sapiСистемный анализ и прикладная информатика«System analysis and applied information science»2309-49232414-0481Belarusian National Technical University10.21122/2309-4923-2020-4-5-15sapi-491Research ArticleУправление техническими объектамиManagement of technical objectsРазработка системы релейно-векторного управления для многофазного полупроводникового преобразователя электрической энергииDevelopment of a relay-vector control system for a multi-phase semiconductor converter of electric energyПантелеевС. B.PanteleevS. V.

Пантелеев Станислав Владимирович – преподаватель кафедры электротехники и систем электропитания

МалашинА. Н.MalashinA. N.

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

Военная академия Республики БеларусьБеларусьMilitary Academy of the Republic of BelarusBelarus20202801202104515Copyright © Пантелеев С.B., Малашин А.Н., 20212021Пантелеев С.B., Малашин А.Н.Panteleev S.V., Malashin A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sapi.bntu.by/jour/article/view/491

Разработана система релейно-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 разработан способ релейного управления пространственными гармоническими составляющими входного тока преобразователя в «трубке». Формирование в каждой из фаз полигармонических токов, сопряженных по форме и фазе с питающим преобразователь напряжением на каждом периоде управления, осуществляется посредством оптимального вектора напряжения полупроводникового коммутатора. Для выбора оптимального управляющего воздействия используется целевая функция минимума отклонения проекций базовых векторов напряжения полупроводникового коммутатора при j-й комбинации состояния ключей от расчетного управляющего воздействия, определенного посредством математической модели. Целевая функция такого вида позволяет учесть различные значения амплитуд базовых векторов напряжения полупроводникового коммутатора в преобразованных ортогональных системах координат. При этом отсутствует необходимость прогнозирования изменения мгновенных значений входного тока на один или два периода вперед, что обеспечено уменьшением количества итераций для определения оптимального управляющего воздействия. Для проверки разработанных положений создана имитационная модель девятифазного полупроводникового преобразователя электрической энергии с системой релейно-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 of relay-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, a method for relay control of spatial harmonic components of the input current of the converter in the “tube” has been developed. The formation of polyharmonic currents in each of the phases, conjugated in shape and phase with the voltage supplying the converter at each control period, is carried out by means of the optimal voltage vector of the semiconductor switch. To select the optimal control action, the objective function of the minimum deviation of the projections of the base voltage vectors of the semiconductor switch for the j-th combination of the state of the keys from the calculated control action determined by the mathematical model is used. An objective function of this type allows one to take into account different values of the amplitudes of the base voltage vectors of the semiconductor switch in the transformed orthogonal coordinate systems. In this case, there is no need to predict changes in the instantaneous values of the input current for one or two periods ahead, which is ensured by a decrease in the number of iterations to determine the optimal control action. To check the developed provisions, a simulation model of a nine-phase semiconductor converter of electrical energy with a relay 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 модельрелейно-векторное управлениетоковая «трубка»инжекция гармоникmultiphase semiconductor converterdiscrete mathematical modelrelay vector controlcurrent "tube"harmonic 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. 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).Multiphase induction motor drives – A technology status review / E. Levi [et al.] // IET Electric Power Appl. – 2007. – Vol. 1, № . 4. – P. 489–516.Multiphase induction motor drives – A technology status review / E. Levi [et al.] // IET Electric Power Appl. – 2007. – Vol. 1, № . 4. – P. 489–516.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.2012.2226221Reduction 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.2012.2226221Recent advances in the design, modeling, and control of multiphase machines part I / F. Barrero [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2016. – Vol. 63, № 1. – P. 449–458.Recent advances in the design, modeling, and control of multiphase machines part I / F. Barrero [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2016. – Vol. 63, № 1. – P. 449–458.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.2009.2025419A 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.2009.2025419Пантелеев, С. В. Разработка системы векторного управления полупроводникового преобразователя, обеспечивающей полигармонический режим работы многофазной электрической машины / С. В. Пантелеев, А. Н. Малашин, А. Е. Каледа // Вес. Нац. акад. навук Беларусі. Сер. фіз.-тэхн. навук. – 2020. – Т. 65, № 3. – С. 331–339. https://doi.org/10.29235/1561–8358–2020–65–3–331–339Panteleev S. V., Malashin A. N., Kaleda A. E. Development of vector control system of multiphase semiconductor electric energy converter. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-technichnych navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, 2020, vol. 65, no. 3, pp. 331–339 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561–8358–2020–65–3–331–339Advances in converter control and innovative exploitation of additional degrees of freedom for multiphase machines / E. Levi // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2016. – Vol. 63, № 1. – P. 433–448.Advances in converter control and innovative exploitation of additional degrees of freedom for multiphase machines / E. Levi // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2016. – Vol. 63, № 1. – P. 433–448.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).Multi-phase current control using finite-state model-predictive control / M. R. Arahal [et al.] // Control Engineering Practice. – 2009. – Vol. 17, № 5. – P. 579–587.Multi-phase current control using finite-state model-predictive control / M. R. Arahal [et al.] // Control Engineering Practice. – 2009. – Vol. 17, № 5. – P. 579–587.Predictive current control of a voltage source inverter / J. Rodríguez [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2007. – Vol. 54, № 1. – P. 495–503.Predictive current control of a voltage source inverter / J. Rodríguez [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2007. – Vol. 54, № 1. – P. 495–503.Predictive current control of dual three-phase drives using restrained search techniques / M. J. Duran [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2011. – Vol. 58, № 8. – P. 3253–3263.Predictive current control of dual three-phase drives using restrained search techniques / M. J. Duran [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2011. – Vol. 58, № 8. – P. 3253–3263.White, D. C. Electromechanical Energy Conversion / D. C. White, H. H. Woodson. – New York: John Willey and Sons, 1959–520 p.White, D. C. Electromechanical Energy Conversion / D. C. White, H. H. Woodson. – New York: John Willey and Sons, 1959–520 p.Ефимов, 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).Пантелеев С. В. Разработка математической модели многофазного полупроводникового преобразователя электрической энергии с системой векторного управления. Часть 1 / С. В. Пантелеев, А. Н. Малашин // Вестник ГГТУ им. П. О. Сухого. – Гомель. – 2020 – № 2. – С. 82–90.Panteleev S. V., Malashin A. N. Development of a mathematical model of a multiphase semiconductor converter of electrical energy with a vector control system. Part 1. Vestnik GGTU im. P. O. Suhogo = Bulletin of GSTU im. P. O. Sukhoi, 2020, no. 2, pp. 82–90 (in Russian)

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