Wienlikriktare - Vienna rectifier

Fig. 1: Schema över en Wienlikriktare.

Den Wien Rectifier är en pulsbreddsmodulering likriktare, uppfanns 1993 av Johann W. Kolar.

Funktioner

Vienna Rectifier har följande funktioner:

• Tre-fas tre-nivå tre-switch PWM- likriktare med kontrollerad utspänning.
• Tretrådsingång, ingen anslutning till neutral.
• Ohmiskt nätbeteende
• Boost-system (kontinuerlig ingångsström).
• Enkelriktat kraftflöde.
• Hög effekttäthet.
• EMI-utsläpp med låg ledning av elektromagnetiska störningar ( common mode ).
• Enkel kontroll för att stabilisera den neutrala punktpotentialen.
• Låg komplexitet, låg insats
• Låga kopplingsförluster.
• Pålitligt beteende (garanterar ohmskt nätbeteende) vid kraftigt obalanserad nätspänning och i händelse av nätspänning.

Topologi

Vienna Rectifier är en enkelriktad trefas tre-switch tre-nivå pulsbreddsmodulering (PWM) likriktare. Det kan ses som en trefasdiodbro med en integrerad boost-omvandlare.

Applikationer

Bild 2: Vyer uppifrån och nedifrån av en luftkyld 10kW-Wienlikriktare (400kHz PWM).

Wien-likriktaren är användbar överallt där sex-switch-omvandlare används för att uppnå sinusformad nätström och kontrollerad utspänning, när ingen energiåterkoppling från belastningen till nätet är tillgänglig. I praktiken är användning av Wien-likriktaren fördelaktig när utrymmet är tillräckligt högt för att motivera den extra hårdvarukostnaden. Dessa inkluderar:

• Telekommunikationsförsörjning.
• Avbrottsfri strömförsörjning .
• Ingångsnivåer för växelströmsomvandlare.

Figur 2 visar vyerna uppifrån och nedifrån av en luftkyld 10 kW-Wienlikriktare (400 kHz PWM), med sinusformig ingångsström s och kontrollerad utspänning. Måtten är 250 mm x 120 mm x 40 mm, vilket resulterar i en effekttäthet på 8,5 kW / dm ³ . Omvandlarens totala vikt är 2,1 kg

Ström- och spänningsvågformer

Fig 3: Tidsvariation av spänningsfaser ua, ub, uc för strömfaserna ia, ib, ic. Från topp till botten: 1) nätspänningar ua, ub, uc. 2) huvudströmmar ia, ib, ic. 3) likriktarspänning vid uDaM (se bild 1), som bildar ingångsströmmen. 4. Utgångskondensatorns mittpunktström (i0 i fig. 1). 5. Spänning mellan nätets mittpunkt M och utgångsspänningens mittpunkt 0. Obs! Inre nätinduktans beaktas inte och därför är spänningen över filterkondensatorerna lika med nätspänningen.

Figur 3 visar systembeteendet, beräknat med kraftelektronik-kretssimulator. Mellan utgångsspänningens mittpunkt (0) och nätets mittpunkt (M) uppträder den gemensamma modspänningen u0M, vilket är karakteristiskt i trefasomvandlingssystem.

Strömstyrning och balans av neutralpunkten på DC-sidan

Det är möjligt att styra ingångsströmformen separat i varje gren av diodbroen genom att sätta in en dubbelriktad omkopplare i noden, såsom visas i figur 3. Omkopplaren Ta styr strömmen genom att styra magnetiseringen av induktorn. Påslagen laddar induktorn som driver strömmen genom dubbelriktad omkopplare. Om du avaktiverar omkopplaren ökar strömmen omkopplaren och flödar genom frihjulsdioderna Da + och Da-. Detta resulterar i en negativ spänning över induktorn och dränerar den. Detta visar topologins förmåga att styra strömmen i fas med nätspänningen ( Power-factor correction capability).

För att generera en sinusformad strömingång som är i fas med spänningen måste den genomsnittliga spänningsutrymmesvektorn över en pulsperiod uppfylla: För höga omkopplingsfrekvenser eller låga induktiviteter behöver vi ( ) . De tillgängliga spänningsutrymmevektorerna som krävs för ingångsspänningen definieras av omkopplingstillstånden (sa, sb, sc) och fasströmmarnas riktning. Till exempel för , dvs för fasområdet för perioden ( ) är fasen för den inmatade strömutrymmesvektorn ). Fig. 4 visar ledningstillstånden för systemet, och från detta får vi de ingångsutrymmesvektorer som visas i fig. 5 ${\ displaystyle {\ understrykning {i}} _ {D} = G \ stjärna {\ understrykning {u}} _ {C} \ ungefär G \ stjärna {\ understrykning {u}} _ {1}}$${\ displaystyle {\ understrykning {u}} _ {D} \ star = {\ understrykning {u}} - j \ omega _ {1} L_ {1} {\ understrykning {1}} _ {D}}$${\ displaystyle L1}$${\ displaystyle {\ understrykning {u}} _ {D} \ star \ approx {\ understrykning {u}} _ {1}}$${\ displaystyle iDa> 0, iDb, iDc <0}$${\ displaystyle \ phi _ {1} = - 30 ^ {\ circ} ... + 30 ^ {\ circ}}$${\ displaystyle \ phi _ {1}}$${\ displaystyle i_ {D} \ approx i_ {1}}$

Fig 5: Ledningstillstånd för Wienlikriktaren, för ia> 0, ib, ic <0, giltiga i en sektor av perioden T1 sa, sb och sc karakteriserar systemets omkopplingstillstånd. Pilarna representerar den fysiska riktningen och värdet för den aktuella mittpunkten i0. ${\ displaystyle 60 ^ {o}}$

Referenser