УПРАВЛЕНИЕ ТРЕХФАЗНЫМ АВТОНОМНЫМ ИНВЕРТОРОМ НАПРЯЖЕНИЯ С ПРЕДМОДУЛЯЦИЕЙ ТРЕТЬЕЙ ГАРМОНИКИ В СИСТЕМЕ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГЛУБОКОВОДНОГО АППАРАТА
Аннотация
В статье представлена система электропитания глубоководного аппарата с передачей энергии переменного тока по кабель-тросу. Функцию силового согласования источника энергии с нагрузкой осуществляет модуль трехфазного автономного инвертора, обеспечивающего преобразование постоянного напряжения питания в переменное напряжение повышенной частоты. Модульное исполнение инвертора позволяет организовать подключение различных по мощности нагрузок для определенных типов глубоководных аппаратов. Предложен алгоритм управления модулем трехфазного автономного инвертора. В работе алгоритма исследуются параметры кабельной линии, оказывающие влияние на передачу энергии в подводную часть системы электропитания. Предварительные вычисления коэффициентов модуляции, учитывающих различные режимы работы системы электропитания, обеспечивают формирование выходного напряжения повышенной частоты при минимальных бестоковых паузах с необходимым быстродействием. Способ управления силовыми транзисторами организуется на основе векторной широтно-импульсной модуляции с введением третьей гармоники. Данный способ управления позволяет снизить динамические потери переключения силовых транзисторов и уровень высших гармоник в выходном напряжении. Также введение третьей гармоники обеспечивает увеличение значения выходного напряжения относительно напряжения источника питания постоянного тока. Для корректного выбора силовых транзисторов получены соотношения статических и динамических потерь. Величина данных потерь в значительной степени определяет длительность бестоковых пауз. Для подтверждения алгоритмической реализации представлены схемотехнические решения бортовой и подводной частей системы электропитания глубоководного аппарата, а также модуля трехфазного автономного инвертора напряжения. Приведены осциллограммы управления силовыми транзисторами модуля инвертора, иллюстрирующие развертку коэффициентов модуляции в соответствии с векторной широтно-импульсной модуляцией и введением третьей гармоники.
Ключевые слова
система электропитания, глубоководный аппарат, автономный инвертор напряжения, векторная широтно-импульсная модуляция, тепловые потери
Читать полный текст статьи: PDF
Список литературы
Войтов Д. В. Телеуправляемые подводные аппарата / Д. В. Войтов. - М.: Моркнига, 2012. - 504 с.
Albitar H. Underwater robotics: surface cleaning technics, adhesion and locomotion systems / H. Albitar, K. Dandan, A. Ananiev, I. Kalaykov // International Journal of Advanced Robotic System. - 2015. - Vol. 13. - Is. 1. - Pp. 1-14. DOI: 10.5772/62060.
Заслонов В. В. Развитие глубоководной роботизированной техники. История вопроса / В. В. Заслонов, Н. А. Кравченко // Молодой ученый. - 2016. - № 7 (111). - С. 85-88.
Занин В. Ю. Использование телеуправляемых подводных аппаратов со специализированных и неспециализированных плавсредств / В. Ю. Занин // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2010. - № 3 (104). - С. 179-186.
Рулевский В. М. Системы электропитания телеуправляемых подводных аппаратов / В. М. Рулевский, Ю. Н. Дементьев, О. В. Бубнов // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - Т. 307. - № 5. - С. 120-123.
Мишин В. Н. Системы электропитания телеуправляемых подводных аппаратов переменного тока мощностью свыше 10 кВт / В. Н. Мишин, В. М. Рулевский, А. Г. Юдинцев // Там же. - 2013. - Т. 322. - № 4. - С. 107-110.
Пат. 117747 Российская Федерация, МПК H02M 7/00. Устройство для управления трёхфазным автономным инвертором с помощью векторной ШИМ / В. Н. Мишин, В. А. Пчельников, В. М. Рулевский, А. Г. Юдинцев, В. Л. Иванов; патентообл.: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. - № 2011152344/07; заявл. 21.12.2011; опубл. 27.06.2012, Бюл. № 18. - 15 с.
Мелешин В. И. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии / В. И. Мелешин, Д. А. Овчинников. - М.: Техносфера, 2011. - 576 с.
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: 10.21821/2309-5180-2018-10-2420-429.
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.
Чаплыгин Е. Е. Способ управления автономным инвертором напряжения с векторной ШИМ / Е. Е. Чаплыгин, С. В. Хухтиков // Практическая силовая электроника. - 2010. - № 3 (39). - С. 40-43.
Брусниловский Б. В. О возможностях улучшения гармонического состава напряжения на выходе автономного инвертора напряжения с широтноимпульсной модуляцией / Б. В. Брусниловский, Н. А. Доброскок // Морской вестник. - 2018. - № 2 (11). - С. 72-77.
Чаплыгин Е. Е. Спектральное моделирование преобразователей с широтно-импульсной модуляцией: учеб. пособие по курсу «Моделирование электронных устройств и сиситем» / Е. Е. Чаплыгин. - М.: Изд-во МЭИ, 2009. - 56 с.
Rulevskiy V. M. Autonomous inverters’ PWM methods for remotely controlled unmanned underwater vehicles / V. M. Rulevskiy, A. A. Pravikova, D. Yu. Lyapunov // Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), International Conference on. - IEEE, 2016. - Pp. 1-4. DOI: 10.1109/ICIEAM.2016.7911641.
Jose J. Improved inverter utilisation using third harmonic injection / J. Jose, G. N. Goyal, M. V. Aware // Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES) & 2010 Power India, 2010 Joint International Conference on. - IEEE, 2010. - Pp. 1-6. DOI: 10.1109/PEDES.2010.5712490.
Дыбко М. А. Методика расчёта динамических потерь мощности в полупроводниковых преобразователях на транзисторах типа mosfet с векторным способом управления / М. А. Дыбко, Е. В. Гришанов, С. В. Брованов, В. Г. Токарев // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. - 2017. - № 3 (63). - С. 52-63. DOI: 10.17212/1727-2769-2017-3-52-63.
Graovac D. MOSFET power losses calculation using the data-sheet parameters. Application Note / Graovac, M. Purschel, A. Kiep. - Neubiberg, Germany: Infineon Technologies AG, 2006. - Vol. 1.1. - 23 p.
Об авторах
Рулевский Виктор Михайлович - кандидат технических наук
ОП «НИИ АЭМ ТУСУР»Юдинцев Антон Геннадьевич - кандидат технических наук
ОП «НИИ АЭМ ТУСУР»Чех Вадим Андреевич - аспирант, младший научный сотрудник
ОП «НИИ АЭМ ТУСУР»
