선택적고조파제거 PWM (Selective Harmonic Elimination PWM)
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. 출력 파형을 만들 때 스위칭 시점을 미리 계산해, 특정 차수의 원치 않는 고조파만 골라서 없애는 기법입니다.
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
SHE-PWM의 핵심인 비선형 방정식을 수치적으로 푸는 과정을 설명하는 예문입니다.
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. 한 주기 안에서 스위치가 켜고 끄는 각도를 변수로 두고, 이 각도들이 만드는 푸리에 급수에서 5차, 7차 같은 저차 고조파의 크기가 0이 되도록 하는 비선형 방정식을 풀어 스위칭 각을 구합니다. 스위칭 횟수가 늘어날수록 없앨 수 있는 고조파의 개수도 늘어나지만, 방정식의 해를 구하는 계산이 복잡해집니다.
주의할 점
사전에 계산된 각도표를 사용하기 때문에 부하나 운전 조건이 급격히 변하는 상황에서는 실시간 대응성이 반송파기반 PWM보다 떨어질 수 있습니다. 미리 계산한 스위칭 각은 정해진 변조 지수에서만 유효하므로 부하나 출력 전압이 실시간으로 바뀌는 상황에서는 각도를 다시 계산하거나 테이블을 참조해야 합니다.