Алгоритм пространственно-векторной ШИМ с гибридной последовательностью переключений для регулируемых электроприводов переменного тока на базе трехуровневого инвертора напряжения

Алгоритм пространственно-векторной ШИМ с гибридной последовательностью переключений для регулируемых электроприводов переменного тока на базе трехуровневого инвертора напряжения

Автор: Шишков А.Н., Дудкин М.М., Ле В.К., Еремин Н.А.

Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power

Рубрика: Электротехнические комплексы и системы

Статья в выпуске: 4 т.23, 2023 года.

Бесплатный доступ

В статье предложен новый алгоритм пространственно-векторной ШИМ с гибридной последовательностью переключения для трехуровневого автономного инвертора напряжения с фиксированной нейтральной точкой. Основываясь на преимуществах пятиступенчатой и семиступенчатой последовательностей переключений, гибридная последовательность была разработана с целью поддержания баланса напряжения нейтральной точки на заранее заданном уровне и уменьшения коммутационных потерь силовых ключей. Предложенный алгоритм позволяет гибко регулировать уровень достижения заявленных критериев в зависимости от условий работы системы путем изменения коэффициента регулирования. В работе получена аппроксимированная зависимость, позволяющая определить оптимальный коэффициент регулирования для любых значений заданной частоты на входе инвертора при работе на асинхронный короткозамкнутый двигатель с законом управления U/f = const. Эффективность данного алгоритма подтверждена на основе компьютерного моделирования в среде MATLAB Simulink. Приведены экспериментальные зависимости пространств статического состояния максимальной ошибки напряжения нейтральной точки и числа пар переключений силовых ключей в зависимости от заданной частоты на входе инвертора и коэффициента регулирования гибридной последовательности переключений. Полученные результаты показали, что в предлагаемом алгоритме ПВШИМ с гибридной последовательностью количество силовых ключей снижается в среднем на 14,3 % при сохранении баланса напряжения нейтральной точки, близкого к семиступенчатой последовательности (отклонение не превышает 0,75 %). Таким образом, предложенный алгоритм является эффективным инструментом для управления трехуровневого инвертора напряжения, что благоприятно сказывается на его энергосбережении, массогабаритных показателях и эксплуатационной надежности.

Еще

Трехуровневый инвертор напряжения с фиксированной нейтральной точкой, пространственно-векторная шим, гибридная последовательность переключений, напряжение нейтральной точки, коммутационные потери, асинхронный электродвигатель

Короткий адрес: https://sciup.org/147242681

IDR: 147242681   |   DOI: 10.14529/power230404

Список литературы Алгоритм пространственно-векторной ШИМ с гибридной последовательностью переключений для регулируемых электроприводов переменного тока на базе трехуровневого инвертора напряжения

