ОПТИМАЛЬНАЯ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНАЯ МОДУЛЯЦИЯ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Рассмотрен процесс широтно-импульсной модуляции в системе преобразователь - электродвигатель. Отмечается, что основной задачей широтно-импульсной модуляции напряжения, формируемого электронно-ключевым преобразователем в системе преобразователь - электродвигатель, является снижение пульсаций тока на периоде модуляции. Доказано, что динамический процесс изменения тока в электрической машине на периоде широтно-импульсной модуляции можно аппроксимировать R, L-фильтром. Установлено, что важнейшей задачей широтно-импульсной модуляции является минимизация ошибки модуляции по току в электродвигателе. Выполнен анализ возможных критериев оценки качества процесса модуляции в системах управления электроприводом. Показано, что в качестве критерия оптимальности для оценки качества модуляции в системе преобразователь - электродвигатель целесообразно использовать интегральный квадратичный критерий относительной ошибки, названный локальной дисперсией тока, а также среднее значение локальной дисперсии тока на периоде модулирующей функции, названное интегральной дисперсией тока. Рассмотрен процесс однофазной модуляции на однофазной нагрузке. Получены аналитические оценки дисперсии тока нагрузки для данного процесса. Записано условие, при котором дисперсия тока принимает минимальное значение. Исследована эффективность оптимизации широтно-импульсной модуляции по критерию дисперсии тока. В качестве базового значения дисперсии принята средняя дисперсия токов в нагрузке при центрально-симметричном расположении импульсов на интервале модуляции. Получено выражение, позволяющее оценить эффективность оптимизации дисперсии тока с учетом приращения центра интервала модуляции. Построена зависимость, иллюстрирующая эффективность оптимизации по критерию смещения импульсов относительно центра интервала широтно-импульсной модуляции от относительной частоты модуляции при различных амплитудах модулирующего напряжения. Получено выражение для оценки среднего значения локальной дисперсии тока на полупериоде модулирующей функции.

широтно-импульсная модуляция, система преобразователь - электродвигатель, критерий оптимальной модуляции, дисперсия тока нагрузки

1. 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.

2. Белоусов И. В. Мера качества широтно-импульсной модуляции / И. В. Белоусов, В. Ф. Самосейко, А. В. Саушев // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». - 2018. - Т. 1. - С. 310-312.

3. Hava A. M. A Generalized Scalar PWM Approach with Easy Implementation Features for Three-Phase, Three-Wire Voltage-Source Inverters/ A. M. Hava, N. O. Çetin// IEEE Transactions on Power Electronics. - 2010. - Vol.26. - Is. 5. - Pp. 1385-1395. DOI: 10.1109/TPEL.2010.2081689.

4. Kwasinski A. Time Domain Comparison of Pulse-Width Modulation Schemes / A. Kwasinski, P. T. Krein, L. Chapman // IEEE Power electronics letters. - 2003. - Vol. 1. - Is. 3. - Pp. 64-68. DOI: 10.1109/LPEL.2003.822370.

5. Mao X. Optimal variable switching frequency scheme for reducing switchingloss in single-phase inverters based on time-domain ripple analysis / X. Mao, R. Ayyanar, H. K. Krishnamurthy // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2009. - Vol. 24. - Is. 4. - Pp. 991-1001. DOI: 10.1109/TPEL.2008.2009635.

6. Булатов О. Г. Автономные тиристорные инверторы с улучшенной формой выходного напряжения / О. Г. Булатов, В. И. Олещук. - Кишинев: Штиинца, 1980. - 113 с.

7. Смоляков С. В. Оптимальное регулирование выходного напряжения преобразователей частоты при широтно-импульсной модуляции / С. В. Смоляков, В. О. Костенко // Проблемы преобразовательной техники. - Киев: ИЭД АН УССР, 1983. - Ч. 2. - C. 15-18.

8. Hava A. M. A High Performance Generalized Discontinuous PWM Algorithm/ A. M. Hava, R. J. Kerkman, T. A. Lipo// IEEE Transactions on Industry applications. - 1998. - Vol. 34. - Is. 5. - Pp. 1059-1071. DOI: 10.1109/28.720446.

9. Орлов Ю. И. Поисковый алгоритм оптимизации выходного напряжения инвертора / Ю. И. Орлов, Ю. Н. Петренко // Техническая электродинамика. - 1986. - № 4. - C. 50-57.

10. Tan G. An optimized SVPWM strategy for five-level active NPC (5L-ANPC) converter / G. Tan, Deng, Z. Liu // IEEE Transactions on power electronics. - 2013. - Vol. 29. - Is. 1. - Pp. 386-395. DOI: 10.1109/TPEL.2013.2248172.

11. Писарев А. Л. Управление тиристорными преобразователями / А. Л. Писарев, Л. П. Деткин. - М.: Энергия, 1975. - 264 с.

12. Samoseiko V. F. Optimized Single-Phase Pulse-Width Modulation / V. F. Samoseiko, I. V. Belousov, A V. Saushev // 2018 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). - IEEE, 2018. - Pp. 1-4. DOI: 10.1109/RUSAUTOCON.2018.8501699.

13. Belousov I. V. Optimal Pulse-Width Modulation with Three Bridges on Criterion of Power Losses at Load / I. V. Belousov, V. F. Samoseiko, A. V. Saushev // 2019 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). - IEEE, 2019. - Pp. 1-4. DOI: 10.1109/ICIEAM.2019.8743011.

14. Belousov I. V. Optimal Double-Half bridge Pulse Width Modulation by Current-Dispersion Criterion / I. V. Belousov, V. F. Samoseiko, A. V. Saushev // 2019 26th International Workshop on Electric Drives: Improvement in Efficiency of Electric Drives (IWED). - IEEE, 2019. - Pp. 1-6. DOI: 10.1109/IWED.2019.8664344.