Многоуровневая ШИМ (широтно-импульсная модуляция) — это усовершенствованная техника управления сигналами, которая используется для повышения эффективности и качества выходного сигнала в системах управления, таких как инверторы, преобразователи и двигатели. В отличие от классической двухуровневой ШИМ, где сигнал переключается между двумя уровнями (например, 0 и 1), многоуровневая ШИМ использует несколько уровней напряжения, что позволяет снизить гармонические искажения и улучшить характеристики системы.
Основные принципы многоуровневой ШИМ:
- Уровни напряжения. Вместо двух уровней (например, 0 В и +U) используется несколько уровней (например, -U, 0, +U или больше). Это позволяет формировать более плавный сигнал, близкий к синусоидальному.
- Снижение гармоник. Многоуровневая ШИМ уменьшает высшие гармоники в выходном сигнале, что снижает потери и нагрев оборудования.
- Уменьшение электромагнитных помех. Более плавные переходы между уровнями уменьшают электромагнитные помехи (EMI).
- Повышение КПД. Снижение потерь в силовых компонентах (транзисторах, диодах) за счет уменьшения переключений.
Типы многоуровневой ШИМ:
- Трехуровневая ШИМ:
Использует три уровня напряжения: -U, 0, +U.
Пример: нейтрально-закрепленный инвертор (NPC).
- Многоуровневая ШИМ с большим числом уровней:
Использует 5, 7 или более уровней напряжения.
Пример: каскадные H-мосты (CHB), модульные многоуровневые преобразователи (MMC).
Преимущества многоуровневой ШИМ:
— Высокое качество выходного сигнала.
— Близкий к синусоидальному сигнал с низким уровнем гармоник.
— Меньше переключений и потерь в силовых компонентах.
— Благодаря низкому уровню гармоник, требуется меньше фильтров на выходе.
— Позволяет работать с высоковольтными системами без необходимости использования мощных транзисторов.
Применение многоуровневой ШИМ:
— Инверторы.
— Преобразователи частоты.
— Системы возобновляемой энергетики.
— Солнечные инверторы, ветровые генераторы.
— Электромобили.
