vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2020-65-3-332-340vestift-617Research ArticleЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕНPOWER ENGINEERING, HEAT AND MASS TRANSFERРазработка системы векторного управления полупроводникового преобразователя, обеспечивающей полигармонический режим работы многофазной электрической машиныDevelopment of a vector control system of the semiconductor converter, which will provide a polyharmonic operating mode of a polyphase electric machineПантелеевС. В.PanteleevS. V.

Пантелеев Станислав Владимирович – преподаватель кафедры электротехники и систем электропитания

пр. Независимости, 220, 220057, Минск

Stanislav V. Panteleev – Teacher of the Chair of Electrical Equipment and Power Supply Systems

220, Nezavisimosti Ave., 220057, Minsk

panteleev-s-v@mail.ruМалашинА. Н.MalashinA. N.

Малашин Андрей Николаевич – кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры электротехники и систем электропитания

пр. Независимости, 220, 220057, Минск

Andrey N. Malashin – Ph. D. (Engineering), Assistant Professor, Professor of the Chair of Electrical Equipment and Power Supply Systems

220, Nezavisimosti Ave., 220057, Minsk

КаледаА. Е.KaledaA. E.

Каледа Андрей Евгеньевич – кандидат технических наук, доцент, начальник кафедры электротехники и систем электропитания

пр. Независимости, 220, 220057, Минск

Andrey E. Kaleda – Ph. D. (Engineering), Assistant Professor, Head of the Chair of Electrical Equipment and Power Supply Systems

220, Nezavisimosti Ave., 220057, Minsk

Военная академия Республики БеларусьMilitary Academy of the Republic of Belarus202020102020653332340Copyright © Пантелеев С.В., Малашин А.Н., Каледа А.Е., 20202020Пантелеев С.В., Малашин А.Н., Каледа А.Е.Panteleev S.V., Malashin A.N., Kaleda A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/617

Разработана система векторного управления током в цепи многофазной электрической машины. Для этого на основе проведенного анализа электромагнитных процессов в многофазном полупроводниковом преобразователе электрической энергии создана его дискретная математическая модель, которая учитывает перераспределение электромагнитной энергии по отдельным пространственным гармоническим составляющим в зависимости от числа фаз. С использованием данной математической модели и схемы инжекции высших гармоник тока, которая обеспечивает полигармонический режим работы полупроводникового преобразователя, разработан способ независимого управления пространственными гармоническими составляющими входного тока преобразователя. Формирование в каждой из фаз полигармонических токов, сопряженных по форме и фазе с питающим преобразователь напряжением, осуществляется посредством управляющих воздействий в виде векторов напряжения полупроводникового коммутатора, реализация которых осуществляется методом многофазной пространственно-векторной модуляции. Для проверки разработанных положений создана имитационная модель девятифазного полупроводникового преобразователя электрической энергии с системой векторного управления. Результаты исследования модели подтвердили адекватность разработанных технических решений, применение которых позволит обеспечить наиболее полную реализацию собственных преимуществ многофазной электрической машины в целях общего улучшения массогабаритных и энергетических показателей автономной системы электроснабжения.

A system for vector control of current in the circuit of a polyphase electric machine has been developed. For this, on the basis of the analysis of electromagnetic processes in a multiphase semiconductor converter of electrical energy, its discrete mathematical model was created, which takes into account the redistribution of electromagnetic energy by individual spatial harmonic components depending on the number of phases. Using this mathematical model and the scheme of injection of higher current harmonics, which provides a polyharmonic mode of operation of a semiconductor converter, a method for independent control of the spatial harmonic components of the input current of the converter has been developed. The formation in each of the phases of polyharmonic currents, conjugated in shape and phase with the voltage supplying the converter, is carried out by means of control actions in the form of voltage vectors of a semiconductor switch, the implementation of which is carried out by the method of multiphase space-vector modulation. To check the developed provisions, a simulation model of a nine-phase semiconductor converter of electrical energy with a vector control system was created. The results of the study of the model confirmed the adequacy of the developed technical solutions, the use of which will ensure the most complete realization of the own advantages of a multiphase electric machine in order to generally improve the weight, size and energy indicators of the autonomous power supply system.

