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Vienna整流器是三相三电平的PWM整流器。可以视为是三相的二极管电桥,配合整合式的升压转换器。
Vienna整流器可以用在任何有用六个开关的转换器,希望产生弦波输入电流以及可控电压输出的情形,而且能量不需回灌到电路的应用下。在整务上,若有足够空间,可以证明额外硬件成本的合理性时,适合使用Vienna整流器。包括:
电信电源
不间断电源.
交流驱动器的交流输入端
右图有风冷10 kW Vienna整流器(载波频率400 kHz),有弧弦波输入电流以及可控输出电压。大小是250mm x 120mm x 40mm,功率密度是8.5 kW/dm3,总重2.1 kg 。
三相三电平的PWM整流器,其中包括三个功率晶体,可以控制输出电压 。
输入只需要三条电源线,不需要连接对应中性点的线
主回路维持电阻特性[来源请求]
升压式架构(输入电流连续)
单向的功率流动
高功率密度
低的导通共模EMI噪声
要控制使中性点电压稳定,比较简单
低复杂度,实现成本低
低导通损失
在电源三相不平衡,或是电源失效时,仍有可靠的行为特性(保证有类似电阻的特性)
三相六开关VIENNA整流器功率开关开路故障诊断
分析了VIENNA整流器在桥臂各个功率器件出现开路故障时所呈现的故障特征,指出了各桥臂续流二极管的开路故障对整流器的危害最大。进一步提出了利用三相输入电流直流分量以及输出电压交流纹波作为功率器件开路故障诊断的故障特征值。构建了基于人工神经网络的功率开关开路故障分类系统,并将所提取的故障特征值作为输入训练样本对其进行训练,最后通过MATLAB软件中M语言编程完成对故障分类系统的训练和测试。训练和测试的结果表明,训练后的神经网络故障分类系统可很好地对VIENNA整流器除续流二极管外的功率器件开路故障进行定位。
三相三电平三开关VIENNA整流器设计与实现
与传统的两电平变换器相比,多电平变换器输出电平数增加,输出波形阶梯增多,更加接近目标调制波。分析了三相三电平三开关VIENNA整流器的工作原理,介绍了电路的实现方法,给出了主电路及采样电路的设计。搭建了一个800 W的实验平台,利用TMS320F2812 DSP来实现控制算法。实验结果表明,所设计的电路能满足预定的要求,在工业控制中应用前景广阔。
在以大功率二极管或晶闸管为基础的两种基本类型的整流器中,电网的高压交流功率通过整流器变换为直流电源。提到未来的其它类型整流器:以不可控二极管前沿产品为基础的斩波器、斩波直流/直流变换器或电流源逆变型有源整流器。显然,这种最新型的整流器在技术上包含较多要开发的内容,但是它能显示出优点,例如它以非常小的谐波干扰和1的功率因数加载于电网。
整流器工作在理想情况下分析所得的各次谐波称为整流器的特征谐波。由于各晶闸管的门极触发脉冲电流不对称、或三相电压不对称、或电压波形发生畸变、或三相电路参数不同等因素,均会产生特征谐波以外的其他次数的谐波,这类谐波统称为整流器的非特征谐波。
在以大功率二极管或晶闸管为基础的两种基本类型的整流器中,电网的高压交流功率通过整流器变换为直流功率。提到未来(不久的或遥远的)的其它类型整流器:以不可控二极管前沿产品为基础的斩波器、斩波直流/直流变换器或电流源逆变型有源整流器。显然,这种最新型的整流器在技术上包含较多要开发的内容,但是它能显示出优点,例如它以非常小的谐波干扰和1的功率因数加载于电网。
所有整流器类别中最简单的是二极管整流器。在最简单的型式中,二极管整流器不提供任何一种控制输出电流和电压数值的手段。为了适用于工业过程,输出值必须在一定范围内可以控制。通过应用机械的所谓有载抽头变换器可以完成这种控制。作为典型情况,有载抽头变换器在整流变压器的原边控制输入的交流电压,因此也就能够在一定范围内控制输出的直流值。通常有载抽头变换器与串联在整流器输出电路中的饱和电抗器结合使用。通过在电抗器中引入直流电流,使线路中产生一个可变的阻抗。因此,通过控制电抗器两端的电压降,输出值可以在比较窄的范围内控制。
三极管的hFE参数与贮存时间ts相关,一般hFE大的三极管ts也较大,过去人们对ts的认识以及ts的测量仪器均较为欠缺,人们更依赖hFE参数来选择三极管。
在开关状态下,hFE的选择通常有以下认识:第一、hFE应尽可能高,以便用最少的基极电流得到最大的工作电流,同时给出尽可能低的饱和电压,这样就可以同时在输出和驱动电路中降低损耗。
但是,如果考虑到开关速度和电流容限,则hFE的最大值就受到限制;第二、中国的厂家曾经倾向于选用hFE较小的器件,例如hFE为10到15,甚至8到10的三极管就一度很受欢迎(后来,由于基极回路流行采用电容触发线路,hFE的数值有所上升),hFE的数值小则饱和深度小,从而有利于降低晶体管的发热。
实际上,晶体管的饱和深度受到Ib、hFE两个因素的影响,因而通过磁环及绕组参数、基极电阻Rb的调整,也可以降低饱和深度。
在设计上非常接近二极管整流器的是晶闸管整流器。因为晶闸管整流器的电参数是可控的,所以不需要有载抽头变换器和饱和电抗器。
因为晶闸管整流器不包含运动部件,所以晶闸管整流器系统的维修减少了。注意到的一个优点是晶闸管整流器的调节速度较二极管整流器快。在过程特性的阶跃期间,晶闸管整流器常常调节很快,以致能够避免过电流。其结果是晶闸管系统的过载能力能够设计得比二极管系统小。