Венский выпрямитель - Vienna rectifier

Рис. 1: Схема венского выпрямителя.

В Венский выпрямитель это широтно-импульсная модуляция выпрямитель, изобретенный в 1993 году Иоганном В. Коларом.^[1]

особенности

Vienna Rectifier предоставляет следующие возможности:

• Трехфазный трехуровневый трехпозиционный ШИМ выпрямитель с регулируемым выходным напряжением.^[2]
• Трехпроводный вход, без подключения к нейтрали.
• Омический поведение сети^{[нужна цитата ]}
• Система наддува (постоянный входной ток).
• Однонаправленный поток мощности.^[3]
• Высокая удельная мощность.
• Низкие кондуктивные синфазные электромагнитные помехи.
• Простое управление для стабилизации потенциала нейтральной точки.^[4]
• Низкая сложность, низкие затраты на реализацию ^[3]
• Низкие коммутационные потери.^[5]
• Надежное поведение (гарантирующее омическое поведение сети) при сильно несбалансированном сетевом напряжении и в случае отказа сети.^[6]

Топология

Vienna Rectifier - это однонаправленный трехфазный трехпозиционный трехуровневый Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) выпрямитель. Его можно рассматривать как трехфазный диодный мост со встроенным повышающим преобразователем.

Приложения

Рис. 2: Вид сверху и снизу венского выпрямителя 10 кВт с воздушным охлаждением (ШИМ 400 кГц).

Венский выпрямитель полезен везде, где используются преобразователи с шестью переключателями для получения синусоидального сетевого тока и управляемого выходного напряжения, когда отсутствует обратная связь по энергии от нагрузки в сеть. На практике использование Vienna Rectifier выгодно, когда пространство ограничено, чтобы оправдать дополнительные затраты на оборудование. Они включают:

• Источники питания для телекоммуникаций.
• Источники бесперебойного питания.
• Входные каскады преобразовательных систем с приводом переменного тока.

На рис. 2 показаны виды сверху и снизу венского выпрямителя мощностью 10 кВт (ШИМ 400 кГц) с воздушным охлаждением, с синусоидальным входным током s и регулируемым выходным напряжением. Размеры 250 мм x 120 мм x 40 мм, что обеспечивает удельную мощность 8,5 кВт / дм.³. Общий вес преобразователя 2,1 кг. ^[7]

Формы тока и напряжения

Рис. 3. Изменение во времени фаз напряжения ua, ub, uc фаз тока ia, ib, ic. Сверху вниз: 1) сетевые напряжения ua, ub, uc. 2) сетевые токи ia, ib, ic. 3) напряжение выпрямителя на uDaM (см. Рис. 1), формирующее входной ток. 4. Средняя точка тока выходных конденсаторов (i0 на рис. 1). 5. Напряжение между средней точкой сети M и средней точкой выходного напряжения 0. Примечание. Внутренняя индуктивность сети не учитывается, и поэтому напряжение на конденсаторы фильтра равно сетевому напряжению.

На рисунке 3 показано поведение системы, рассчитанное с помощью симулятора силовой электроники.^[8] Между средней точкой выходного напряжения (0) и средней точкой сети (M) появляется синфазное напряжение u0M, что характерно для систем с трехфазным преобразователем.

Текущий контроль и баланс нейтральной точки на стороне постоянного тока

Можно отдельно управлять формой входного тока в каждой ветви диодного моста, вставив двунаправленный переключатель в узел, как показано на рисунке 3. Переключатель Ta управляет током, управляя намагничиванием катушки индуктивности. При включении заряжается индуктор, который пропускает ток через двунаправленный переключатель. Деактивация переключателя увеличивает ток, идущий в обход переключателя и протекающий через диоды свободного хода Da + и Da-. Это приводит к возникновению отрицательного напряжения на катушке индуктивности и его истощению. Это демонстрирует способность топологии управлять током синфазно с напряжением сети (Коррекция коэффициента мощности возможность).

Для создания синусоидальной входной мощности, которая находится в фазе с напряжением${displaystyle {underline {i}} _ {D} = Gstar {underline {u}} _ {C} приблизительно Gstar {underline {u}} _ {1}}$пространственный вектор среднего напряжения за период импульса должен удовлетворять:${displaystyle {underline {u}} _ {D} star = {underline {u}} - jomega _ {1} L_ {1} {underline {1}} _ {D}}$Для высоких частот переключения или низких индуктивностей нам требуется (${displaystyle L1}$) ${displaystyle {underline {u}} _ {D} около звезды {underline {u}} _ {1}}$.Доступные векторы пространства напряжения, необходимые для входного напряжения, определяются состояниями переключения (sa, sb, sc) и направлением фазных токов. Например, для ${displaystyle iDa> 0, iDb, iDc <0}$, т.е. для фазового диапазона${displaystyle phi _ {1} = - 30 ^ {circ} ... + 30 ^ {circ}}$ периода (${displaystyle phi _ {1}}$) фаза входного текущего пространственного вектора равна ${displaystyle i_ {D} примерно i_ {1}}$). На рис.4 показаны состояния проводимости системы, и отсюда мы получаем векторы входного пространства, показанные на рис.5. ^[9]

Рис.5: Состояния проводимости венского выпрямителя для ia> 0, ib, ic <0, действительны в ${displaystyle 60 ^ {o}}$ сектор периода T1 sa, sb, sc характеризуют коммутационное состояние системы. Стрелки представляют физическое направление и значение текущей средней точки i0.

использованная литература