Calculation of load current of self-excited voltage inverter by harmonic analysis

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND. The paper discusses a single-phase bridge self-excited inverter operating into active inductive load. The load voltage is generated by switching the key circuit elements; the current shape is determined by the load parameters and characterized by the higher harmonic spectrum. In practice, the calculations are often focused on the effective inverter load current of a non-sinusoidal shape; its determination is associated with known computational difficulties.

AIM. To develop a method to calculate the effective value load current of a self-excited inverter that does not require decomposition of the current curve into a harmonic series and its subsequent summation.

METHODS. The effective inverter load current was calculated using the theory of residues.

RESULTS. The load current of a self-excited inverter calculated based on expressions obtained using the theory of residues allows to reduce the amount of computation and ensures high accuracy, which is confirmed by experimental studies.

About the authors

Boris A. Trifonov

Emperor Alexander I St.-Petersburg State Transport University

Email: trifoboba45@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5816-3473
SPIN-code: 2262-9246

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

Russian Federation, Saint-Petersburg

Gennady E. Sereda

Emperor Alexander I St.-Petersburg State Transport University

Author for correspondence.
Email: gennady.sereda@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0754-6682
SPIN-code: 9682-8744

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

Russian Federation, Saint-Petersburg

References

  1. Bedford B, Hoft R. Theory of autonomous inverters. Moscow: Energy, 1969.
  2. Burkov A.T. Electronics and Converter Technology: Vol. 2: Electronic Converter Technology. Moscow: Educational and Methodological Center for Education in Railway Transport; 2015. EDN: XMTHSZ
  3. Byltseva VD, Izvarin MYu, Kim KK. Systems of autonomous running of urban electric transport. Modern Transportation Systems and Technologies. 2024;10(3):300-319. doi: 10.17816/transsyst634812
  4. Sharyakov VA, Nikitin VV, Evstaf’ev AM, Kolpakhchyan PG. On the question of assessing energy consumption by the rolling stock of urban rail transport. Russian Electromechanics. 2024;67(4):120-124. doi: 10.17213/0136-3360-2024-4-120-124 EDN: RQOTLC
  5. Karabadzhak ID, Nikitin VV. Power supply for ac consumers from a hydrogen fuel cell battery. Electromechanical matters. VNIIEM studies. 2025;204(1):13-19. EDN: ZMVOCQ
  6. Trifonov BA, Nikitin VV, Sereda GE. Calculation of the initial voltage on the switching capacitor of an autonomous current inverter. In: Problems of safety and efficiency of technical systems: Collection of reports from a conference with international participation, St. Petersburg, May 15, 2024. St. Petersburg: Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University; 2024:114-119. EDN: RWOMPG
  7. Karabadzhak ID, Nikitin VV. Options for the structure of an autonomous electric power system with a battery of hydrogen fuel cells. Modern Transportation Systems and Technologies. 2024;10(1):59-75. doi: 10.17816/transsyst624890
  8. Telichenko SA, Nikitin VV, Kolpakhchyan PG. Electromagnetic processes in a universal semiconductor converter for transport on-board electrical energy storage systems. Russian Electromechanics. 2023;66(4):118-127. doi: 10.17213/0136-3360-2023-4-118-127 EDN: CVYVJX
  9. Maznev AS, Kalinina AA, Volov AV, et al. Improvement of regulating properties of dc electric trains with pulse converters. Proceedings of Petersburg Transport University. 2022;19(1):75-81. doi: 10.20295/1815-588X-2022-19-1-75-81 EDN: NGPPUF
  10. Petrushin AD, Titova TS, Nikitin VV, Maznev AS. Optimal Frequency Control of Electric-Train Asynchronous Traction Motors. Russian Electrical Engineering. 2021;92(10):550-554. doi: 10.3103/S106837122110014X EDN: HQFKPR
  11. Li X, Li D, Chang G, et al. High-Voltage Hybrid IGBT Power Modules for Miniaturization of Rolling Stock Traction Inverters. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2022;69(2):1266-1275. doi: 10.1109/tie.2021.3059544 EDN: HGQHGO
  12. Lavrentev MA, Shabat BV. Methods of the theory of functions of a complex variable. Moscow: Science; 1973.
  13. Klochko VK. Applied Mathematics for Engineers. Moscow: KURS; 2025. EDN: OZNHOG
  14. Morozova VD. Theory of functions of a complex variable. Moscow: Bauman Moscow State Technical University; 2008. EDN: WKDFSB
  15. Volkovyskij LI, Lunc GL, Aramanovich IG. Collection of problems on the theory of functions of a complex variable. Moscow: Fizmatlit; 2004. EDN: QJNAOH

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The shape of the load current curves of a single-phase bridge autonomous voltage inverter: a – R=194 Ohm, L=0.397 H; b – R=194 Ohm, L=0.2 H; c – R=194 Ohm, L=0.051 H

Download (181KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Results of the experimental study and calculations for the effective value of the load current (solid lines – calculation by harmonics and expression (15), dashed lines – experiment): 1 – R=47 Ohm; 2 – R=107 Ohm; 3 – R=194 Ohm

Download (160KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Trifonov B.A., Sereda G.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».