vienna整流器过零畸变原因分析

Vienna整流器是一种常见的三电平功率因数校正(PFC)整流器,广泛应用于电源和电能质量控制领域。由于其高效率、高功率密度和低谐波失真的特点,Vienna整流器在工业和电力电子应用中具有重要地位。然而,在实际应用中,Vienna整流器可能会出现过零畸变现象,影响其性能和稳定性。下面分析下Vienna整流器的过零畸变成因。

图1 三相vienna整流器的电路拓扑

由于三相滤波电感La,Lb和Lc的存在,导致电网电流和端口电压必然存在相位差,如果电网电流是单位功率因数的,那么端口电压必然滞后于电网电流。

矢量图表示了三相电流和电压矢量在d-q坐标系中的位置关系。如下:

图2 交流侧电压矢量相对关系图

Vs​:表示瞬时电压矢量  Is​:表示瞬时电流  Vref:表示参考电压矢量,通常用于控制目标。

ik​:表示相应的电流波形 θ:表示电压和电流之间的相位角

可以看出 ,由于交流侧存在滤波电感,调制波相位会滞后于输入电流 
以 B 相电流过零为例:  

图3 B相电流过零区域示意图

图中将整个α-β平面划分为六个区域(I, II, III, IV, V, VI),每个区域内的矢量组合不同。

由于滞后角的存在,电压矢量会先于目标矢量进入扇区Ⅱ 。

图4 非共享矢量示意图

蓝色字体表示开关状态 ,0关断,1开通。

两个大扇区中存在两个矢量对应同一种开关状态的情况。

当电流矢量𝐼𝑠I_s刚进入Ⅱ-4 扇区时,目标矢量Vref仍然停留在Ⅰ-3 扇区。

应选择的基本矢量为:

onn、ooo、oon、poo

iB>0B 相桥臂中点只能输出po电平,因此开关状态100 对应的并不是矢量onn ,而是非共享矢量opn。

所选用的错误矢量比理应选择的矢量滞后 90°,且前者的 矢量长度为后者的 3 倍。

图5 理论与实际矢量选择对比图

 非共享矢量中的中矢量错误 替代了小矢量,进而导致了错误的矢量合成,这意味着本应该使用小矢量来精确调节电压的地方,使用了幅值较大的中矢量。这会导致所合成的电压矢量不准确,进而影响电流的波形

查阅参考文献,通常解决过零畸变问题的方法:

1.无功电流注入法

2.  使用输入电流辅助判断SVPWM大扇区的调制策略

3.混合空间矢量脉宽调制策略(五段式+七段式)

        

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