ইনভার্টারের পারফরম্যান্স উন্নয়ন করা হচ্ছে উচ্চ-কম্পাঙ্কের PWM প্রযুক্তি দিয়ে

যে পরিমাণে শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে সঠিক নিয়ন্ত্রণের চাহিদা বৃদ্ধি পাচ্ছে, ঐতিহ্যগত পালস-ওয়্যাইডথ মডুলেশন (PWM) প্রযুক্তি উচ্চ গতিশীল পারফরম্যান্স এবং কম হারমোনিক বিকৃতির আবশ্যকতা পূরণ করতে ব্যর্থ হচ্ছে। বিপরীতে, উচ্চ-আवৃত্তি PWM প্রযুক্তি ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি বাড়িয়ে আউটপুট তরঙ্গরেখার গুণমান উন্নত করে এবং সিস্টেম হারমোনিক কমায়, ফলে ইনভার্টারের পারফরম্যান্স অপটিমাইজ করা হয়। ফলে, উচ্চ-আবৃত্তি PWM প্রযুক্তি প্রয়োগ করার সময় সিস্টেম দক্ষতা এবং বিশ্বস্ততা ভারসাম্য রক্ষা করা ইনভার্টার প্রযুক্তি উন্নয়নের একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হয়ে উঠেছে।

1. উচ্চ-আবৃত্তি PWM-এর মৌলিক তত্ত্ব এবং প্রযুক্তিগত বৈশিষ্ট্য

PWM প্রযুক্তি ইনভার্টারের বৈদ্যুতিক নিয়ন্ত্রণ সিস্টেমে বিভব এবং কম্পাঙ্ক নিয়ন্ত্রণের জন্য ব্যবহৃত মূল প্রযুক্তি। এটি তুলনামূলক সংকেত এবং ক্যারিয়ার সংকেতের তুলনায় পালস সিকোয়েন্স উৎপাদন করে এবং এই পালস সিকোয়েন্সগুলি ব্যবহার করে পাওয়ার ডিভাইসের সুইচিং অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করে, ফলে লোডে পাওয়ার সরবরাহের উপর সঠিক নিয়ন্ত্রণ অর্জন করা হয়। ইনভার্টার নিয়ন্ত্রণে, PWM-এর ডিউটি সাইকেল $D$ রেফারেন্স তরঙ্গ আম্প্লিটিউড VrefVref এবং ক্যারিয়ার তরঙ্গ আম্প্লিটিউড VtriVtri এর সাথে সম্পর্কিত হতে পারে নিম্নরূপ:

মডুলেশন অনুপাত $m$ হল রেফারেন্স তরঙ্গ আম্প্লিটিউড এবং ক্যারিয়ার তরঙ্গ আম্প্লিটিউডের অনুপাত। এটি আউটপুট বিভবের কার্যকর মান এবং হারমোনিক বৈশিষ্ট্যের উপর সরাসরি প্রভাব ফেলে। এই অনুপাতের প্রকাশ হল:

ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি fcfc হল ত্রিভুজাকার তরঙ্গের ফ্রিকোয়েন্সি, যা PWM সংকেত উৎপাদন করে। এর মান সিস্টেমের গতিশীল প্রতিক্রিয়া গতি এবং আউটপুট হারমোনিকের বিতরণের উপর সরাসরি প্রভাব ফেলে। ফ্রিকোয়েন্সি অনুপাত $N$ হল ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি এবং রেফারেন্স তরঙ্গ ফ্রিকোয়েন্সির অনুপাত, যা নিম্নরূপ প্রকাশ করা হয়:

যেখানে f1 হল রেফারেন্স তরঙ্গ ফ্রিকোয়েন্সি। উচ্চ-আবৃত্তি PWM প্রযুক্তি সাধারণত 10 kHz এর বেশি ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি সহ PWM নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তিকে বোঝায়। আধুনিক ইনভার্টারে, পাওয়ার ডিভাইসের পারফরম্যান্সের সাথে সাথে ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি 20 kHz বা তার বেশি পর্যন্ত পৌঁছেছে। ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ানোর মাধ্যমে, আউটপুট হারমোনিক উপাদানগুলি উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে স্থানান্তরিত হয়, ফলে পরবর্তী ফিল্টারিং সহজ হয় এবং মোটর শব্দ এবং দোলন কমে যায়।

পরীক্ষা দেখায় যে, 5 kHz থেকে 20 kHz পর্যন্ত ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ালে মোটর শব্দ 12–15 dB কমে যায় এবং তাপমাত্রা উত্থান 5–8 °C কমে যায়। ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সি বাড়ার সাথে সাথে, PWM আউটপুট তরঙ্গরেখা আদর্শ সাইন তরঙ্গের কাছাকাছি হয়, এবং মোট হারমোনিক বিকৃতি (THD) বেশি কমে যায়। 20 kHz ক্যারিয়ার ফ্রিকোয়েন্সিতে, ইনভার্টার আউটপুট বিভবের THD প্রায় 5% হয়, যা কম-আবৃত্তি PWM প্রযুক্তির 8%–12% থেকে বেশি ভালো। আরও, উচ্চ-আবৃত্তি PWM দ্রুত গতিশীল প্রতিক্রিয়া এবং উচ্চ নিয়ন্ত্রণ সুনিশ্চিত্যের সুবিধা দেয়।

