priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-1-36-43pribor-211Research ArticleЭЛЕКТРОННЫЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСТРОЙСТВАELECTRONIC AND ELECTROMAGNETIC DEVICESПрецизионный электропривод на базе многофазного синхронного двигателяPrecision electric drive based on a multi-phase synchronous motorВертегелД. А.VertegelD. A.

Денис Александрович Вертегел — аспирант, факультет систем управления и робототехники

Санкт-Петербург

Denis A. Vertegel — PhD Student, Faculty of Control Systems and Robotics

St. Petersburg

vertegeldenis@gmail.comУниверситет ИТМОITMO University2022011220246513643Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/211

Рассматриваются системы прецизионного электропривода для робототехнических комплексов, к которым предъявляются жесткие требования по допустимому уровню пульсаций электромагнитного момента. Одновременно с этим необходимо обеспечивать широкий диапазон регулирования скорости. Эти требования не могут быть удовлетворены только за счет совершенствования алгоритмов управления, так как ограничивающими факторами являются диапазон регулирования выходного напряжения, а также импульсной характер работы инвертора напряжения. Снижение уровня пульсаций выходного тока и напряжения может быть достигнуто путем применения многоуровневых топологий инверторов, совмещающих свойства широтно-импульсной и амплитудно-импульсной модуляции, что обусловлено увеличением числа уровней выходного напряжения. В качестве альтернативы многоуровневым топологиям предлагается рассмотреть многофазные топологии инверторов, которые свободны от ряда недостатков традиционных многоуровневых топологий и позволяют при этом увеличить число уровней выходного напряжения.

Precision electric drive systems for robotic complexes are considered. Such systems are subject to increasingly stringent requirements for the permissible level of electromagnetic torque pulsations. At the same time, it is necessary to provide a wide range of speed control. These requirements cannot be satisfied only by improving the control algorithms, since the limiting factors are the range of output voltage regulation, as well as the pulsed nature of the voltage inverter operation. Reducing the level of output current and voltage ripples can be achieved by using multi-level inverter topologies that combine the properties of pulse-width and pulse-amplitude modulation, which is due to an increase in the number of output voltage levels. As an alternative to multi-level topologies, it is proposed to consider multiphase inverter topologies, which are free from a number of disadvantages of traditional multi-level topologies and at the same time allow increasing the number of output voltage levels.

многофазный электроприводмногоуровневые инверторы напряженияпространственно-векторная модуляцияпульсации электромагнитного моментакоэффициент вариациипрецизионный электроприводmultiphase electric drivemultilevel voltage invertorsspace-vector modulationtorque pulsationscoefficient of variationprecision electric driveReferencesTomasov V. S., Usoltsev A., Vertegel D., Szczepankowski P., Strzelecki R. Asymmetric modes in multiphase electric drives // 11th Intern. Conf. on Electrical Power Drive Systems, ICEPDS 2020. 2020.Tomasov V.S., Usoltsev A., Vertegel D., Szczepankowski P., Strzelecki R. 11th International Conference on Electrical Power Drive Systems, ICEPDS 2020, 2020.Вертегел Д. А., Усольцев А. А., Томасов В. С. Прецизионный электропривод на базе многофазного инвертора с пространственно-векторной модуляцией // Изв. вузов. Приборостроение. 2020. Т. 63, № 7. С. 600—610.Vertegel D.A., Usoltsev A.A., Tomasov V.S. Journal of Instrument Engineering, 2020, no. 7(63), pp. 600–610. (in Russ.)Lega A., Mengoni M., Serra G., Tani A., Zarri L. General theory of space vector modulation for five-phase inverters // IEEE Intern. Symp. on Industrial Electronics. 2008. P. 237—244.Lega A., Mengoni M., Serra G., Tani A. and Zarri L. IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 2008, pp. 237–244.Iqbal A., Levi E. Space vector modulation schemes for a five-phase voltage source inverter // European Conf. on Power Electronics and Applications, Dresden, Germany, 2005. P. 12.Iqbal A., Levi E. 2005 European Conference on Power Electronics and Applications, Dresden, 2005, pp. 12.Parsa L. On advantages of multi-phase machines // IECON Proc. 2005. P. 1574—1579.Parsa L. IECON Proceedings, 2005, pp. 1574–1579Levi E. Multiphase electric machines for variable-speed applications // IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2008. Vol. 55, N 5. P. 1893—1909.Levi E. IEEE Trans. Ind. Electron., 2008, vol. 55, no. 5, pp. 1893–1909.Duran 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 Conference 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. Proceedings IEEE Int. Electric Machines and Drives Conference IEMDC, Antalya, Turkey, 2006.Barton T. H., Dunfield C. J. Poly-phase to two axis transformation for real windngs // IEEE Trans. on Power App. Syst., PAS87(5). 1968. P. 1342—1346.Barton T. H., Dunfield C. J. IEEЕ Transactions on Power Power App. Sys., PAS87(5), 1968, pp. 1342–1346.Paap G. C. Symmetrical Components in the Time Domain and Their Application to Power Network Calculations // IEEE Trans. on Power Syst. 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 Transactions on Power Electronics, 2005, no. 6(20), pp. 1364–1371.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.Усольцев А. А. Современный асинхронный электропривод оптико-механических комплексов: Учеб. пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2011.Usoltsev A.A. Sovremennyy asinkhronnyy elektroprivod optiko-mekhanicheskikh kompleksov (Modern Asynchronous Electric Drive of Optical-Mechanical Complexes), St. Petersburg, 2011. (in Russ.)

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