gandoy J. Overmodulation Method with Adaptive x-y Current Limitation for Five-phase Induction Motor Drives. IEEE Trans. Industrial Electronics. 2022;69(3):2240—2251.
11. Golubev A.N., Aleynikov A.V. Algoritm Upravleniya, Uluchshayushchiy Vibrosilovye Kharakteristiki Mnogofaznogo Magnitoelektricheskogo Elektroprivoda. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2021;6:38—44. (in Russian).
12. Aleynikov A.V., Golubev A.N. Razrabotka Algoritma Upravleniya, Umen'shayushchego Vibratsii Mnogofaznogo Sinkhronnogo Elektrodvigatelya. Aktual'nye Problemy Elektroenergetiki: Sb. Nauch.-tekhn. Statey Konf. Nizhniy Novgorod, 2021:69—75. (in Russian).
13. Tomasov V.S., Usol'tsev A.A., Moravets M., Shchepankovskiy P., Stsheletskiy R. Nesimmetrichnye Rezhimy v Mnogofaznykh Dvigatelyakh i Privodakh. Elektrotekhnika. 2021;7:2—12. (in Russian).
14. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Sergeev N.A., Tereshkin V.V. Moduli Rezul'tiruyushchikh Vektorov Napryazheniya Diskretnykh Sostoyaniy i Ikh Svyaz' s Velichinami Lineynykh Napryazheniy Semifaznoy Simmetrichnoy Obmotki. Vestnik MEI. 2022;3:111—119. (in Russian).
15. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Tereshkin V.V. Apparatno-programmnyy Kompleks dlya Issledovaniya Prostranstvenno-vektornoy Modulyatsii Napryazheniya v Mnogofaznykh Dvigatelyakh. Sostoyanie i Perspektivy Razvitiya Elektro- i Teplotekhnologii (XXI Benardosovskie Chteniya): Materialy Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Posvyashchennoy 140-letiyu Izobreteniya Elektrosvarki N.N. Benardosom. Ivanovo, 2021:63—68. (in Russian).
16. Mnogougol'nik Petri [Elektron. Resurs] https://ru.wikipedia.org/wiki/Mnogougol'nik_Petri (Data Obrashcheniya 15.02.23). (in Russian).
17. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Sergeev N.A., Tereshkin V.V. Razvitie Metodov Fazovoy Manipulyatsii Vykhodnogo Napryazheniya Preobrazovatelya Primenitel'no k Semifaznomu Dvigatelyu. Vestnik MEI. 2022;6:21—29. (in Russian)
---
For citation: Tereshkin V.M., Rafikov A.M., Grishin D.A., Balandin S.P., Tereshkin V.V. Space-vector Modulation Algorithms and Base Vectors of a Seven-phase Motor Winding. Bulletin of MPEI. 2023;6:41—50. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-6-41-50
Опубликован
2023-09-05
Выпуск
Раздел
Электротехнические комплексы и системы (технические науки) (2.4.2)
