priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-12-874-885pribor-204Research ArticleЭЛЕКТРОННЫЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВАELECTRONIC AND ELECTROMAGNETIC DEVICESМинимизация пульсаций электромагнитного момента в пятифазном асинхронном электроприводеMinimization of electromagnetic torque pulsations in a five- phase asynchronous electric driveТомасовВ. С.TomasovV. S.

Валентин Сергеевич Томасов — канд. техн. наук, доцент, факультет систем управления и робототехники; профессор

Санкт-Петербург

Valentin S. Tomasov — PhD, Associate Professor, Faculty of Control Systems and Robotics; Professor

St. Petersburg

tomasov@ets.ifmo.ruУсольцевА. А.UsoltsevA. A.

Александр Анатольевич Усольцев — канд. техн. наук, доцент, факультет систем управления и робототехники; доцент

Санкт-Петербург

Aleksander A. Usoltsev — PhD, Associate Professor, Faculty of Control Systems and Robotics; Associate Professor

St. Petersburg

uaa@ets.ifmo.ruВертегелД. А.VertegelA. D.

Денис Александрович Вертегел — аспирант, факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Post-Graduate Student, Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

vertegeldenis@gmail.comУниверситет ИТМОITMO University2022011220246512874885Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/204

Рассматривается задача алгоритмической минимизации пульсаций электромагнитного момента в пятифазном асинхронном электроприводе. Предложены принцип построения алгоритма пространственно-векторной модуляции с монотонной траекторией годографа вектора выходного напряжения и алгоритм, позволяющий снизить пульсации момента в диапазоне регулирования частоты вращения 100:1 в среднем более чем в два раза, а в области низких частот вращения — более чем в десять раз, по сравнению с основным алгоритмом, используемым в настоящее время. Это позволяет рассматривать пятифазный асинхронный электропривод в качестве альтернативы синхронному приводу в задачах прецизионного регулирования координат движения. Однако при частоте вращения выше половины номинальной наблюдаются резонансные явления, приводящие к пульсациям момента до 30 %, что требует принятия особых мер и может полностью исключить возможность применения такого привода для целого ряда задач.

The problem of algorithmic minimization of electromagnetic torque pulsations in a five-phase asynchro- nous electric drive is considered. The principle of constructing an algorithm for space-vector modulation with a monotonic trajectory of the hodograph of the output voltage vector and an algorithm that makes it possible to reduce the torque rip- ples in the speed control range of 100:1 by an average of more than two times, and in the region of low speeds by more than ten times compared to the main algorithm currently in use, are proposed. This allows to consider a five-phase asyn- chronous electric drive as an alternative to a synchronous drive in the tasks of precision control of the movement coordi- nates. However, at a rotation frequency above half the nominal, resonant phenomena are observed, leading to torque ripples up to 30 %, which requires special measures and can completely exclude the possibility of using such a drive for a number of tasks.

