Аналіз втрат потужності у багаторівневих ШІМ-інверторах

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252771

Ключові слова:

багаторівневий інвертор, широтно-імпульсна модуляція, вихідна напруга, енергоефективність, коефіцієнт нелінійних спотворень, частота перемикання, температура переходу

Анотація

У роботі описані види багаторівневої широтно-імпульсної модуляції, а також способи отримання керуючих сигналів для вимикачів живлення інвертора для кожного виду. Проаналізовано залежність гармонійного складу вихідної напруги інвертора від кількості рівнів та частоти перемикання ключів кожного рівня. Шляхом моделювання визначені залежності температури переходу транзистора від кількості рівнів напруги, частоти перемикання та потужності навантаження. Проаналізовано систему комутації потужності інвертора з широтно-імпульсною модуляцією із зсувом фази у високочастотному режимі, досліджено залежність комутаційних втрат від індуктивності. Сформульовані шляхи вирішення або удосконалення систем управління втратами провідності перетворювача, що протікає через первинну обмотку високочастотного трансформатора в період холостого ходу. Показано важливість даного напрямку для технологічного розвитку економіки, де підвищення ефективності дозволяє знизити індивідуальні комунальні платежі, створити робочі місця, стабілізувати ціни на електроенергію та їхню волатильність. Найважливішим етапом проектування інвертора є структурний синтез – вибір топології та алгоритму модуляції, які забезпечать найбільшу ефективність пристрою. Крім того, оскільки ефективність та надійність функціонування інверторів залежать від ефективності та надійності функціонування вторинних споживачів електроенергії, задача оптимізації інверторних схем є наріжним каменем ефективного розвитку техніки та економіки. Максимальні динамічні втрати потужності при частоті ШІМ 1 кГц досягають всього 80 Вт у порівнянні зі статичними втратами потужності 800 Вт

