Evolution and dissemination of specialized strategies, methods, and techniques of synchronous pulsewudth modulation for control of voltage source inverters and inverter-based systems

Abstract

This publication provides a brief historical overview of the development of methods and techniques of pulsewidth modulation (PWM) for voltage source inverters, published mainly in Ukrainian publishing houses and in Ukrainian periodicals. Accent has been done to review of results of investigation of alternative methods and techniques of synchronous space-vector-based multi-zone PWM for inverters with low switching frequency. In particular, in the mentioned publications, the basic strategies, schemes, and algorithms of synchronous multi-zone modulation have been further developed, modernized, modified, and disseminated in relation to new promising topologies of power conversion systems, including: two-inverter-based electric drives with open-end winding of electrical motor; dual three-phase electric drives of symmetrical and asymmetric types; powerful six-phase systems based on four inverters, and twoinverter-based and three-inverter-based photovoltaic installations with multi-winding transformer. It is shown that the developed schemes and algorithms of synchronous space-vector PWM, applied for control of inverter-based systems, provide continuous synchronization and symmetry of basic voltage waveforms of systems during the whole control range including zone of overmodulation of inverters. It provides minimization of even harmonics and undesirable subharmonics (of the fundamental frequency) in spectra of the basic voltages of systems, leading to reducing of losses in systems and to increasing of its efficiency. Based on a comparative analysis of the integral spectral characteristics of the phase and line voltages of systems, recommendations are formulated for the rational choice of schemes and algorithms of synchronous modulation for the relevant installations, depending on the modes of their operation.

У роботі подано короткий історичний огляд розвитку методів і техніки широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) інверторів джерел напруги, опублікований переважно в українських видавництвах та в українській періодичній пресі. Акцент зроблено на огляді результатів дослідження альтернативних методів і технологій синхронної просторово-векторної багатозонної ШІМ для інверторів з низькою частотою комутації. Зокрема, у зазначених публікаціях основні стратегії, схеми та алгоритми синхронної багатозонної модуляції отримали подальший розвиток, модернізацію, модифікацію та розповсюдження щодо нових перспективних топологій систем перетворення електроенергії, зокрема: двоінверторній – на основі електроприводів з відкритою обмоткою електродвигуна; здвоєні трифазні електроприводи симетричного та несиметричного типу; потужні шестифазні системи на основі чотирьох інверторів, а також фотоелектричні установки на основі двох і трьох інверторів з багатообмотковим трансформатором. Показано, що розроблені схеми та алгоритми синхронної просторово-векторної ШІМ, застосованої для керування інверторними системами, забезпечують безперервну синхронізацію та симетрію основних форм напруги систем у всьому діапазоні керування, включаючи зону перемодуляції інверторів. Це забезпечує мінімізацію парних гармонік і небажаних субгармонік (основної частоти) в спектрах основних напруг систем, що призводить до зменшення втрат в системах і підвищення її ефективності.