Разработка системы векторного управления полупроводникового преобразователя, обеспечивающей полигармонический режим работы многофазной электрической машины

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.

многофазный преобразователь, дискретная математическая модель, векторное управление, преобразование координат, инжекция гармоник

1. Пантелеев, 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.

2. Голубев, А.Н. Математическая модель синхронного двигателя с многофазной статорной обмоткой / А.Н. Голубев, А.А. Лапин // Электротехника. – 1998. – №9. – С. 8–13.

3. 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.2010.2089943

4. Reduction 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.2012.2226221

5. Пантелеев, 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.2009.2025419

9. Current 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.2013.2248170

10. Hu, 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.2014.2299240

11. Khan, 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.2007.11.006

12. White, D.C. Electromechanical Energy Conversion / D.C. White, H.H. Woodson. – New York: John Willey and Sons, 1959. – 520 p.

13. 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.1918.4765570

14. Ефимов, А.А. Активные преобразователи в регулируемых электроприводах переменного тока / А.А. Ефимов, Р.Т. Шрейнер. – Новоуральск: Изд-во НГТИ, 2001. – 250 с.

15. 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.

16. Волков, А.В. Анализ электромагнитных процессов и совершенствование регулирования активного фильтра / А.В. Волков // Электротехника. – 2002. – №12. – С. 40–48.

17. 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.