vienna整流器的矢量分析

 Vienna整流器使用六个二极管和六个IGBT(或MOSFET)组成,提供三个电平:正极电平(P)、中性点电平(O)和负极电平(N)。通过对功率管的控制,Vienna整流器可以在这些电平之间切换,从而调节输出电压。

为了实现对输入电流和输出电压的精确控制,Vienna整流器通常采用矢量控制方法。 

通过矢量控制,可以将三相电流 Ia​、Ib​、Ic​ 转换到旋转坐标系下的d轴和q轴(d轴分量:与电压同相的有功电流分量,q轴分量:与电压正交的无功电流分量)。然后,通过调节d轴和q轴电流,控制Vienna整流器的输出电压和输入功率因数。 

 定义三种状态,PON

当Ia>0, Ib>0, Ic<0时,会出现以下状态(七段式):

 比如,第一种状态PPO,A相和B相电流给C1充电后回到C相。 

以下图为例进行Vienna整流器的矢量分析:

矢量切换分析

第一个时间段 K⋅T0

Sa​ = 1,Sb​ = 0,Scc = 0   对应状态:P O N

第二个时间段 T1

Sa​ = 1,Sb​ = 1,Sc​ = 0  对应状态:P P O

第三个时间段 T2

Sa = 1,Sb​ = 1,Sc​ = 0    对应状态:P P O

第四个时间段 2⋅(1−K)⋅T02

Sa​ = 0,Sb = 1,Sc​ = 1

对应状态:O N N

第五个时间段 T2

Sa​ = 0,SbS​ = 1,Sc​ = 1

对应状态:O N N

第六个时间段 T1

Sa​ = 1,Sb​ = 1,Sc​ = 0

对应状态:P P O

第七个时间段 K⋅T0 

Sa​ = 1,Sb = 0,Sc​ = 0

对应状态:P O N

PPO/OON,PON,POO的作用时间分别为:2*T0,2*T1,2*T2,T=TS/2k作为T0的分配因子。

从图中可以得到,通过调整k的大小即可调整对电容C1和C2充放电的时间。

实际上中点电压不平衡是因为流过中点的电流对上下电容的充放电时间不同造成,理论上在一个开关周期内流入中点的电流为三相输入电流之和等于零。

如果在一个开关周期内能控制流入两个电容的电流就能控制实现电容电压的平衡。

中点平衡控制策略:大矢量和零矢量不能影响中点电流,小矢量的的两种状态对中点电流起相反作用,中矢量的影响是随机的,所有仅有冗余小矢量对中点电流的波动是可控的,即PPO和OON这两种状态时可控的。

具体实现步骤

1.实时监测两个电容 C1和 C2的电压 ​,计算中点电压差 ΔV=VC1−VC2​。

2.根据中点电压差 ΔV,计算需要注入或吸收的补偿电流 I​。

3.根据计算出的补偿电流,通过调整PWM信号的占空比,调整开关器件的导通时间,使得电流流向需要平衡的电容。

最后,通过反馈控制回路,实时调整补偿电流,确保中点电位保持平衡。

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