rectificador de viena

Rectificador de modulación de ancho de pulso

Fig. 1: Esquema de un rectificador de Viena.

El Rectificador de Viena es un rectificador de modulación de ancho de pulso , inventado en 1993 por Johann W. Kolar en TU Wien , una universidad pública de investigación en Viena, Austria. ^{[1] [2]}

Características

El Rectificador de Viena proporciona las siguientes características:

• Rectificador PWM trifásico de tres niveles y tres interruptores con voltaje de salida controlado ^[3]
• Entrada de tres cables, sin conexión a neutro
• Comportamiento óhmico de la red ^[4]
• Sistema Boost (corriente de entrada continua)
• Flujo de potencia unidireccional ^[5]
• Alta densidad de potencia
• Emisiones de interferencia electromagnética (EMI) de modo común conducidas bajas
• Control sencillo para estabilizar el potencial del punto neutro ^[6]
• Baja complejidad, bajo esfuerzo de realización ^[5]
• Pérdidas de conmutación bajas  [de] ^[7]
• Comportamiento fiable (que garantiza el comportamiento óhmico de la red) bajo tensiones de red muy desequilibradas y en caso de fallo de red ^[8]

Topología

El rectificador de Viena es un rectificador unidireccional de modulación de ancho de pulso (PWM) trifásico, de tres interruptores y de tres niveles . Puede considerarse como un puente de diodos trifásico con un convertidor elevador integrado.

Aplicaciones

Fig. 2: Vistas superior e inferior de un rectificador Viena de 10 kW refrigerado por aire (PWM de 400 kHz).

El Rectificador de Viena es útil dondequiera que se utilicen convertidores de seis interruptores para lograr una corriente de red sinusoidal y un voltaje de salida controlado, cuando no hay disponible retroalimentación de energía de la carga a la red. En la práctica, el uso del Rectificador de Viena es ventajoso cuando el espacio es suficiente para justificar el costo adicional del hardware. Éstas incluyen:

• Fuentes de alimentación para telecomunicaciones.
• Fuente de poder ininterrumpida .
• Etapas de entrada de sistemas convertidores de accionamiento de CA.

La Figura 2 muestra las vistas superior e inferior de un rectificador Viena de 10 kW (PWM de 400 kHz) refrigerado por aire, con corriente de entrada sinusoidal y tensión de salida controlada. Las dimensiones son 250 mm x 120 mm x 40 mm, lo que da como resultado una densidad de potencia de 8,5 kW/dm ³ . El peso total del convertidor es de 2,1 kg ^[9]

Formas de onda de corriente y voltaje.

Fig 3: Variación en el tiempo de las fases de tensión ua, ub, uc de las fases de corriente ia, ib, ic. De arriba a abajo: 1) tensiones de red ua, ub, uc. 2) corrientes de red ia, ib, ic. 3) voltaje del rectificador en uDaM (ver Fig. 1), que forma la corriente de entrada. 4. Corriente de punto medio de los condensadores de salida (i0 en la Fig. 1). 5. Voltaje entre el punto medio de la red M y el punto medio del voltaje de salida 0. Nota: No se considera la inductancia de la red interna y, por lo tanto, el voltaje a través de los capacitores del filtro es igual al voltaje de la red.

La Figura 3 muestra el comportamiento del sistema, calculado mediante el simulador de circuitos de electrónica de potencia. ^[10] Entre el punto medio de la tensión de salida (0) y el punto medio de la red (M) aparece la tensión en modo común u0M, como es característico en los sistemas convertidores trifásicos.

Control de corriente y equilibrio del punto neutro en el lado CC.

Es posible controlar por separado la forma de la corriente de entrada en cada rama del puente de diodos insertando un interruptor bidireccional en el nodo, como se muestra en la Figura 3. El interruptor Ta controla la corriente controlando la magnetización del inductor. Encendido carga el inductor que impulsa la corriente a través del interruptor bidireccional. Al desactivar los aumentos del interruptor, la corriente pasa por alto el interruptor y fluye a través de los diodos de circulación libre Da+ y Da-. Esto da como resultado un voltaje negativo a través del inductor y lo drena. Esto demuestra la capacidad de la topología para controlar la corriente en fase con el voltaje de la red ( capacidad de corrección del factor de potencia ).