многофазный преобразовательдискретная математическая модельвекторное управлениепреобразование координатинжекция гармоникmultiphase converterdiscrete mathematical modelvector controlcoordinate transformationharmonic injectionReferencesПантелеев, С.В. Повышение энергетических показателей электрической машины путем применения многофазной зубцовой обмотки / С.В. Пантелеев, А.Н. Малашин // Вестн. Воен. акад. Респ. Беларусь. – 2017. – №3. – С. 80–86.Panteleev S. V., Malashin A.N. Increasing the energy performance of an electric machine by using a multiphase gear winding. Vestnik Voennoi akademii Respubliki Belarus’ [Bulletin of the Military Academy of the Republic of Belarus], 2017, no. 3, pp. 80–86 (in Russian).Голубев, А.Н. Математическая модель синхронного двигателя с многофазной статорной обмоткой / А.Н. Голубев, А.А. Лапин // Электротехника. – 1998. – №9. – С. 8–13.Golubev A. N., Lapin A.A. Mathematical model of a synchronous motor with a polyphase stator winding. Elektrotekhnika = Electrical Engineering, 1998, no. 9, pp. 8–13 (in Russian).An enhanced predictive current control method for asymmetrical six-phase motor drives / F. Barrero [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2011. – Vol. 58, №8. – P. 3242–3252. https://doi.org/10.1109/tie.2010.2089943Barrero F. F., Prieto J., Levi E., Gregor R., Toral S., Duran M. J., Jones M. An enhanced predictive current control method for asymmetrical six-phase motor drives. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, vol. 58, no. 8, pp. 3242–3252. https://doi.org/10.1109/tie.2010.2089943Reduction of common-mode voltage in five-phase induction motor drives using predictive control techniques / M.J. Duran [et al.] // IEEE Trans. Ind. Appl. – 2012. – Vol. 48, №6. – P. 2059–2067. https://doi.org/10.1109/tia.2012.2226221Duran M. J., Riveros J., Barrero F., Guzmán H., Prieto J. Reduction of common-mode voltage in five-phase induction motor drives using predictive control techniques. IEEE Transactions on Industry Applications, 2012, vol. 48, no. 6, pp. 2059–2067. https://doi.org/10.1109/tia.2012.2226221Пантелеев, С.В. Математическая модель многофазного магнитоэлектрического генератора с дробными зубцовыми обмотками / С.В. Пантелеев, А.Н. Малашин // Магистерский вестник: сб. науч. тр. магистрантов и аспирантов. – Минск, 2017. – С. 51–58.Panteleev S. V., Malashin A.N. Mathematical model of a multiphase magnetoelectric generator with fractional tooth windings. Magisterskii vestnik: sbornik nauchnykh trudov magistrantov i aspirantov [Master’s Bulletin: Collection of Scientific Works of Undergraduates and Postgraduates]. Minsk, 2017, pp. 51–58 (in Russian).Голубев, А.Н. Многофазный асинхронный регулируемый электропривод для высокодинамичных систем подвижных установок: дис. … д-ра техн. наук : 05.09.03 / С.-Петерб. гос. электротехн. ун-т «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова. – СПб., 1994. – 430 л.Golubev A.N. Multiphase Asynchronous Variable Electric Drive for Highly Dynamic Systems of Mobile Plants. Saint Petersburg, Saint Petersburg Electrotechnical University “LETI”, 1994. 430 sheets (in Russian).Лопатин, П.Н. Многофазный асинхронный электропривод для автономных систем: дис. … канд. техн. наук : 05.09.03 / Иванов. гос. энергет. ун-т им. В.И. Ленина. – Иваново, 1998. – 278 л.Lopatin P.N. Multiphase Asynchronous Electric Drive for Autonomous Systems. Ivanovo, Ivanovo Power Engineering Institute, 1998. 278 sheets.A synchronous current control scheme for multiphase induction motor drives / M. Jones [et al.] // IEEE Trans. Energy Convers. – 2009. – Vol. 24, №4. – P. 860–868. https://doi.org/10.1109/tec.2009.2025419Jones M., Vukosavic S. N., Dujic D., Levi E. A synchronous current control scheme for multiphase induction motor drives. