Performance analysis and comparison of simple Boost PWM and Multi-Reference PWM technique in impedance source inverters

• Autorzy: Pandraka Vinodh Kuma , Sreeshobha E. , Gurram Satyanarayana , Swarupa Malladi Lakshmi , Gundebommu Sree Lakshmi , Pottigari Sai Teja

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.09.25

Warianty tytułu

PL

Analiza wydajnoci i porównanie prostej techniki Boost PWM i techniki Multi-Reference PWM w inwerterze ze ródem impedancji

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the context of impedance source inverters (ZSI), this work provides a thorough comparison of the sophisticated Multi-Reference PWM (MR PWM) approach and the conventional Simple Boost Pulse Width Modulation (SB PWM) technique. The primary performance metrics that are the subject of the study include total harmonic distortion (THD), switching losses, boost voltages, IGBT voltage stress, and capacitor voltages. The goal of the study is to shed light on the advantages and disadvantages of each PWM method as they relate to the functioning of impedance source inverters. Through simulations and the analytical research, the comparison is conducted, providing insight into how the chosen PWM technology affects the overall dependability and efficiency of the inverter system. Assessing IGBT voltage stress and switching losses provides insights into the stress variables impacting semiconductor devices, while investigating boost voltages helps comprehend their energy transfer capacities. Furthermore, the stability and energy storage features are evaluated by analyzing the voltages of capacitors. In addition, the research includes a comprehensive analysis of THD to determine the harmonic content of the output waveform, which is important for applications requiring high-grade power. The comparative analysis findings enable engineers and researchers to get a better grasp of the consequences of designing and using impedance source inverters with either the conventional SB PWM or the MR PWM technique. This work adds to the continuing advancements in power electronics technology and is a useful tool for anyone looking to maximize the performance of impedance source inverters in a range of applications.

PL

W kontekcie inwerterów impedancji ródowej (ZSI) praca ta zapewnia dokadne porównanie wyrafinowanego podej cia Multi Reference PWM (MR PWM) i konwencjonalnej techniki Simple Boost Pulse Width Modulation (SB PWM). Gówne wskaniki wydajnoci, które s przedmiotem badania, obejmuj cakowite znieksztacenia harmoniczne (THD), straty przeáczania, napi cia podwyszaj ce, obci enie napi ciowe IGBT i napi cia kondensatorów. Celem badania jest rzucenie wiata na zalety i wady kadej metody PWM w odniesieniu do funkcjonowania inwerterów impedancji ródowej. Poprzez symulacje i badania analityczne przeprowadzane jest porównanie, dostarczaj ce wgl du w to, jak wybrana technologia PWM wpywa na ogóln niezawodno i wydajno systemu inwertera. Ocena obci enia napi ciowego IGBT i strat przeáczania dostarcza wgl du w zmienne napr enia wpywaj ce na urz dzenia póprzewodnikowe, podczas gdy badanie napi podwyszaj cych pomaga zrozumie ich zdolnoci transferu energii. Ponadto cechy stabilnoci i magazynowania energii s oceniane poprzez analiz napi kondensatorów. Ponadto badania obejmuj kompleksow analiz THD w celu okre lenia zawartoci harmonicznej przebiegu wyj ciowego, co jest wane w przypadku zastosowa wymagaj cych wysokiej mocy. Wyniki analizy porównawczej pozwalaj inynierom i badaczom lepiej zrozumie konsekwencje projektowania i stosowania inwerterów róda impedancji z konwencjonaln technik SB PWM lub MR PWM. Praca ta przyczynia si do ci gego post pu w technologii elektroniki mocy i jest przydatnym narz dziem dla kadego, kto chce zmaksymalizowa wydajno inwerterów róda impedancji w rónych zastosowaniach.

Słowa kluczowe

EN

Total Harmonic Distorion; ZSI; switching losses; simple boost PWM

PL

ZSI; proste wzmocnienie PWM; straty przełączania; całkowite zniekształcenie harmoniczne; THD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 9
• Strony: 138--141
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pandraka Vinodh Kuma

• CVR College of Engineering, Hyderabad

• https://orcid.org/0000-0001-5205-8472

autor

Sreeshobha E.

