선택적고조파제거 PWM (Selective Harmonic Elimination PWM)
한 줄 정의: 스위칭 각도를 사전에 계산해 특정 저차 고조파 성분을 선택적으로 제거하는 저스위칭 주파수 PWM 기법(SHE-PWM)입니다.
쉽게 풀면
보통의 PWM은 반송파를 빠르게 비교해서 스위칭 시점을 정하지만, 선택적고조파제거 PWM은 미리 방정식을 풀어 "이 각도에서 스위치를 켜고 저 각도에서 끄면 특정 잡음 성분이 사라진다"는 답을 구해둡니다. 마치 악기 조율에서 특정 배음만 콕 집어 없애는 것과 비슷합니다. 이렇게 하면 스위칭 횟수를 적게 유지하면서도 원하지 않는 고조파를 효과적으로 억제할 수 있습니다.
왜 중요한가
고전압 대용량 전력변환 장치는 스위칭 손실을 줄이기 위해 스위칭 주파수를 낮게 유지해야 하는데, 그러면 고조파가 늘어나는 문제가 생깁니다. SHE-PWM은 낮은 스위칭 주파수에서도 특정 저차 고조파를 정밀하게 제거할 수 있어 전력계통 연계나 대형 모터 구동 분야에서 중요하게 다뤄집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"본 연구는 뉴턴-랩슨법을 이용해 선택적고조파제거 PWM의 스위칭 각도를 오프라인으로 계산하였다."
SHE-PWM의 핵심인 비선형 방정식을 수치적으로 푸는 과정을 설명하는 예문입니다.
"제안된 SHE-PWM 기법은 5차 및 7차 고조파를 완전히 제거하면서 기본파 출력을 유지한다."
특정 차수의 고조파만 선택적으로 없앨 수 있다는 기법의 특징을 보여주는 예문입니다.
조금 더 깊게 보면
SHE-PWM은 푸리에 급수로 표현된 출력 전압에서 원하는 고조파 계수를 0으로 만드는 연립방정식을 세우고, 이를 뉴턴-랩슨법이나 유전 알고리즘 같은 수치해석 기법으로 풀어 스위칭 각도를 구합니다. 제거할 고조파 수가 많아질수록 필요한 스위칭 횟수(각도 수)도 함께 늘어납니다.
주의할 점
사전에 계산된 각도표를 사용하기 때문에 부하나 운전 조건이 급격히 변하는 상황에서는 실시간 대응성이 반송파기반 PWM보다 떨어질 수 있습니다.