Біографії авторів

Symbat Manat, Karaganda Technical University

PhD Student

Department of Automation of Manufacturing Processes

Vyacheslav Yugay, Karaganda Technical University

PhD, Head of Department

Department of Automation of Manufacturing Processes

Nurbol Kaliaskarov, Karaganda Technical University

PhD, Head of Department

Department of Technology of Communication Systems

Посилання

  1. Garapati, D. P., Nalli, P. K., Swaroop, K. P., Vijay Kumar, Y. (2021). She-Pwm Low Cost Multi Level Inverter for Pv Based Water Pumping Applications. Journal of Physics: Conference Series, 2089 (1), 012019. doi: https://doi.org/10.1088/1742-6596/2089/1/012019
  2. Dahidah, M. S. A., Agelidis, V. G. (2008). Selective Harmonic Elimination PWM Control for Cascaded Multilevel Voltage Source Converters: A Generalized Formula. IEEE Transactions on Power Electronics, 23 (4), 1620–1630. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2008.925179
  3. Prasad, G. D., Jegathesan, V., Rao, P. V. V. R. (2017). Hybrid multilevel DC link inverter with reduced power electronic switches. Energy Procedia, 117, 626–634. doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.05.162
  4. Ketjoy, N., Chamsa-ard, W., Mensin, P. (2021). Analysis of factors affecting efficiency of inverters: Case study grid-connected PV systems in lower northern region of Thailand. Energy Reports, 7, 3857–3868. doi: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.06.075
  5. Kanike, V. K., Raju, S. (2020). Analysis of Switching Sequence Operation for Reduced Switch Multilevel Inverter With Various Pulse Width Modulation Methods. Frontiers in Energy Research, 7. doi: https://doi.org/10.3389/fenrg.2019.00164
  6. Shema, S. S., Daut, I., Irwanto, M., Shatri, C., Syafawati, N., Ashbahani, N. (2011). Study of inverter design and topologies for photovoltaic system. International Conference on Electrical, Control and Computer Engineering 2011 (InECCE). doi: https://doi.org/10.1109/inecce.2011.5953934
  7. Zhao, D., Yang, L., Wang, L., Wang, Q. (2015). Research on the inverter circuit of power generation system. 2015 IEEE 5th International Conference on Electronics Information and Emergency Communication. doi: https://doi.org/10.1109/iceiec.2015.7284571
  8. Farooqui, S. A., Shees, M. M., Alsharekh, M. F., Alyahya, S., Khan, R. A., Sarwar, A. et. al. (2021). Crystal Structure Algorithm (CryStAl) Based Selective Harmonic Elimination Modulation in a Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter. Electronics, 10 (24), 3070. doi: https://doi.org/10.3390/electronics10243070
  9. Dhineshkumar, K., Subramani, C., Geetha, A., Vimala, C. (2019). Performance analysis of PV powered multilevel inverter. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE), 9 (2), 753. doi: https://doi.org/10.11591/ijece.v9i2.pp753-760
  10. Maaroof, H. S., Al-Badrani, H., Younis, A. T. (2021). Design and simulation of cascaded H-bridge 5-level inverter for grid connection system based on multi-carrier PWM technique. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1152 (1), 012034. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1152/1/012034
  11. Al-Modaffer, A. M., Chlaihawi, A. A., Wahhab, H. A. (2020). Non-isolated multiple input multilevel output DC-DC converter for hybrid power system. Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science, 19 (2), 635. doi: https://doi.org/10.11591/ijeecs.v19.i2.pp635-643
  12. Babkrani, Y., Naddami, A., Hilal, M. (2019). A smart cascaded H-bridge multilevel inverter with an optimized modulation techniques increasing the quality and reducing harmonics. International Journal of Power Electronics and Drive Systems (IJPEDS), 10 (4), 1852. doi: https://doi.org/10.11591/ijpeds.v10.i4.pp1852-1862
  13. Seifi, A., Hosseinpour, M., Dejamkhooy, A., Sedaghati, F. (2020). Novel Reduced Switch-Count Structure for Symmetric/Asymmetric Cascaded Multilevel Inverter. Arabian Journal for Science and Engineering, 45 (8), 6687–6700. doi: https://doi.org/10.1007/s13369-020-04659-4
  14. Sathik, M. J., Almakhles, D. J., Sandeep, N., Siddique, M. D. (2021). Experimental validation of new self-voltage balanced 9L-ANPC inverter for photovoltaic applications. Scientific Reports, 11 (1). doi: https://doi.org/10.1038/s41598-021-84531-z
  15. Lee, S. S., Siwakoti, Y., Barzegarkhoo, R., Lee, K.-B. (2021). Switched-Capacitor-Based Five-Level T-Type Inverter (SC-5TI) With Soft-Charging and Enhanced DC-Link Voltage Utilization. IEEE Transactions on Power Electronics, 36 (12), 13958–13967. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2021.3088443
  16. Lysenko, O. A., Okhotnikov, A. A., Zakharenko, V. A., Kobenko, V. Y. (2019). The study of five-level inverters with various PWM. Omsk Scientific Bulletin, 168, 34–39. doi: https://doi.org/10.25206/1813-8225-2019-168-34-39
  17. Antar, R. K., Saied, B. M., Khalil, R. A. (2012). Using seven-level cascade H-bridge inverter with HVDC system to improve power quality. 2012 First National Conference for Engineering Sciences (FNCES 2012). doi: https://doi.org/10.1109/nces.2012.6740457
  18. Shcherbakov, A. A. (2011). Spectral modeling of multilevel voltage inverters. Problems of electric power industry, 141–145.
  19. Bouzida, A., Abdelli, R., Ouadah, M. (2016). Calculation of IGBT power losses and junction temperature in inverter drive. 2016 8th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC). doi: https://doi.org/10.1109/icmic.2016.7804216
  20. Zotov, L. G., Breido, J. V., Isembergenov, N. T., Yugay, V. V. (2015). Methods for Controlling Autonomous DC Systemson the Basis of Switching by Capacitors. Modern Applied Science, 9 (4). doi: https://doi.org/10.5539/mas.v9n4p135
  21. Hasari, S. A. S., Salemnia, A., Hamzeh, M. (2017). Applicable Method for Average Switching Loss Calculation in Power Electronic Converters. Journal of Power Electronics, 17 (4), 1097–1108. doi: https://doi.org/10.6113/JPE.2017.17.4.1097

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-04-30

Як цитувати

Manat, S., Yugay, V., & Kaliaskarov, N. (2022). Аналіз втрат потужності у багаторівневих ШІМ-інверторах. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(5 (116), 31–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.252771

Номер

Том 2 № 5 (116) (2022): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Symbat Manat, Vyacheslav Yugay, Nurbol Kaliaskarov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.