Влияние числа фаз двигателя на коэффициент использования по напряжению в режиме синусной широтно-импульсной модуляции
Ключевые слова:
многофазная обмотка двигателя, цифровая система управления, синусная широтно-импульсная модуляция, коэффициент использования по напряжению
Аннотация
Исследование предполагаемых преимуществ электропривода на основе многофазного двигателя с числом фаз более трех, например, на базе пяти- или семифазного двигателей, представляет теоретический и практический интерес.
В настоящее время в электротяге применяют трехфазные двигатели с использованием цифровых систем управления на основе микроконтроллеров, реализующих методы векторного управления. Режим синусной широтно-импульсной модуляции (SPWM) — один из составляющих общего процесса векторного управления.
Режим синусной широтно-импульсной модуляции (ШИМ) пяти- или семифазного напряжения более эффективен по сравнению с синусной ШИМ трехфазного напряжения из-за возрастания коэффициента использования по напряжению преобразователя. Цель работы — теоретическое подтверждение того, что с увеличением количества фаз двигателя при реализации синусной модуляции коэффициент использования по напряжению в электротяге возрастает.
В работе использован математический аппарат векторного анализа и метод разложения функций в ряд Фурье.
Результаты исследований могут найти применение при разработке цифровой системы управления, реализующей векторное управления, например, пяти- или семифазного двигателей.
Литература
1. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. Иваново: Изд-во Ивановского гос. энергетического ун-та им. В.И. Ленина, 2008.
2. Виноградов А.Б., Колодин И.Ю. Бездатчиковый асинхронный электропривод с адаптивно-векторной системой управления // Электричество. 2007. № 2. С. 44—50.
3. Козярук А.Е. Современные эффективные электроприводы производственных и транспортных механизмов // Электротехника. 2019. № 3. С. 33—37.
4. Томасов В.С., Усольцев А.А., Вертегел Д.А., Денисов К.М. Исследование пульсаций электромагнитного момента в прецизионном сервоприводе при синусоидальной широтно-импульсной модуляции // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 2. С. 359—368. DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-2-359-368.
5. Electric Vehicles — Analysis — IEA [Электрон ресурс] https://www.iea.org/reports/electric-vehicles (дата обращения 28.06.2023).
6. Голубев А.Н., Алейников А.В. Алгоритм управления, улучшающий вибросиловые характеристики многофазного магнитоэлектрического электропривода // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. им. В.И. Ленина. 2021. № 6. С. 38—44.
7. Алейников А.В., Голубев А.Н. Разработка алгоритма управления, уменьшающего вибрации многофазного синхронного электродвигателя // Актуальные проблемы электроэнергетики: Сб. науч.-техн. статей конференции. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского гос. техн. ун-та им. Р.Е. Алексеева. 2021. С. 69—75.
8. 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.
9. Guzman H. e. a. Application of DSP in Power Conversion Systems — a Practical Approach for Multiphase Drives [Электрон ресурс] http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/48835.pdf (дата обращения 28.06.2023).
10. Barrero F., Duran M.J. Recent Advances in the Design, Modeling, and Control of Multiphase Machines — Pt. I // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2016. V. 63(1). Pp. 449—455.
11. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Баландин С.П., Терешкин В.В. Результирующие векторы дискретных состояний напряжения многофазных обмоток // Вестник МЭИ. 2023. № 1. С. 25—35.
---
Для цитирования: Терешкин В.М., Рафиков А.М, Гришин Д.А., Терешкин В.В. Влияние числа фаз двигателя на коэффициент использования по напряжению в режиме синусной широтно-импульсной модуляции // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 55—64.
DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-55-64.
#
1. Vinogradov A.B. Vektornoe Upravlenie Elektroprivodami Peremennogo Toka. Ivanovo: Izd-vo Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta im. V.I. Lenina, 2008. (in Russian).
2. Vinogradov A.B., Kolodin I.Yu. Bezdatchikovyy Asinkhronnyy Elektroprivod s Adaptivno-vektornoy Sistemoy Upravleniya. Elektrichestvo. 2007;2:44—50. (in Russian).