2. উচ্চ-আবৃত্তি PWM বাস্তবায়নের মূল চ্যালেঞ্জ এবং তাদের সমাধান

2.1 উচ্চ সুইচিং লোস এবং তাদের কমানোর পদ্ধতি

উচ্চ-আবৃত্তি PWM প্রযুক্তির সবচেয়ে প্রধান সমস্যা হল সুইচিং লোসের তীব্র বৃদ্ধি। যেহেতু পাওয়ার ডিভাইসের সুইচিং লোস সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সির সমানুপাতিক, উচ্চ-আবৃত্তি পরিচালনা সিস্টেমের দক্ষতা কমে যায় এবং তাপমান নিয়ন্ত্রণের উপর বেশি চাপ পড়ে। একটি একক ইনসুলেটেড-গেট বাইপোলার ট্রানজিস্টর (IGBT) মডিউলের সুইচিং লোস PswPsw নিম্নরূপ মডেল করা যেতে পারে:

যেখানে E_on এবং E_off যথাক্রমে চালু এবং বন্ধ করার শক্তি লোস; ErrErr হল রিভার্স রিকভারি শক্তি; VdcVdc হল প্রকৃত DC বাস ভোল্টেজ; V_ref হল রেফারেন্স ভোল্টেজ; Ic হল প্রকৃত বিদ্যুৎ; এবং IrefIref হল রেফারেন্স বিদ্যুৎ।

সুইচিং লোস কমানোর জন্য, নিম্নলিখিত পদক্ষেপ গ্রহণ করা যেতে পারে:
প্রথমত, সিলিকন কার্বাইড মেটাল-অক্সাইড-সেমিকন্ডাক্টর ফিল্ড-ইফেক্ট ট্রানজিস্টর (SiC MOSFETs) এর মতো উন্নত পাওয়ার ডিভাইস ব্যবহার করা, যা প্রামাণ্য IGBT-এর তুলনায় উন্নত সুইচিং বৈশিষ্ট্য প্রদান করে;
দ্বিতীয়ত, গেট ড্রাইভার সার্কিট ডিজাইন অপটিমাইজ করা, যেমন দ্বি-শীর্ষ ঢাল ড্রাইভ প্রযুক্তি ব্যবহার করে সুইচিং ট্রানজিশন সময়ে গেট রেসিস্ট্যান্স ডায়নামিকভাবে সমন্বয় করা, ফলে সুইচিং গতি এবং তড়িৎচৌম্বকীয় বিরোধ (EMI) সামঞ্জস্য রক্ষা করা হয়;
শেষত, সফ্ট-সুইচিং প্রযুক্তি, যেমন শূন্য-ভোল্টেজ সুইচিং (ZVS) বা শূন্য-বিদ্যুৎ সুইচিং (ZCS) টপোলজি ব্যবহার করে সুইচিং লোস বেশি কমানো হয়।

2.2 ডেড-টাইম প্রভাব এবং কম্পেনসেশন প্রযুক্তি

উচ্চ-আবৃত্তি PWM পরিচালনায়, যদিও পরম ডেড-টাইম ধ্রুবক থাকে, তবে সুইচিং পর্যায়ের তুলনায় এর অনুপাত বাড়ে, ফলে ডেড-টাইম প্রভাব বেশি প্রকট হয়। এটি আউটপুট ভোল্টেজ বিকৃতি, কম-গতি পারফরম্যান্সের হ্রাস, এবং টর্ক রিপল বাড়াতে পারে। এই সমস্যাগুলি কমানোর জন্য, ডেড-টাইম কম্পেনসেশন অ্যালগরিদম ব্যবহার করা হয়, যা নিম্নরূপ প্রকাশ করা যেতে পারে:

3 FPGA-ভিত্তিক উচ্চ-আবৃত্তি PWM প্রযুক্তির বাস্তবায়ন পদ্ধতি

3.1 সিস্টেম আর্কিটেকচার ডিজাইন

উচ্চ-আবৃত্তি PWM নিয়ন্ত্রণ কম্পিউটিং প্ল্যাটফর্মের বাস্তব-সময় পারফরম্যান্স এবং নিয়ন্ত্রণ সুনিশ্চিত্যের উপর বেশি চাপ পড়ে। ঐতিহ্যগত ডিজিটাল সিগনাল প্রসেসর (DSP) উচ্চ-আবৃত্তি PWM বাস্তবায়নে প্রায়শই গণনার ক্ষমতা এবং বিচ্ছিন্ন ল্যাটেন্সির সীমাবদ্ধতা মোকাবেলা করে। বিপরীতে, ফিল্ড-প্র