СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИИ
Аннотация
Рассмотрены методы классической и векторной широтно-импульсной модуляции. Метод векторной широтно-импульсной модуляции изложен в виде, позволяющем сравнивать его с методом классической широтно-импульсной модуляции. Представлена формализация описания метода классической широтно-импульсной модуляции и показаны его недостатки. Показано, что модифицированный метод классической широтно-импульсной модуляции устраняет недостатки классического метода путем введения функции предмодуляции. Полученное выражение функции предмодуляции исключает появление режима перемодуляции напряжения на трехфазной нагрузке при изменении коэффициента амплитуды модулирующей функции напряжения в диапазоне от нуля до единицы. При описании методов широтно-импульсной модуляции получены выражения для коммутационных функций полумостов трехфазного электронно-ключевого моста, которые имеют достаточно простой вид и позволяют выполнять достаточно простую его программную реализацию. Показано, что метод векторной широтно-импульсной модуляции, считающийся в литературе наилучшим, является, по сути, тождественным модифицированному методу классической широтно-импульсной модуляции. Трудности процесса сравнения методов векторной и классической широтно-импульсной модуляции объясняются применением различного математического аппарата их описания, попытка преодоления которых предпринята в данной работе. Многообразие функций предмодуляции определяет множество возможных методов реализации широтно-импульсной модуляции. Функция предмодуляции является свободной переменной, позволяющей выполнять оптимизацию методов при широтно-импульсной модуляции. Параметры, характеризующие положение импульсов на интервале широтно-импульсной модуляции, также являются свободными переменными. Наличие свободных переменных позволяет сформулировать и решить задачу оптимальной широтно-импульсной модуляции, что, в конечном итоге, позволит уменьшить потери энергии в гребных электродвигателях и их вибрацию.
Ключевые слова
широтно-импульсная модуляция, классический метод, векторный метод, перемодуляция, функция предмодуляции, качество модуляции
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Holtz J. Pulsewidth modulation for electronic power conversion / J. Holtz // Proceedings of the IEEE. - 1994. - Vol. 82. - Is. 8. - Pp. 1194-1214. DOI: 10.1109/5.301684.
Holmes D. G. Pulse width modulation forpower converters: Principles and Practice/D. G. Holmes, T. A. Lipo. - John Wiley & Sons, 2003. - 734 p.
Trzynadlowski A. M. Space vector PWM technique with minimum switching losses and a variable pulse rate / A. M. Trzynadlowski, R. L. Kirlin, S. F. Legowski // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 1997. - Vol. 44. - Is. 2. - Pp. 173-181. DOI: 10.1109/41.564155.
Шрейнер Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р. Т. Шрейнер. - Екатеринбург: УРО РАН, 2000. - 654 с.
Демкин В. И. Быстрый метод пространственно-векторной широтно-импульсной модуляции / В. И. Демкин, А. А. Бодрова, В. И. Логвин, Б. И. Звягинцев // Молодой ученый. - 2015. - № 22 (102). - С. 137-141.
Чаплыгин Е. Е. Широтно-импульсная модуляция с пассивной фазой в трехфазных инверторах напряжения / Е. Е. Чаплыгин, С. В. Хухтиков // Электричество. - 2011. - № 5. - С. 53-61.
Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / А. Б. Виноградов. - Иваново: ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина», 2008. - 298 с.
Калачев Ю. Н. Векторное регулирование (заметки практика) / Ю. Н. Калачев. - М.: ЭФО, 2013. - 63 с.
Юдинцев А. Г. Система управления трёхфазным автономным инвертором с векторной широтноимпульсной модуляцией / А. Г. Юдинцев, В. М. Рулевский // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 5-1. - С. 168-173.
Чаплыгин Е. Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией: учебное пособие / Е. Е. Чаплыгин. - М.: МЭИ, 2009. - 56 с.
Титяев Д. К. Сравнительный анализ векторной и традиционной широтно-импульсной модуляции / Д. К. Титяев, Д. Н. Мирошник // Автоматизація технологічних об’єктів та процесів. Пошук молодих. Збірник наукових праць IV Міжнародної науково-технічної конференції аспірантів та студентів в м. Донецьку 11-14 травня 2004 р. - Донецьк: ДонНТУ, 2004. - С. 301-306.
Виноградов А. Б. Сравнительный анализ энергетических показателей алгоритмов управления высоковольтным многоуровневым преобразователем / А. Б. Виноградов, А. Н. Сибирцев, А. А. Коротков, Д. А. Монов // Тр. VII Междунар. (XVIII Всерос.) конф. по автоматизированному электроприводу (АЭП-2012). - Иваново: ИГЭУ, 2012. - С. 109-113.
Andriyanov A. I. A comparative characteristic of different kinds of pulse-width modulation with respect of the topologies of existence of periodic operating conditions / A. I. Andriyanov, G. Ya. Mikhal’chenko // Электричество. - 2004. - № 12. - С. 46-54.
Обухов С. Г. Широтно-импульсная модуляция в трехфазных инверторах напряжения / С. Г. Обухов, Е. Е. Чаплыгин, Д. Е. Кондратьев // Электричество. - 2008. - № 7. - С. 23a-31.
Зиновьев Г. С. Основы силовой электроники: учеб. пособие / С. Г. Зиновьев. - М.: Юрайт, 2012. - 667с.
Чаплыгин Е. Е. Способ управления автономным инвертором напряжения с векторной ШИМ / Е. Е. Чаплыгин, С. В. Хухтиков // Практическая силовая электроника. - 2010. - № 39. - С. 40-43.
Чубуков К. А. Исследование и разработка вариантов широтно-импульсной модуляции в трехфазных автономных инверторах с двигательной нагрузкой: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.09.12 / К. А. Чубуков. - Чебоксары, 2010. - 23 с.
Об авторах
Белоусов Игорь Владимирович - доцент
kaf_electroprivod@gumrf.ru. ibel@bk.ru
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»Самосейко Вениамин Францевич - доктор технических наук, профессор
kaf_electroprivod@gumrf.ru. samoseyko@mail.ru
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»Бровцинова Людмила Михайловна - доцент
ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова»