3. Kozyaruk A.E. Sovremennye Effektivnye Elektroprivody Proizvodstvennykh i Transportnykh Mekhanizmov. Elektrotekhnika. 2019;3:33—37. (in Russian).
4. Tomasov V.S., Usol'tsev A.A., Vertegel D.A., Denisov K.M. Issledovanie Pul'satsiy Elektromagnitnogo Momenta v Pretsizionnom Servoprivode pri Sinusoidal'noy Shirotno-impul'snoy Modulyatsii. Nauchno-tekhnicheskiy Vestnik Informatsionnykh Tekhnologiy, Mekhaniki i Optiki. 2019;19;2:359—368. DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-2-359-368. (in Russian).
5. Electric Vehicles — Analysis — IEA [Elektron Resurs] https://www.iea.org/reports/electric-vehicles (Data Obrashcheniya 28.06.2023).
6. Golubev A.N., Aleynikov A.V. Algoritm Upravleniya, Uluchshayushchiy Vibrosilovye Kharakteristiki Mnogofaznogo Magnitoelektricheskogo Elektroprivoda. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. im. V.I. Lenina. 2021;6:38—44. (in Russian).
7. Aleynikov A.V., Golubev A.N. Razrabotka Algoritma Upravleniya, Umen'shayushchego Vibratsii Mnogofaznogo Sinkhronnogo Elektrodvigatelya. Aktual'nye Problemy Elektroenergetiki: Sb. Nauch.-tekhn. Statey Konferentsii. Nizhniy Novgorod: Izd-vo Nizhegorodskogo Gos. Tekhn. Un-ta im. R.E. Alekseeva. 2021:69—75. (in Russian).
8. 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).
9. Guzman H. e. a. Application of DSP in Power Conversion Systems — a Practical Approach for Multiphase Drives [Elektron Resurs] http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/48835.pdf (Data Obrashcheniya 28.06.2023).
10. Barrero F., Duran M.J. Recent Advances in the Design, Modeling, and Control of Multiphase Machines — Pt. I. IEEE Trans. Industrial Electronics. 2016;63(1):449—455.
11. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Balandin S.P., Tereshkin V.V. Rezul'tiruyushchie Vektory Diskretnykh Sostoyaniy Napryazheniya Mnogofaznykh Obmotok. Vestnik MEI. 2023;1:25—35. (in Russian)
---
For citation: Tereshkin V.M., Rafikov A.M., Grishin D.A., Tereshkin V.V. The Influence of the Number of Motor Phases on the Voltage Utilization Factor in the Sine Wave PWM Mode. Bulletin of MPEI. 2024;2:55—64. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-55-64
2. Виноградов А.Б., Колодин И.Ю. Бездатчиковый асинхронный электропривод с адаптивно-векторной системой управления // Электричество. 2007. № 2. С. 44—50.
3. Козярук А.Е. Современные эффективные электроприводы производственных и транспортных механизмов // Электротехника. 2019. № 3. С. 33—37.
4. Томасов В.С., Усольцев А.А., Вертегел Д.А., Денисов К.М. Исследование пульсаций электромагнитного момента в прецизионном сервоприводе при синусоидальной широтно-импульсной модуляции // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 2. С. 359—368. DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-2-359-368.
5. Electric Vehicles — Analysis — IEA [Электрон ресурс] https://www.iea.org/reports/electric-vehicles (дата обращения 28.06.2023).
6. Голубев А.Н., Алейников А.В. Алгоритм управления, улучшающий вибросиловые характеристики многофазного магнитоэлектрического электропривода // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. им. В.И. Ленина. 2021. № 6. С. 38—44.
7. Алейников А.В., Голубев А.Н. Разработка алгоритма управления, уменьшающего вибрации многофазного синхронного электродвигателя // Актуальные проблемы электроэнергетики: Сб. науч.-техн. статей конференции. Нижний Новгород: Изд-во Нижегородского гос. техн. ун-та им. Р.Е. Алексеева. 2021. С. 69—75.
8. 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.
9. Guzman H. e. a. Application of DSP in Power Conversion Systems — a Practical Approach for Multiphase Drives [Электрон ресурс] http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/48835.pdf (дата обращения 28.06.2023).