пятифазный приводалгоритм модуляциипульсации моментаминимизация пульсаций моментаfive-phase drivemodulation algorithmtorque pulsationsminimization of the torque pulsationsРабота выполнена при поддержке программы „Приоритет 2030“This research was supported by Priority 2030 Federal Academic Leadership ProgramReferencesDuran M. J., Levi E. Multi-dimensional approach to multi-phase space vector modulation // Proc. IEEE Annual Conf of the Industrial Electronics Society IECON. Paris, France, 2006. P. 2103—2108.Duran M.J., Levi E. Proc. IEEE Annual Conf of the Industrial Electronics Society IECON, Paris, France, 2006, pp. 2103–2108.Duran M. J., Barrero F., Toral S., Levi E. Multi-dimensional space vector pulse width modulation scheme for fivephase series-connected two-motor drives // Proc. IEEE Intern. Electric Machines and Drives Conf. IEMDC. Antalya, Turkey, 2006.Duran M.J., Barrero F., Toral S., Levi E. Proc. IEEE Int. Electric Machines and Drives Conf. IEMDC, Antalya, Turkey, 2006.Duran M. J., Toral S., Barrero F. Real-Time Implementation of Multi-Dimensional Five-Phase Space Vector PWM Using Look-Up Table Techniques // 33rd Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON). Taipei, Taiwan, 5—8 November 2007. P. 1518—1523.Duran M.J., Toral S., Barrero F. The 33rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON), Taipei, Taiwan, November 5–8, 2007, pp. 1518–1523.López O., Dujic D., Jones M., Freijedo F. D., Doval-Gandoy J., Levi E. Multidimensional Two-Level Multiphase Space Vector PWM Algorithm and Its Comparison with Multifrequency Space Vector PWM Method // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2011. Vol. 58, N 2, February. P. 465—475.López O., Dujic D., Jones M., Freijedo F.D., Doval-Gandoy J., Levi E. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2011, no. 2(58), pp. 465–475.Lega A., Mengoni M., Serra G., Tani A., Zarri L. General Theory of Space Vector Modulation for Five-Phase Inverters // 2008 IEEE Intern. Symp. on Industrial Electronics. Cambridge, UK, 30 June—2 July 2008. P. 237—244.Lega A., Mengoni M., Serra G., Tani A., Zarri L. 2008 IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 30 June–2 July 2008, Cambridge, UK, pp. 237–244.Barton T. H., Dunfield C. J. Poly-phase to two axis transformation for real windngs // IEEЕ Trans, Power App. Sys. 1968. Vol. PAS87, N 5. P. 1342—1346.Barton T.H., Dunfield C.J. IEEЕ Trans, Power App. Sys., 1968, no. 5(PAS87), pp. 1342–1346.Paap G. C. Symmetrical Components in the Time Domain and Their Application to Power Network Calculations // IEEE Trans. on Power Sys. 2000. Vol. 15, N 2. P. 522—528.Paap G.C. IEEE Trans. on Power Sys., 2000, no. 2(15), pp. 522–528.Ryu H. M., Kim J. H., Sul S. K. Analysis of multi-phase space vector pulse width modulation based on multiple d-q spaces concept // IEEE Trans. on Power Electronics. 2005. Vol. 20, N 6. P. 1364—1371.Ryu H.M., Kim J.H., Sul S.K. IEEE Trans. On Power Electronics, 2005, no. 6(20), pp. 1364–1371.Levi E., Bojoi R., Profumo F., Toliyat H. A., Williamson S. Multiphase induction motor drives—A technology status review // IET Elect. Power Appl. 2007. Vol. 1, N 4. P. 489—516.Levi E., Bojoi R., Profumo F., Toliyat H.A., Williamson S. IET Elect. Power Appl., 2007, no. 4(1), pp. 489–516.Zulkifli M. S. B., Munim W. N. B. W. A., Haris H. C. M. Five Phase Space Vector Modulation Voltage Source Inverter Using Large Vector Only // Intern. Symp. on Computer Applications and Industrial Electronics (ISCAIE 2012). Kota, 3—4 December 2012. P. 1—5.Zulkifli M.S.B., Munim W.N.B.W.A., Haris H.C.M. International Symposium on Computer Applications and Industrial Electronics (ISCAIE 2012), December 3–4, 2012, Kota, pp. 1–5.Dujic D., Jones M., Levi E., Prieto J., Barrero F. Switching Ripple Characteristics of Space Vector PWM Schemes for Five-Phase Two-Level Voltage Source Inverters—Part 1: Flux Harmonic Distortion Factors // IEEE Trans. Ind. Electronic. 2011. Vol. 58, N 7. July.Dujic D., Jones M., Levi E., Prieto J., Barrero F. IEEE Trans. Ind. Electronic, 2011, no. 7(58), July.Iqbal A., Levi E. Space vector modulation schemes for a five-phase voltage source inverter. Dresden, EPE, 2005.Iqbal A., Levi E. Space vector modulation schemes for a five-phase voltage source inverter, Dresden, EPE, 2005.Tomasov V. S., Usoltsev A., Vertegel D., Szczepankowski P., Strzelecki R., Poliakov N. Optimized Space-Vector Modulation Schemes for Five-Phase Precision Low-Speed Drives with Minimizing the Stator Current Ripple // 14th Intern. Conf. on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering. 2020. P. 279—284.Tomasov V.S., Usoltsev A., Vertegel D., Szczepankowski P., Strzelecki R., Poliakov N. 14th International Conference on Compatibility, Power Electronics and Power Engineering 2020, 2020, pp. 279–284.Томасов В. С., Усольцев А. А., Вертегел Д. А., Денисов К. М. Исследование пульсаций электромагнитного момента в прецизионном сервоприводе при синусоидальной широтно-импульсной модуляции // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19, № 2(120). С. 359—368.Tomasov V.S., Usoltcev A.A., Vertegel D.A., Denisov K.М. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2019, no. 2(19), pp. 359–368 (in Russ.)Томасов В. С., Усольцев А. А., Вертегел Д. А. Особенности использования многоуровневых инверторов в системах прецизионного сервопривода // Изв. вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 12. С. 1052—1059.Tomasov V.S., Usoltcev A.A., Vertegel D.A. Journal of Instrument Engineering, 2018, no. 12(61), pp. 1052–1059. (in Russ.)Tomasov V. S., Usoltcev A. A., Vertegel D. A., Strzelecki R. Space vector modulation in multilevel inverters of the servo drives of the trajectory measurements telescopes // Изв. вузов. Приборостроение. 2017. Т. 60, № 7. С. 624—636.Tomasov V.S., Usoltcev A.A., Vertegel D.A., Strzelecki R. Journal of Instrument Engineering, 2017, no. 7(60), pp. 624–636.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.