Аннотация
В настоящее время для автономных инверторов напряжения (АИН) широко применяются методы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) с фиксированными интервалами следования импульсов в пределах опорной несущей частоты. К данным методам относятся хорошо известные синусоидальная ШИМ и пространственно-векторная ШИМ. Однако существует альтернативный метод ШИМ, при котором отдельные импульсы не ограничиваются периодом квантования опорного несущего сигнала, а могут изменяться по ширине и положению на полном периоде сигнала выходного напряжения АИН в рамках установленной симметрии. Данный метод в зарубежной литературе имеет название Programmed Pulse Pattern PWM – ШИМ с запрограммированной последовательностью импульсов (ЗПИ). В данной статье будет проведен анализ ЗПИ ШИМ с удалением выделенных гармоник (УВГ) для двухуровневых (2У) форм выходного напряжения АИН. УВГ является одним из самых ранних и распространённых способов реализации ШИМ с ЗПИ, который направлен на постепенное удаление гармоник низшего порядка в соответствии с заданным количеством переключений полупроводниковых модулей. В результате проведенных исследований были рассчитаны шесть ЗПИ с УВГ для обладающих четвертьволновой симметрией 2У форм напряжения АИН, начиная от 5-й и 7-й гармоник (при трёх переключений) и заканчивая 35-й и 37-й гармониками (при тринадцати переключений). Наборы ЗПИ были графически представлены в виде зависимостей углов переключений полупроводниковых модулей АИН от коэффициента модуляции. В работе исследованы спектры и коэффициенты суммарных гармонических искажений до 50-й гармоники выходного напряжения АИН на интервале изменения коэффициента модуляции от 0 до 1,15 с шагом 0,01. Наиболее значимыми результатами проведённого исследования являются полученные зависимости индивидуальных гармонических составляющих от коэффициента модуляции. Проведенные исследования перспективны при разработке методов ЗПИ ШИМ с УВГ для силовых преобразователей с ограниченной частотой переключений полупроводниковых модулей, решения проблем обеспечения их электромагнитной совместимости, повышения энергоэффективности и оптимизации потерь мощности.
Ключевые слова
силовая преобразовательная техника, широтно-импульсная модуляция, запрограммированная последовательность импульсов, удаление выделенных гармоник, автономный инвертор напряжения
1. Dahidah M.S.A., Konstantinou G., Agelidis V.G. A review of multilevel selective harmonic elimination PWM: Formulations, solving algorithms, implementation and applications // IEEE Transactions on Power Electronics. 2015. Vol. 30. No. 8. Pp. 4091-4106. doi: 10.1109/TPEL.2014.2355226
2. Agelidis V.G., Balouktsis A., Balouktsis I. On applying a minimization technique to the harmonic elimination PWM control: The bipolar waveform // IEEE Transactions on Power Electronics. 2004. Vol. 2. No. 2. Pp. 41-44. doi: 10.1109/LPEL.2004.831157
3. Multiple sets of solutions for harmonic elimination PWM bipolar waveforms: Analysis and experimental verification / V.G. Agelidis, A. Balouktsis, I. Balouktsis, C. Cossar // IEEE Transactions on Power Electronics. 2006. Vol. 21. No. 2. Pp. 415-421. doi: 10.1109/TPEL.2005.869752
4. Digital implementation of selective harmonic elimination techniques in modular current source rectifier / J.I. Guzman, P.E. Melin, J.R. Espinoza, L.A. Moran, C.R. Baier, J.A. Munoz, G.A. Guinez // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2013. Vol. 9. No. 2. Pp. 1167-1177. doi: 10.1109/TII.2012.2210232
5. Enjeti P.N., Lindsay J.F. Solving nonlinear equations of harmonic elimination PWM in power control // IEEE Electronics Letters. 1987. Vol. 23. No. 12. Pp. 656-657. doi: 10.1049/el:19870469
6. Holmes D.G., Lipo T.A. Pulse Width Modulation for Power Converters: Principles and Practice. Wiley-IEEE Press, 2003. 744 p.
7. Konstantinou G., Agelidis V.G. Bipolar switching waveform: Novel solution sets to the selective harmonic elimination problem // IEEE International Conference on Industrial Technology. IEEE, 2010. Pp. 696-701. doi: 10.1109/ICIT.2010.5472718
8. Цзин Тао. Разработка методов расчёта и алгоритма смены предварительно запрограммированных широтно-импульсно модулируемых последовательностей переключений полупроводниковых модулей трёхфазного трёхуровневого активного выпрямителя напряжения с фиксирующими диодами: дис. … канд. техн. наук. 05.09.12 / Цзин Тао. Челябинск, 2021.
9. Jessy Ançay Selective Harmonic Elimination for medium voltage drives // Официальный сайт «Imperix Ltd». URL:https://imperix.com/doc/implementation/selective-harmonic-elimination (дата обращения 27.04.2023)
10. Jessy Ançay PP-PWM – Programmed Patterns PWM // Официальный сайт «Imperix Ltd». URL:https://imperix.com/doc/software/programmed-pattern-pwm (дата обращения 27.04.2023)
Маклаков А.С., Антоненко А.С.Исследование поведения спектров напряжения двухуровневого АИН при ШИМ с удалением выделенных гармоник // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 2(59). С. 65-72. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2023-2(59)-65-72