• University College of Engineering, Osmania University

autor

Gurram Satyanarayana

• Maturi Venkata Subba Rao Engineering College, Hyderabad

autor

Swarupa Malladi Lakshmi

• EEE Department, CVR College of Engineering, Ibrahimpatnam, Vastunagar, Hyderabad, India. Pin: 501510

• https://orcid.org/0000-0002-2926-3854

autor

Gundebommu Sree Lakshmi

• EEE Department, CVR College of Engineering, Ibrahimpatnam, Vastunagar, Hyderabad, India. Pin: 501510

• https://orcid.org/0000-0001-5049-5011

autor

Pottigari Sai Teja

• CVR College of Engineering

• https://orcid.org/0009-0008-3195-0056

Bibliografia

• [1] M. A. Kumar and M. Barai, "Performance analysis of control and modulation methods of z-source inverter," 2015 lEEE lnternational Conference on Signal Processing, lnformatics, Communication and Energy Systems (SPlCES), Kozhikode, lndia, 2015, pp. 1-5, doi: 10.1109/SPlCES.2015.7091395.
• [2] Miaosen Shen, Jin Wang, A. Joseph, Fang Zheng Peng, L. M. Tolbert and D. J. Adams, "Constant boost control of the Z-source inverter to minimize current ripple and voltage stress," in lEEE Transactions on lndustry Applications, vol. 42, no. 3, pp. 770-778, May-June 2006, doi: 10.1109/TlA.2006.872927.
• [3] Omar Ellabban, Joeri Van Mierlo and Philippe Lataire, "Comparison between Different PWM Control Methods for Different Z-Source lnverter Topologies" lEEE Transactions on industry application, May/June 2010.
• [4] PohChiangLoh, D.M.Vilathgamuwa, <.S.Lai, G.T.Chuaand, <.W.Li, "Pulse-width modulation of Z-source inverters", lEEE Transactions on Power Electronics,Vol20, pp.1346-1355, November2005.
• [5] M. S. Bakar, N. A. Rahim, K. H. Ghazali and A. H. M. Hanafi, "Z- source inverter pulse width modulation: A survey," lnternational Conference on Electrical, Control and Computer Engineering 2011 (lnECCE), Kuantan, Malaysia, 2011, pp. 313-316, doi: 10.1109/lNECCE.2011.5953898.
• [6] Miaosen Shen, Alan Joseph, Jin Wang, Fang Z. Peng, and Donald J. Adams "Comparison of Traditional lnverters and Z-Source lnverter for Fuel Cell Vehicles", ln proc. WEEE lAS'04, 2004.
• [7] S. P. Ashtankar and U. K. Shinde, "Study and Simulation of Three Leg lmpedance (Z)-Source lnverter by Simple Boost Carrier Control," 2018 3rd lnternational Conference for Convergence in Technology (l2CT), Pune, lndia, 2018, pp. 1-5, doi: 10.1109/l2CT.2018.8529571.
• [8] M. S. P. Ngongoma, l. E. Davidson and J. T. Agee, "Comparative Analysis Of Simple Boost, Constant Boost And Maximum Boost Pulse Width Modulation Schemes On A Three-Phase Z-Source lnverter," 2023 31st Southern African Universities Power Engineering Conference (SAUPEC), Johannesburg, South Africa, 2023, pp.1-doi:10.1109/SAUPEC57889.2023.10057616.
• [9] A. Abdelhakim, F. Blaabjerg and P. Mattavelli, "Modulation Schemes of the Three-Phase lmpedance Source lnverters-Part l: Classification and Review," in lEEE Transactions on lndustrial Electronics, vol. 65, no. 8, pp. 6309-6320, Aug. 2018, doi: 10.1109/TlE.2018.2793255.
• [10] Pandraka, V.K., Sonnati, V. (2024). Switching Loss Comparison of a Cascaded Diode-Clamped lnverter with Conventional Multilevel lnverters. ln: Gunjan, V.K., Kumar, A., Zurada, J.M., Singh, S.N. (eds) Computational lntelligence in Machine Learning. lCClML 2022. Lecture Notes in Electrical Engineering, vol 1106. Springer, Singapore.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).