Разработка системы релейно-векторного управления для многофазного полупроводникового преобразователя электрической энергии

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.

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. 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.

3. Multiphase induction motor drives – A technology status review / E. Levi [et al.] // IET Electric Power Appl. – 2007. – Vol. 1, № . 4. – P. 489–516.

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. 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.

6. 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

7. Пантелеев, 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/10.29235/1561–8358–2020–65–3–331–339

8. 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.

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

10. 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.

11. Predictive current control of a voltage source inverter / J. Rodríguez [et al.] // IEEE Trans. Ind. Electron. – 2007. – Vol. 54, № 1. – P. 495–503.

12. 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.

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

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. 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.