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2009, vol. 24, no. 4, pp. 860–868. https://doi.org/10.1109/tec.2009.2025419Current control methods for an asymmetrical six-phase induction motor drive / H.S. Che [et al.] // IEEE Trans. Power Electron. – 2014. – Vol. 29, №1. – P. 407–417. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2248170Che H. S., Levi E., Jones M., Hew W. P., Rahim N.A. Current control methods for an asymmetrical six-phase induction motor drive. IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, vol. 29, no. 1, pp. 407–417. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2248170Hu, Y. Current control for dual three-phase permanent magnet synchronous motors accounting for current unbalance and harmonics / Y. Hu, Z. Zhu, K. Liu // IEEE Trans. Emerg. Sel. Topics Power Electron. – 2014. – Vol. 2, №2. – P. 272–284. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2014.2299240Hu Y., Zhu Z., Liu K. Current control for dual three-phase permanent magnet synchronous motors accounting for current unbalance and harmonics. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2014, vol. 2, no. 2, pp. 272–284. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2014.2299240Khan, M.R. MRAS-based sensorless control of a vector controlled five-phase induction motor drive / M.R. Khan, A. Iqbal, M. Ahmad // Electric Power System Research. – 2008. – Vol. 78, №8. – P. 1311–1321. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2007.11.006Khan M. R., Iqbal A., Ahmad M. MRAS-based sensorless control of a vector controlled five-phase induction motor drive. Electric Power System Research, 2008, vol. 78, pp. 1311–1321. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2007.11.006White, D.C. Electromechanical Energy Conversion / D.C. White, H.H. Woodson. – New York: John Willey and Sons, 1959. – 520 p.White D. C., Woodson H.H. Electromechanical Energy Conversion. New York, John Willey and Sons, 1959. – 520 p.Fortescue, C.L. Method of symmetrical coordinates applied to the solution of polyphase networks / C.L. Fortescue // AIEE Trans. – 1918. – Vol. 37, part 2. – P. 1027–1140. https://doi.org/10.1109/t-aiee.1918.4765570Fortescue C.L. Method of symmetrical coordinates applied to the solution of polyphase networks. AIEE Transactions, 1918, vol. 37, part 2, pp. 1027–1140. https://doi.org/10.1109/t-aiee.1918.4765570Ефимов, А.А. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока / А.А. Ефимов, Р.Т. Шрейнер. – Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2001. – 250 с.Efimov A. A., Shreiner R.T. Active Converters in Variable AC Drives. Novouralsk, Novouralsk State Technological Institute Publ., 2001. 250 p. (in Russian).Шрейнер, Р.Т. Математическое описание и алгоритмы ШИМ активных выпрямителей тока / Р.Т. Шрейнер, А.А. Ефимов, А.И. Калыгин // Электротехника. – 2000. – №10. – С. 42–49.Shreiner R. T., Efimov A. A., Kalygin A.I. Mathematical description and PWM algorithms of active current rectifiers. Elektrotekhnika = Electrical Engineering, 2000, no. 10, pp. 42–49 (in Russian).Волков, А.В. Анализ электромагнитных процессов и совершенствование регулирования активного фильтра / А.В. Волков // Электротехника. – 2002. – №12. – С. 40–48.Volkov A.V. Analysis of electromagnetic processes and improvement of active filter regulation. Elektrotekhnika = Electrical Engineering, 2002, no. 12, pp. 40–48 (in Russian).Пантелеев, С.В. Моделирование m-фазного активного выпрямителя напряжения с пространственно-векторной модуляцией / С.В. Пантелеев, А.Н. Малашин, А.Е. Каледа // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2018. – Т. 63, №4. – С. 455–468. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-4-455-468.Panteleev S. V., Malashin A. N., Kaleda A.E. Simulation of m-phase active voltage rectifier with spacevector modulation. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2018, vol. 63, no. 4, pp. 455–468 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2018-63-4-455-468.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.