Doktorant stworzył uniwersalny algorytm modulacji wektorowej dla falowników | Politechnika Gdańska

Promotorem pracy pt. „Strategia modulacji szerokości impulsów dla trójpoziomowego, pięciofazowego falownika napięcia z diodami poziomującymi z możliwością balansowania napięcia obwodu pośredniczącego” jest prof. Arkadiusz Lewicki z Wydziału Elektrotechniki i Automatyki.

Rozprawa doktorska obejmuje opracowanie metody modulacji opartej o założenia modulacji wektorowej, umożliwiającej niezależne formowanie dwóch wektorów napięcia wyjściowego w trójpoziomowym, pięciofazowym falowniku napięcia z diodami poziomującymi.

– Rozwiązanie znajdzie zastosowanie przy zasilaniu silników pięciofazowych, gdzie powinna być zapewniona możliwość zwiększenia momentu elektrycznego przez odpowiednie „wstrzykiwanie” prądu trzeciej harmonicznej. Otwiera też możliwość niezależnego sterowania dwoma silnikami zasilanymi z pojedynczego falownika – tłumaczy naukowiec.

Proponowane rozwiązanie pozwala na niezależne formowanie napięć wyjściowych przy minimalnej ilości przełączeń tranzystorów, a jednocześnie umożliwia sterowanie rozkładem napięcia na kondensatorach obwodu pośredniczącego.

Badania zostały przeprowadzone z wykorzystaniem trójpoziomowego pięciofazowego falownika z diodami poziomującymi (Neutral Point Clamping – NPC). Falowniki trójpoziomowe NPC (w wersji trójfazowej) są powszechnie wykorzystywane w aplikacjach przemysłowych. Falowniki o takiej topologii są używane w zakresie średnich napięć, gdzie umożliwiają formowanie napięć wyjściowych większych od napięcia blokowania półprzewodników. W aplikacji niskiego napięcia mogą one zastąpić powszechnie używane falowniki dwupoziomowe. Falowniki trójpoziomowe mogą być budowane z wykorzystaniem tańszych tranzystorów o niższym napięciu blokowania. Głównym problemem, który należy rozwiązać w wielofazowych wielopoziomowych falownikach napięcia jest utrzymanie (najlepiej) jednakowych napięć na kondensatorach obwodu pośredniczącego oraz poprawne generowanie wielu wektorów napięcia wyjściowego zarówno przy symetrii jak i asymetrii napięć na kondensatorach w obwodzie DC  

– Korzyści wynikające z zastosowania napędów wielofazowych rosną wraz ze wzrostem liczby faz, chociaż w ograniczonym zakresie, ponieważ wraz ze wzrostem liczby faz drastycznie zwiększa się złożoność algorytmów sterowania i wymagania obliczeniowe. W przypadku falowników siedmiofazowych, pojedynczy trójpoziomowy falownik NPC z 28 tranzystorami może zastąpić 3 falowniki trójfazowe zbudowane z (w sumie) 36 tranzystorów.  W rezultacie taki układ napędowy może być tańszy w produkcji – podkreśla Dmytro Kondratenko. – Takie napędy mają szansę na spopularyzowanie w aplikacjach przemysłowych. Opracowany algorytm modulacji wektorowej będzie mógł być wykorzystywany w obu rozwiązaniach – w wielofazowym falowniku zasilającym pojedynczy silnik wielofazowy o zwiększonym momencie napędowym, jak również w pojedynczym falowniku zasilającym niezależnie sterowanych silników.

Trzy prace, trzy języki

W 2018 roku naukowiec po studiach inżynierskich na Politechnice Kijowskiej przyjechał kontynuować naukę na Politechnice Gdańskiej. Obronił dwie prace magisterskie – na uczelni kijowskiej i gdańskiej. To było wyzwanie ponieważ pracę magisterską pisał w dwóch językach – po polsku i w języku ojczystym, natomiast wymaganiem pracy doktorskiej było z kolei napisanie jej w języku angielskim.

Obecnie, czekając na obronę doktoratu naukowiec pracuje jako asystent naukowo- dydaktyczny na wydziale WEiA. Od nowego roku akademickiego obejmie funkcję adiunkta. Jest też członkiem zespołu badawczego w projekcie realizowanym w programie – Opracowałem koncepcję układów wielosilnikowych, gdzie z jednego falownika zasilamy np. dwa silniki i chcę te badania rozwijać. Będę aplikował o dofinansowanie w projektach badawczych. To temat, który można prowadzić wielokierunkowo, a planów naukowych mi nie brakuje – podkreśla naukowiec. – Badania to moja pasja, ale również cieszą mnie zajecia dydaktyczne, czego kiedyś bym się nie spodziewał. Po semestrze prowadzenia zajęć mogę powiedzieć, że naprawdę mi się to podoba. Moim patentem jest dawanie studentom przestrzeni i czasu na rozwiązywanie problemów naukowych własnymi siłami. Chcę by sami dochodzili do rozwiązań i konkluzji, ale oczywiście jestem przy nich i służę pomocą. I widzę, że takie podejście przynosi efekty.