10. Barrero F., Duran M.J. Recent Advances in the Design, Modeling, and Control of Multiphase Machines — Pt. I // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2016. V. 63(1). Pp. 449—455.
11. Терешкин В.М., Гришин Д.А., Баландин С.П., Терешкин В.В. Результирующие векторы дискретных состояний напряжения многофазных обмоток // Вестник МЭИ. 2023. № 1. С. 25—35.
---
Для цитирования: Терешкин В.М., Рафиков А.М, Гришин Д.А., Терешкин В.В. Влияние числа фаз двигателя на коэффициент использования по напряжению в режиме синусной широтно-импульсной модуляции // Вестник МЭИ. 2024. № 2. С. 55—64.
DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-55-64.
#
1. Vinogradov A.B. Vektornoe Upravlenie Elektroprivodami Peremennogo Toka. Ivanovo: Izd-vo Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta im. V.I. Lenina, 2008. (in Russian).
2. Vinogradov A.B., Kolodin I.Yu. Bezdatchikovyy Asinkhronnyy Elektroprivod s Adaptivno-vektornoy Sistemoy Upravleniya. Elektrichestvo. 2007;2:44—50. (in Russian).
3. Kozyaruk A.E. Sovremennye Effektivnye Elektroprivody Proizvodstvennykh i Transportnykh Mekhanizmov. Elektrotekhnika. 2019;3:33—37. (in Russian).
4. Tomasov V.S., Usol'tsev A.A., Vertegel D.A., Denisov K.M. Issledovanie Pul'satsiy Elektromagnitnogo Momenta v Pretsizionnom Servoprivode pri Sinusoidal'noy Shirotno-impul'snoy Modulyatsii. Nauchno-tekhnicheskiy Vestnik Informatsionnykh Tekhnologiy, Mekhaniki i Optiki. 2019;19;2:359—368. DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-2-359-368. (in Russian).
5. Electric Vehicles — Analysis — IEA [Elektron Resurs] https://www.iea.org/reports/electric-vehicles (Data Obrashcheniya 28.06.2023).
6. Golubev A.N., Aleynikov A.V. Algoritm Upravleniya, Uluchshayushchiy Vibrosilovye Kharakteristiki Mnogofaznogo Magnitoelektricheskogo Elektroprivoda. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. im. V.I. Lenina. 2021;6:38—44. (in Russian).
7. Aleynikov A.V., Golubev A.N. Razrabotka Algoritma Upravleniya, Umen'shayushchego Vibratsii Mnogofaznogo Sinkhronnogo Elektrodvigatelya. Aktual'nye Problemy Elektroenergetiki: Sb. Nauch.-tekhn. Statey Konferentsii. Nizhniy Novgorod: Izd-vo Nizhegorodskogo Gos. Tekhn. Un-ta im. R.E. Alekseeva. 2021:69—75. (in Russian).
8. 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).
9. Guzman H. e. a. Application of DSP in Power Conversion Systems — a Practical Approach for Multiphase Drives [Elektron Resurs] http://cdn.intechopen.com/pdfs-wm/48835.pdf (Data Obrashcheniya 28.06.2023).
10. Barrero F., Duran M.J. Recent Advances in the Design, Modeling, and Control of Multiphase Machines — Pt. I. IEEE Trans. Industrial Electronics. 2016;63(1):449—455.
11. Tereshkin V.M., Grishin D.A., Balandin S.P., Tereshkin V.V. Rezul'tiruyushchie Vektory Diskretnykh Sostoyaniy Napryazheniya Mnogofaznykh Obmotok. Vestnik MEI. 2023;1:25—35. (in Russian)
---
For citation: Tereshkin V.M., Rafikov A.M., Grishin D.A., Tereshkin V.V. The Influence of the Number of Motor Phases on the Voltage Utilization Factor in the Sine Wave PWM Mode. Bulletin of MPEI. 2024;2:55—64. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-2-55-64
Опубликован
2023-12-21
Выпуск
Раздел
Электротехнические комплексы и системы (технические науки) (2.4.2)
