The Influence of the Number of Motor Phases on the Voltage Utilization Factor in the Sine Wave PWM Mode
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2024-2-55-64Keywords:
multi-phase motor winding, digital control system, sine wave pulse width modulation, voltage utilization factorAbstract
Studies of anticipated advantages of an electric drive based on a multi-phase motor with the number of phases more than three, e.g., based on a five- or seven-phase motor, is of theoretical and practical interest.
Currently, three-phase motors are applied in electric traction drives with using digital control systems based on microcontrollers that implement vector control methods. Sine wave pulse width modulation (SPWM) is one of the components of the overall vector control process.
The SPWM mode of a five- or seven-phase voltage is more efficient than the SPWM of a three-phase voltage because the former makes it possible obtain a higher voltage utilization factor of the converter. The aim of the work is to confirm theoretically that with an increase in the number of motor phases, a higher voltage utilization factor in electric traction is obtained when implementing sine wave modulation.
The study was carried out using the mathematical body of vector analysis and the method of expanding functions into a Fourier series.
The obtained study results can be used in the development of a digital control system implementing vector control, for example, of a five- or seven-phase motor.
References
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
Downloads
Published
2023-12-21
Issue
Section
Electrical Complexes and Systems (2.4.2)
