Vídeňský usměrňovač - Vienna rectifier

Obr. 1: Schéma vídeňského usměrňovače.

The Vídeňský usměrňovač je pulzní šířková modulace usměrňovač, vynalezený v roce 1993 Johann W. Kolářem.^[1]

Funkce

Vienna Rectifier poskytuje následující funkce:

• Třífázové tříúrovňový tříspínačový PWM usměrňovač s řízeným výstupním napětím.^[2]
• Třívodičový vstup, žádné připojení k nulovému vodiči.
• Ohmický chování v síti^{[Citace je zapotřebí ]}
• Boost systém (trvalý vstupní proud).
• Jednosměrný tok energie.^[3]
• Vysoká hustota výkonu.
• Nízké emise EMI v běžném režimu.
• Jednoduché ovládání ke stabilizaci potenciálu neutrálního bodu.^[4]
• Nízká složitost, nízké realizační úsilí ^[3]
• Nízké spínací ztráty.^[5]
• Spolehlivé chování (zaručující chování ohmické sítě) při silně nevyváženém síťovém napětí a v případě výpadku sítě.^[6]

Topologie

Vienna Rectifier je jednosměrný třífázový tříspínač tříúrovňový Pulzní šířková modulace Usměrňovač (PWM). Lze to považovat za třífázové diodový můstek s integrovaným boost převodníkem.

Aplikace

Obr. 2: Pohled shora a zdola na vzduchem chlazený usměrňovač 10kW-Vienna (400kHz PWM).

Vídeňský usměrňovač je užitečný všude tam, kde se k dosažení sinusového proudu v síti a řízeného výstupního napětí používají šestistupňové převodníky, když není k dispozici žádná zpětná vazba energie ze zátěže do sítě. V praxi je použití vídeňského usměrňovače výhodné, když je prostor na dostatečné prémii, aby ospravedlnil další náklady na hardware. Tyto zahrnují:

• Telekomunikační napájecí zdroje.
• Zdroje nepřerušitelného napájení.
• Vstupní stupně převodníků střídavých pohonů.

Obrázek 2 ukazuje pohled shora a zdola na vzduchem chlazený 10 kW-vídeňský usměrňovač (400 kHz PWM) se sinusovým vstupním proudem sa regulovaným výstupním napětím. Rozměry jsou 250 mm x 120 mm x 40 mm, což má za následek hustotu výkonu 8,5 kW / dm³. Celková hmotnost převaděče je 2,1 kg ^[7]

Průběhy proudu a napětí

Obrázek 3: Časová variace napěťových fází ua, ub, uc proudových fází ia, ib, ic. Shora dolů: 1) síťová napětí ua, ub, uc. 2) síťové proudy ia, ib, ic. 3) usměrňovací napětí při uDaM (viz obr. 1), které tvoří vstupní proud. 4. Střední proud výstupních kondenzátorů (i0 na obr. 1). 5. Napětí mezi středem sítě M a středem výstupního napětí 0. Poznámka: Indukčnost vnitřní sítě není brána v úvahu, a proto napětí napříč filtrační kondenzátory se rovná síťovému napětí.

Obrázek 3 ukazuje chování systému vypočítané pomocí simulátoru obvodů výkonové elektroniky.^[8] Mezi středem výstupního napětí (0) a středem sítě (M) se objeví společné napětí u0M, jak je charakteristické v systémech třífázových měničů.

Řízení proudu a vyvážení neutrálního bodu na straně DC

Je možné samostatně ovládat tvar vstupního proudu v každé větvi diodového můstku vložením obousměrného spínače do uzlu, jak je znázorněno na obrázku 3. Přepínač Ta ovládá proud řízením magnetizace induktoru. Zapnuté nabíjí induktor, který pohání proud přes obousměrný spínač. Deaktivace zvýšení spínače způsobí, že proud obejde spínač a protéká volnoběžnými diodami Da + a Da-. To má za následek záporné napětí na induktoru a jeho odběr. To prokazuje schopnost topologie řídit proud ve fázi se síťovým napětím (Korekce účiníku schopnost).

Generovat sinusový příkon, který je ve fázi s napětím${displaystyle {underline {i}} _ {D} = Gstar {podtržení {u}} _ {C} přibližně Gstar {podtržení {u}} _ {1}}$průměrný vektor prostoru napětí za pulzní periodu musí splňovat:${displaystyle {underline {u}} _ {D} star = {underline {u}} - jomega _ {1} L_ {1} {underline {1}} _ {D}}$Pro vysoké spínací frekvence nebo nízkou indukčnost požadujeme (${displaystyle L1}$) ${displaystyle {underline {u}} _ {D} hvězdička přibližně {underline {u}} _ {1}}$Dostupné vektory napěťového prostoru potřebné pro vstupní napětí jsou definovány spínacími stavy (sa, sb, sc) a směrem fázových proudů. Například pro ${displaystyle iDa> 0, iDb, iDc <0}$, tj. pro fázový rozsah${displaystyle phi _ {1} = - 30 ^ {circ} ... + 30 ^ {circ}}$ období (${displaystyle phi _ {1}}$) je fáze vektoru prostoru vstupního proudu ${displaystyle i_ {D} přibližně i_ {1}}$). Obr. 4 ukazuje stavy vedení systému a z toho získáme vektory vstupního prostoru zobrazené na obr. 5. Obr ^[9]

Obr. 5: Vodivé stavy vídeňského usměrňovače, pro ia> 0, ib, ic <0, platné v ${displaystyle 60 ^ {o}}$ sektor období T1 sa, sb a sc charakterizují stav přepínání systému. Šipky představují fyzický směr a hodnotu aktuálního středního bodu i0.

Reference