ВЛИЯНИЕ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ И УГЛОВ ИХ ВКЛЮЧЕНИЯ В МНОГОУРОВНЕВОМ ИНВЕРТОРЕ НА СТРУКТУРУ СПЕКТРА ЕГО ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

E.E. Mirgorodskaya; N.P. Mityashin; Yu.B. Tomashevsky; A.Yu. Miroshnichenko

doi:10.14529/power190414

Authors

E.E. Mirgorodskaya Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, Saratov, Russian Federation
N.P. Mityashin Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, Saratov, Russian Federation
Yu.B. Tomashevsky Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, Saratov, Russian Federation
A.Yu. Miroshnichenko Yuri Gagarin State Technical University of Saratov, Saratov, Russian Federation

DOI:

https://doi.org/10.14529/power190414

Keywords:

multilevel voltage inverter, coefficient of harmonic voltage components, voltage level, angle of level switching, gradient, sensitivity

Abstract

Multilevel voltage inverters are currently widely used in various power systems, as they are an efficient method to form the output voltage harmonic composition. The implemented multilevel concept allows controlling the composition and magnitude of output harmonics, which is relevant for the power supply systems feeding technological processes, quality-sensitive to the spectrum of the supply voltage. The paper proposes an approach to determine the influence of parameter changes in a multilevel inverter on the spectrum of its output voltage. It allows solving the problem of synthesizing of a multilevel curve with the desired harmonic composition. The authors obtain the formulas instrumental to calculate the sensitivity of harmonic voltage components coefficients and the total coefficient of harmonic voltage components to changes in input voltage levels and electrical angles of their switching in the inverter. The paper presents an algorithm, developed to synthesize a multilevel output voltage curve with a given harmonic composition that is most appropriates for the realized technological process. The results of computer simulation of the synthesis of a multilevel curve with the desired harmonic composition due to changes in voltage levels at various values of selected harmonics show its universality, clarity and information content. The presented approach to the design of the considered type of converting devices significantly expands the functionality of multilevel voltage inverters, which contributes to their application in modern industrial technologies, the quality of which is largely determined by the supply voltage spectrum, for example, in systems of multi-frequency induction heating.

Downloads

Download data is not yet available.

References

Зиновьев, Г.С. Основы силовой электроники: учеб. / Г.С. Зиновьев. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. – Ч. 2. – 197 с.

Rodriguez, J. Multilevel Inverters: Survey of Topologies, Controls, and Applications / J. Rodriguez, J.S. Lai, F.Z. Peng // IEEE Transactions on Industry Applications. – 2002. – Vol. 49, no. 4. – P. 724–738. DOI: 10.1109/TIE.2002.801052

Power Electronics Handbook / H. Muhammad Rashid (Ed.). – Butterworth-Heinemann, 2018. – 1522 p.

Strzelecki, R. Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks / R. Strzelecki, G. Benysek. – Springer-Verlag London Limited, 2008. – 421 p.

Smart Power Grids 2011 / Ali Keyhani, Muhammad Marwali (Ed.). – Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. – 701 p.

Multi-level Inverter: A Literature Survey on Topologies and Control Strategies / B. Singh [et al.] // International Journal of Reviews in Computing. – 2012. – Vol. 10. – P. 1–16. DOI:10.1109/ICPCES.2012.6508041

ГОСТ 32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2013. – 10 с.

Дзлиев, С.В. Принципы построения систем питания установок индукционной закалки зубчатых колес при двухчастотном нагреве / С.В. Дзлиев // APIH 05: Материалы междунар. конф. – СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2005. – С. 193–201.

Формирование двухчастотных колебаний тока в системах индукционного нагрева / С.К. Земан [и др.] // Известия Томского политехнического университета. – 2009. – Т. 315, № 4. – С. 105–111.

Юшков, А.В. Энергетически эффективные преобразователи частоты для двухчастотной индукционной плавки: автореф. дис. … канд. техн. наук / А.В. Юшков. – Томск, 2012. – 19 с.

Рогинская, Л.Э. Полупроводниковый преобразователь частоты с многофункциональным трансформатором / Л.Э. Рогинская, А.Р. Латыпов // Практическая силовая электроника. – 2017. – № 3 (67). – С. 37–41.

Стабилизация параметров выходного напряжения многоуровневых инверторов / Е.Е. Миргородская, В.А. Колчев, Н.П. Митяшин, Е.Д. Карнаухов // Вопросы электротехнологии. – 2018. – № 1 (18). – С. 70–79.

Справочник по теории автоматического управления / под ред. А.А. Красовского. – М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. – 712 с.

Universal Power Source of Single-phase Multilevel Inverters / E.E. Mirgorodskaya [et al.] // 2019 16th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems, ELMA 2019 – Proceedings. – Varna; Bulgaria, 2019. – P. 337–341. DOI:10.1109/ELMA.2019.8771654

Колмогоров, А.Н. Элементы теории функций и функционального анализа / А.Н. Колмогоров, С.В. Фомин. – 7-е изд. – М.: Физматлит, 2012. – 572 с.

Банди, Б. Методы оптимизации. Вводный курс: пер. с англ. / Б. Банди. – М.: Радио и связь, 1988. – 128 с.