Para generar una entrada de potencia sinusoidal que esté en fase con el voltaje, el vector espacial de voltaje promedio durante un período de pulso debe satisfacer: Para frecuencias de conmutación altas o inductividades bajas, requerimos ( ) . Los vectores espaciales de tensión disponibles necesarios para la tensión de entrada están definidos por los estados de conmutación y la dirección de las corrientes de fase. Por ejemplo, para , es decir, para el rango de fase del período ( ), la fase del vector espacial actual de entrada es ). La Fig. 4 muestra los estados de conducción del sistema, y ​​de aquí obtenemos los vectores espaciales de entrada que se muestran en la Fig. 5 ^[11]. ${\displaystyle {\underline {i}}_{D}=G\star {\underline {u}}_{C}\approx G\star {\underline {u}}_{1}}$ ${\displaystyle {\underline {u}}_{D}\star ={\underline {u}}-j\omega _{1}L_{1}{\underline {1}}_{D}}$ ${\displaystyle L1}$ ${\displaystyle {\underline {u}}_{D}\star \approx {\underline {u}}_{1}}$ ${\displaystyle (sa,sb,sc)}$ ${\displaystyle iDa>0,iDb,iDc<0}$ ${\displaystyle \phi _{1}=-30^{\circ }...+30^{\circ }}$ ${\displaystyle \phi _{1}}$ ${\displaystyle i_{D}\approx i_{1}}$

Fig 5: Los estados de conducción del Rectificador de Viena, para ia>0, ib,ic<0, válidos en un sector del período T1 sa, sb y sc caracterizan el estado de conmutación del sistema. Las flechas representan la dirección física y el valor del punto medio actual i0. ${\displaystyle 60^{o}}$

Ver también

• rectificador de varsovia

Referencias

1. JW Kolar, "Dreiphasen-Dreipunkt-Pulsgleichrichter", presentado el 23 de diciembre de 1993, n.º de expediente: AT2612/93, solicitud de patente europea: EP 94 120 245.9-1242 titulada "Vorrichtung und Verfahren zur Umformung von Drehstrom in Gleichstrom" .
2. Johann W. Kolar. "VIENNA Rectifier II: un novedoso sistema rectificador PWM trifásico aislado de alta frecuencia y una sola etapa" (PDF) . Transacciones IEEE sobre electrónica industrial . 46 (4). doi :10.1109/TIE.2004.841096.
3. JW Kolar, FC Zach, "Una nueva interfaz de servicios públicos trifásicos que minimiza los armónicos de corriente de línea de los módulos rectificadores de telecomunicaciones de alta potencia", Registro de la 16ª Conferencia Internacional de Energía de Telecomunicaciones del IEEE, Vancouver, Canadá, del 30 de octubre al 3 de noviembre. págs. 367-374 (1994) doi :10.1109/INTLEC.1994.396642.
4. Miniböck, Johann; Kolar, Johann W. (febrero de 2005). "Concepto novedoso para la conformación de la corriente de entrada proporcional de la tensión de red de un rectificador VIENA que elimina los multiplicadores del controlador" (PDF) . Transacciones IEEE sobre electrónica industrial . 52 (1). IEEE: 162–170. doi :10.1109/TIE.2004.841096. S2CID  28930599 . Consultado el 9 de octubre de 2023 .
5. JW Kolar, H. Ertl, FC Zach, "Diseño e investigación experimental de un rectificador trifásico de factor de potencia unitario PWM (Viena) de alta densidad de potencia y alta eficiencia que emplea un novedoso módulo semiconductor de potencia integrado", Actas del 11º IEEE Applied Conferencia sobre electrónica de potencia, San José (CA), EE. UU., 3 al 7 de marzo, volumen 2, páginas 514-523 (1996) doi :10.1109/APEC.1996.500491.
6. JW Kolar, U. Drofenik, FC Zach, "Análisis basado en vectores espaciales de la variación y control del potencial de punto neutro de sistemas rectificadores PWM trifásicos/conmutados/de nivel controlados por corriente de histéresis", Actas de la Conferencia Internacional sobre Electrónica de Potencia y Drive Systems, Singapur, 21-24 de febrero, Vol.1, páginas 22-33 (1995) doi :10.1109/PEDS.1995.404952.
7. Drofenik, Dr. Uwe (22 de mayo de 2009). "Cómo diseñar una interfaz CA/CC trifásica de 10 kW paso a paso". www.gecko-research.com . Gecko-Research GmbH . Consultado el 28 de enero de 2021 .
8. JW Kolar, U. Drofenik, FC Zach, “Capacidad de manejo de corriente del punto neutro de un rectificador PWM (Viena) trifásico/conmutador/aumento de nivel”, Actas de la 27ª Conferencia de especialistas en electrónica de potencia del IEEE, Baveno, Italia, 24 al 27 de junio, Vol.II, págs. 1329-1336 (1996) doi :10.1109/PESC.1996.548754.
9. SD Round, P. Karutz, ML Heldwein, JW Kolar, “Hacia un rectificador de factor de potencia unitario trifásico de 30 kW/litro”, Actas de la cuarta conferencia de conversión de energía (PCC'07), Nagoya, Japón, 2 de abril –5, CD-ROM, ISBN 1-4244-0844-X , (2007). 
10. www.gecko-research.com
11. iPES (Seminario interactivo sobre electrónica de potencia): animación Java-Applet del rectificador de Viena en www.ipes.ee.ethz.ch