ОПТИМАЛЬНАЯ ТРЕХФАЗНАЯ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ ПО КРИТЕРИЮ ДИСПЕРСИИ ТОКА В НАГРУЗКЕ

Аннотация

Рассмотрен аналитический подход к оптимальной широтно-импульсной модуляции. При этом широтно-импульсная модуляция в работе понимается как процесс аппроксимации импульсами напряжения (модулированного) желаемого гладкого (модулирующего) напряжения, необходимого для формирования тока нагрузки, которая является фильтром низкой частоты. Под ошибкой модуляции по току понимается разность между током, порождаемым модулированной функцией напряжения, и током, порождаемым модулирующей функцией напряжения. Мера качества модуляции трактуется как числовая интегральная характеристика квадратичной ошибки модуляции на интервале модуляции (локальной дисперсии). Под трехфазной модуляцией понимается модуляция тремя полумостами. Для трехфазного моста получено выражение дисперсии тока в нагрузке. Синтезированы формулы для коммутационных функций полумостов. Показано, что алгоритм трехфазной широтно-импульсной модуляции имеет четыре свободных переменных, по которым может производиться поиск минимума дисперсии тока в нагрузке. К свободным переменным относятся три параметра сдвига импульсов, генерируемых полумостами, и нулевая потенциальная функция, являющаяся линейной комбинацией скважностей коммутационных функций полумостов. Найдено выражение локальной дисперсии тока нагрузки. Получены формулы для определения параметров сдвига и нулевой потенциальной функции, которые минимизируют локальную дисперсию тока. Показано, что оптимальное расположение импульсов на периоде широтно-импульсной модуляции позволяет существенно снизить дисперсию тока при относительной частоте модуляции, меньшей 50. При увеличении частоты модуляции оптимальной становится модуляция с центрально-симметричным положением импульсов на интервале модуляции. Показано, что метод векторной широтно-импульсной модуляции при частоте модуляции больше 50 наиболее близок к оптимальной модуляции. При малых значениях частот модуляции оптимальная модуляция дает существенное снижение локальной дисперсии тока. Решение задачи оптимальной трехфазной широтно-импульсной модуляции позволит уменьшить потери энергии в гребных электродвигателях и их вибрацию.

Ключевые слова

широтно-импульсная модуляция, трехфазная модуляция, качество модуляции, локальная дисперсия тока, оптимизация

Читать полный текст статьи:  PDF

Список литературы

Schonung A. Static frequency changers with subharmonic control in conjunction with reversible variable speed a.c. drives / A. Schonung, H. Stemmler // Brown Boveri Review. - 1964. - Vol. 51. - No 8/9. - Pp. 555-577.
Holmes D. G. Pulse width modulation for power converters: Principles and Practice / D. G. Holmes, A. Lipo. - New-York: Wiley-IEEE Press, 2003. - 734 p.
Çetin N. O. Scalar PWM implementation methods for three-phase three-wire inverters / N. O. Çetin, M. Hava // Electrical and Electronics Engineering, 2009. ELECO 2009. International Conference on. - IEEE, 2009. - Pp. I-447-I-451. DOI: 10.1109/ELECO.2009.5355253.
Hava A. M. Simple Analytical and Graphical Methods for Carrier-Based PWM-VSI Drives / A. M. Hava, J. Kerkman, T. A. Lipo // IEEE Transactions on Power Electronics. - 1999. - Vol. 14. - Is. 1. - Pp. 49-61. DOI: 10.1109/63.737592.
Hava A. M. High-Performance Generalized Discontinuous PWM Algorithm / A. M. Hava, R. J. Kerkman, T. A. Lipo // IEEE Transactions on Industry Applcations. - 1998. - Vol. 34. - Is. 5. - Pp. 1059-1071. DOI: 10.1109/28.720446.
Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / А. Б. Виноградов. - Иваново: ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина», 2008. - 298 с.
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.
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.
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.
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.
Баховцев И. А. Сравнительный анализ способов управления двухуровневым АИН с ШИМ / И. А. Баховцев // Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2008: матер. IX Междунар. конф.: в 7 т. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - Т. 7. - С. 30-34.
Белоусов И. В. Сравнительный анализ методов широтно-импульсной модуляции / И. В. Белоусов, В. Ф. Самосейко, Л. М. Бровцинова // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2018. - Т. 10. - № 2. - С. 420-429. DOI: 10.21821/2309-5180-2018-10-2-420-429.

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»