Evaluation of the effectiveness of incomplete phase pulse width modulation algorithms in the converter-electric motor system

封面

如何引用文章

全文:

详细

Aim. This study evaluates the effectiveness of incomplete-phase algorithms for pulse width modulation of three-phase voltages in frequency control of electric drives, using integral current dispersion in the load as the criterion.

Materials and methods. This study examines pulse width modulation processes in frequency-controlled electric drives, focusing on the converter-electric motor system. Methods from electric circuit theory are used, with proposed algorithms illustrated through drawings, and these drawing can be implemented in the matrix laboratory software.

Results. The process of pulse width modulation in the converter-electric motor system is considered. It is demonstrated that to minimize the number of switching keys in the frequency converter, incomplete-phase pulse width modulation algorithms are beneficial. Expressions for local dispersion of the interphase current in single-phase and two-phase modulation are analyzed. An expression for local current dispersion in a three-phase bridge circuit load is derived, and the concept of integral current dispersion in a three-phase load is derived. Indicators for evaluating the effectiveness of algorithms for incomplete-phase pulse width modulation are proposed. Graphs the efficiency coefficient, characterizing incomplete-phase pulse width modulation with a minimum number of switching of key elements in the function of the amplitude coefficient and in the function of the relative frequency of modulation are constructed.

Conclusion. The results aid in developing algorithms for controlling frequency converters in asynchronous electric drive systems.

作者简介

Alexander Saushev

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping

编辑信件的主要联系方式.
Email: saushev@bk.ru
ORCID iD: 0000-0003-2657-9500
SPIN 代码: 9692-8603

Doctor of Sciences in Engineering, Head of the Department of Electric Drive and Electrical Equipment Shore Installations

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Igor Belousov

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping

Email: igor5.spb@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9754-1318
SPIN 代码: 9055-5945

Associate Professor, Department of Electric Drive and Electrical Equipment of Coastal Installations

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

Veniamin Samoseyko

Admiral Makarov State University of Maritime and Inland Shipping

Email: samoseyko@mail.ru
SPIN 代码: 5813-4505

Professor, Department of Electric Drive and Electrical Equipment of Coastal Installations

俄罗斯联邦, Saint Petersburg

参考

  1. Hava AM, Çetin NO. A Generalized Scalar PWM Approach with Easy Implementation Features for Three-Phase, Three-Wire Voltage-Source Inverters. IEEE Transactions on Power Electronics. 2010;26(5):1385–1395. doi: 10.1109/TPEL.2010.2081689
  2. Mao X, Ayyanar R, Krishnamurthy HK. Optimal variable switching frequency scheme for reducing switching loss in single-phase inverters based on time-domain ripple analysis. IEEE Transactions on Power Electronics. 2009;24(4):991–1001. doi: 10.1109/TPEL.2008.2009635
  3. Klimov V. Chastotno-energeticheskie parametry shim-invertorov sistem bespereboinogo pitaniya. Silovaya elektronika. 2009;22:66–71. (In Russ.) [cited: 09.03.2023] Available from: https://power-e.ru/wp-content/uploads/2009_4_66.pdf
  4. Madhavi R, Harinath C. Investigation of various space vector pwm techniques for inverter. International Journal of Engineering Research and Management (IJERM). 2014;1(7):162–165. [cited: 09.03.2023] Available from: https://www.ijerm.com/download_data/IJERM0110071.pdf
  5. Dmitriev BF, Galushin SYa, Likhomanov AM, Rozov AYu. Trekhfaznaya sinusoidal’naya modifitsirovannaya shirotno-impul’snaya modulyatsiya pervogo roda v avtonomnykh invertorakh. Morskoi vestnik. 2017;1(61):69–72. (In Russ.) [cited: 09.03.2023] Available from: http://morvest.ru/Full%20articles/MV-61_to%20Web.pdf
  6. Gus’kov VO, Lavin AV. Sravnitel’nyi analiz matematicheskikh opisanii i metodov shirotno-impul’snoi modulyatsii. Vestnik Astrakhanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: Morskaya tekhnika i tekhnologiya. 2023;3:74–81. (In Russ.). doi: 10.24143/2073-1574-2023-3-74-81
  7. Belousov IV, Samoseiko VF, Saushev AV. Optimal pulse width modulation in the electric drive control system. Vestnik Gosudarstvennogo universiteta morskogo i rechnogo flota imeni admirala S O Makarova. 2022;14(3):463–71. (In Russ.). doi: 10.21821/2309-5180-2022-14-3-463-471
  8. Hava AM, Kerkman RJ, Lipo TA. A High Performance Generalized Discontinuous PWM Algorithm. IEEE Transactions on Industry applications. 1998;34(5): 1059–1071. doi: 10.1109/28.720446
  9. Bakhovtsev IA, Zinoviev GS. Generalized analysis of the output energy of multiphase multilevel voltage inverters with pulse-width modulation. Electricity. 2016;4:26–33. [cited: 09.03.2023] Available from: https://elibrary.ru/download/elibrary_26159419_45377023.pdf
  10. Chaplygin EE, Khukhtikov SV. Pulse width modulation with passive phase in three-phase voltage inverters. Electricity. 2011;5:53–61. [cited: 09.03.2023] Available from: https://elibrary.ru/download/elibrary_16225936_79381081.pdf
  11. Hava AM, Çetin NO. A Generalized Scalar PWM Approach with Easy Implementation Features for Three-Phase, Three-Wire Voltage-Source Inverters. IEEE Transactions on Power Electronics. 2011;26(5):1385–1395. doi: 10.1109/TPEL.2010.2081689
  12. Tan G, Deng Q, Liu Z. An optimized SVPWM strategy for five-level active NPC (5L-ANPC) converter. IEEE Transactions on power electronics. 2013;29(1): 386–395. doi: 10.1109/TPEL.2013.2248172
  13. Nayeemuddin M, Rao C. Space Vector Based High Performance Discontinuous Pulse Width Modulation Algorithms for VSI Fed AC Drive. Innovative Systems Design and Engineering (IJSR). 2016;5(7):203–208. [cited: 09.03.2023] Available from: https://www.ijsr.net/archive/v5i7/NOV164785.pdf
  14. Saushev AV, Belousov IV, Bova EV, Rumyantsev AY. Incomplete-phase algorithms for pulse-width modulation of three-phase voltages in frequency control systems of electric drives. Modern Transportation Systems and Technologies. 2024;10(2):231–246. doi: 10.17816/transsyst628299
  15. Belousov IV, Samoseiko VF, Saushev AV. Evaluation of filtering properties of asynchronous electric drive with pulse width modulation. Assessment of filtering properties of asynchronous electric drive with pulse width modulation. E3S Web of Conferences. 2022;363:1–8. doi: 10.1051/e3sconf/202236301025

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Illustration of pulse-width voltage modulation

下载 (84KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Graphs of the efficiency coefficient of algorithms with a minimum number of key switches in the function: a) the amplitude coefficient; b) the relative frequency of modulation

下载 (147KB)
索引源数据

版权所有 © Saushev A.V., Belousov I.V., Samoseyko V.F., 2024

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名 4.0国际许可协议的许可

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».