  • Многоуровневые автономные инверторы для электропривода и электроэнергетики / Н. Донской, А. Иванов, В. Матисон, И. Ушаков // Силовая электроника. 2008. № 15. С. 43–46.
  • Nabae A., Takahashi I., Akagi H. A New Neutral-Point-Clamped PWM Inverter // IEEE Transactions on Industry Applications. 1981. Vol. IA-17, no. 5. P. 518–523. DOI: 10.1109/TIA.1981.4503992
  • Steinke J.K., Steimer P.K. Medium Voltage Drive Converter for Industrial Applications in the Power Range from 0.5 MW to 5 MW Based on a Three-Level Converter Equipped with IGCTs // IEE Seminar PWM Medium Voltage Drives (Ref. No. 2000/063). 2000. DOI: 10.1049/ic:20000338
  • Comparison of State of the Art Multilevel Inverters / P. Panagis, F. Stergiopoulos, P. Marabeas, S. Manias // 2008 IEEE Power Electronics Specialists Conference. 2008. P. 4296–4301. DOI: 10.1109/PESC.2008.4592633
  • Gorozhankin A.N., Dudkin M.M. Algorithms and Control Systems for Electric Drives of Cold Pipe-Rolling Mills // Russian Electrical Engineering. 2020. No. 91 (7). P. 440–446. DOI: 10.3103/S1068371220070068
  • Принципы построения векторной широтно-импульсной модуляции для трехуровневого инвертора / И.Р. Абулвелеев, Т.Р. Храмшин, Г.П. Корнилов, Г.В. Никифоров // Электротехнические системы и комплексы. 2016. № 4 (33). C. 72–77. DOI: 10.18503/2311-8318-2016-4(33)-72-77
  • Piao C., Hung J.Y. A simplified space vector PWM algorithm for three-level NPC VSI // SoutheastCon 2015. Fort Lauderdale, FL, USA, 2015. P. 1–8. DOI: 10.1109/SECON.2015.7132961
  • Improved Virtual Space Vector Modulation for Three-Level Neutral-Point-Clamped Converter with Feed-back of Neutral-Point Voltage / C.-Q. Xiang, C. Shu, D. Han, B.-K. Mao, X. Wu, T.-J. Yu // IEEE Transactions on Power Electronics. 2018. Vol. 33, no. 6. P. 5452–5465. DOI: 10.1109/TPEL.2017.2737030
  • Bhalodi K.H., Agrawal P. Space Vector Modulation with DC-Link Voltage Balancing Control for Three-Level Inverters // 2006 International Conference on Power Electronic, Drives and Energy Systems. New Delhi, India; 2006. P. 1–6. DOI: 10.1109/PEDES.2006.344424
  • Abdulveleev I.R., Khramshin T.R., Kornilov G.P. Space-vector pulse-width modulation of a three-level NPC-inverter at low switching frequency // 2016 IEEE NW Russia Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering Conference (EIConRusNW). St. Petersburg, Russia; 2016. P. 476–481. DOI: 10.1109/EIConRusNW.2016.7448226
  • A Virtual Space Vector Modulation Technique for the Reduction of Common-Mode Voltages in Both Magnitude and Third-Order Component / K. Tian, J. Wang, B. Wu, Z. Cheng, N.R. Zargari // IEEE Transactions on Power Electronics. 2016. Vol. 31, no. 1. P. 839–848. DOI: 10.1109/TPEL.2015.2408812
  • Шишков А.Н., Дудкин М.М., Ле В.К. Влияние последовательностей переключений на баланс напряжения нейтральной точки в трёхуровневом инверторе напряжения // Известия МГТУ «МАМИ». 2023. Т. 17, № 2. С. 195–205. DOI: DOI: 10.17816/2074-0530-125204
  • Кильдияров Р.Р. Преобразование Кларка в электроприводе // 2-я Международная научная конференция перспективных разработок молодых ученых «Школа молодых новаторов». 2021. C. 228–231.
  • The Nearest Three Virtual Space Vector PWM – a Modulation for the Comprehensive Neutral-Point Balancing in the Three-Level NPC Inverter / S. Busquets-Monge, J. Bordonau, D. Boroyevich, S. Somavilla // IEEE Power Electronics Letters. 2004. Vol. 2, no. 1. P. 11–15. DOI: 10.1109/LPEL.2004.828445
  • Wu B., Narimani M. High-Power Converters and AC Drives. 2nd ed. Wiley-IEEE Press, 2016. 480 p. ISBN: 978-1-119-15606-2.
  • Chaiyot R., Kinnares V., Kittiratsatcha S. Comparison of Vector Control of Two-Phase Induction Motor Using Continuous and Discontinuous SVPWM in Terms of Switching Losses Investigations // 2017 International Electrical Engineering Congress (iEECON). 2017. DOI: 10.1109/IEECON.2017.8075765
  • Space Vector Modulation for Neutral Point Clamped Multilevel Inverter with Even Order Harmonic Eli-mination / D.W. Feng, B. Wu, S. Wei, D. Xu // Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering 2004 (IEEE Cat. No. 04CH37513). 2004. P. 1471–1475. DOI: 10.1109/CCECE.2004.1349682
  • Neutral Point Voltage Balance Based on Space-Vector PWM with Five-Stage Sequence for Three-Level Voltage Inverter / A.N. Shishkov, M.M. Dudkin, V.K. Le, N.A. Eremin // 2023 International Russian Smart Indus-try Conference (SmartIndustryCon). 2023. P. 586–592. DOI: 10.1109/SmartIndustryCon57312.2023.10110815
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp