Аннотация
В рамках данного исследования была выдвинута гипотеза о том, что применение широтно-импульсной модуляции с выбо-рочным подавлением гармоник (SHE PWM) в сочетании с пассивным LC-фильтром позволит обеспечить формирование сину-соидального тока для проведения испытаний асинхронных тяговых двигателей при одновременном соблюдении строгих норм по коэффициенту нелинейных искажений и минимизации коммутационных потерь. Целью работы являлось подтверждение эффективности предложенного подхода на базе трехуровневого автономного инвертора напряжения. Для достижения постав-ленной цели было проведено математическое моделирование электромагнитных процессов в системе «трехуровневый автономный инвертор — асинхронный тяговый двигатель» без фильтра и с его последующим введением. В качестве метода формирования выходного сигнала применялась SHE PWM с контролем трёх низших гармоник. Расчёт углов переключения силовых ключей выполнялся методом Ньютона – Рафсона. Для подавления высших гармоник в схему был интегрирован LC-фильтр с частотой среза 500 Гц (Lf = 200 мкГн, Cf = 506,61 мкФ). В ходе экспериментов было установлено, что использование SHE PWM без фильтра позволяет снизить коэффициент нелинейных искажений. Внедрение LC-фильтра позволило практически полностью подавить неконтролируемые высшие гармоники. Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности создания энергоэффективных испытательных стендов для высокоскоростных асинхронных тяговых приводов. Разработанная система обеспечивает высокое качество питающего напряжения при низких тепловых потерях в полупроводниках, что способствует продлению ресурса оборудования и гарантирует соответствие характеристик тягового двигателя паспортным дан-ным в условиях, приближенных к реальным эксплуатационным режимам.
Ключевые слова
асинхронный тяговый двигатель (АТД), испытания на синусоидальном токе, автономный инвертор напряжения, трехуровневый инвертор, широтно-импульсная модуляция (ШИМ), SHE PWM, коэффициент нелинейных искажений, гармонический состав тока
1. Асинхронный тяговый привод локомотивов: учеб. посо-бие / Андрющенко А.А., Бабков Ю.В., Зарифьян А.А., Кашников Г.Ф., Колпахчьян П.Г., Перфильев К.С., Янов В.П. М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по обра-зованию на железнодорожном транспорте», 2013. 413 с.
2. Induction motor stator current spectral content under sinusoidal and PWM excitation / L. Aarniovuori, H. Karkkainen, M. Niemela, J. Pyrhonen // 2017 19th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'17 ECCE Europe). Warsaw, Poland, 2017. Pp. 1-10. doi: 10.23919/EPE17ECCEEurope.2017.8099318
3. Estimation of Switching Angles by Using PSO of Three Phase Voltage Source Inverter / B. Patra, B. Kumar, J. Yadajiri, A. Dasgupta // International Journal of Modeling and Op-timization. 2012. Vol. 2(4). Pp. 513-517. doi: 10.7763/IJMO.2012.V2.173
4. Holmes G., Lipo T.A. Pulse Width Modulation for Power Converters: Principles and Practice. Wiley-IEEE Press, 2003. 744 p.
5. Xie Q., Liang Z., Wang W. Research on PWM Modulation Strategy of High-Power Permanent Magnet Synchronous Traction System // Lecture Notes in Electrical Engineering. 2019. Vol 638. Pp. 769-776. doi: 10.1007/978-981-15-2862-0_74
6. Yuan G., Chen D. Multi-Mode PWM Scheme for Locomotive Traction // 2018 21st International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). Jeju, Korea (South), 2018. Pp. 1357-1362. doi: 10.23919/ICEMS.2018.8549058
7. Исследование системы испытаний асинхронных тяговых двигателей на синусоидальном токе / Т.С. Титова, А.М. Евстафьев, П.Г. Колпахчьян, А.А. Калинина, С.А. Пахо-мин // Известия высших учебных заведений. Электроме-ханика. 2025. Т. 68. № 4. С. 17-24. doi: 10.17213/0136-3360-2025-4-17-24
8. Patel H.S., Hoft R.G. Generalized harmonic elimination and voltage control in thyristor inverters. Part 1. Harmonic elimi-nation //IEEE Transactions on Industry Applications. 1973. Vol. IA-9. No. 3. 310-317. doi: 10.1109/TIA.1973.349908
9. Madichetty S., Rambabu M., Dasgupta A. Selective harmonic elimination: Comparative analysis by different optimization methods // 2014 IEEE 6th India International Conference on Power Electronics (IICPE). IEEE, 2014. Pp. 1-6. doi: 10.1109/IICPE.2014.7115862
10. Grid-Tie Inverter Intellectual Control for the Autonomous Energy Supply System Based on Micro-gas Turbine / P.G. Kolpakhchyan, A.R. Shaikhiev, A.E. Kochin, M.S. Podbe-reznaya // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2019. Vol. 875. Pp. 399-408. doi: 10.1007/978-3-030-01821-4_42
11. ГОСТ 32144-2013. Нормы качества электрической энер-гии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014. 20 с.
12. A complete solution to the harmonic elimination problem / J.N. Chiasson, L.M. Tolbert, K.J. McKenzie, Z. Du // IEEE Transactions on Power Electronics. 2004. Vol. 19. No. 2. Pp. 491-499. doi: 10.1109/TPEL.2003.823207.
Исследование системы испытаний асинхронных тяго-вых двигателей на синусоидальном токе с применени-ем широтно-импульсной модуляции с выборочным подавлением гармоник / Титова Т.С., Евстафьев А.М., Колпахчьян П.Г., Калинина А.А. // Электротехниче-ские системы и комплексы. 2026. № 2(71). С. 4-8. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2026-2(71)-4-8
© Титова Т.С., Евстафьев А.М., Колпахчьян П.Г., Калинина А.А. 2026 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License