Abstract
In the first part of this paper, three-phase power factor correction (PFC) rectifier topologies with sinusoidal input currents and controlled output voltage are derived from known single-phase PFC rectifier systems and/or passive three-phase diode rectifiers. The systems are classified into hybrid and fully active pulsewidth modulation boost-type or buck-type rectifiers, and their functionality and basic control concepts are briefly described. This facilitates the understanding of the operating principle of three-phase PFC rectifiers starting from single-phase systems, and organizes and completes the knowledge base with a new hybrid three-phase buck-type PFC rectifier topology denominated as Swiss Rectifier. Finally, core topics of future research on three-phase PFC rectifier systems are discussed, such as the analysis of novel hybrid buck-type PFC rectifier topologies, the direct input current control of buck-type systems, and the multi-objective optimization of PFC rectifier systems. The second part of this paper is dedicated to a comparative evaluation of four rectifier systems offering a high potential for industrial applications based on simple and demonstrative performance metrics concerning the semiconductor stresses, the loading and volume of the main passive components, the differential mode and common mode electromagnetic interference noise level, and ultimately the achievable converter efficiency and power density. The results are substantiated with selected examples of hardware prototypes that are optimized for efficiency and/or power density
چکیده
در بخش اول مقاله، توپولوژی های یکسو کننده ی اصلاح ضریب توان (PFC) سه فاز به همراه جریان های وررودی سینوسی و ولتاژ خروجی کنترل شده از سیستم اصلاح کننده PFC تک فاز و/یا اصلاح کننده های دیودی سه فاز مطرح میشود. این سیستم ها به دو دسته هیبریدی و اصلاح کننده های نوع باست مدولاسیون پهنای باند تمام اکتیو یا همان نوع باک تقسیم بندی میشوند و اساس کار و کنترل این اصلاح کننده ها بطور مختصر شرح داده میشود. با شروع از سیستمها تک فاز، درک و فهم عملکرد اساسی اصلاح کننده های PFC سه فاز آسان میشود و دانش اولیه برای توپولوژی اصلاح کننده های نوع باک که به اصلاح کننده های SWISS معروف هستند کامل میشود. در نهایت موضوعات اساسی تحقیقات آینده بر روی سیستم های اصلاح کننده PFC سه فاز مثل، کنترل جریان ورودی مستقیم در سیستم های نوع باک و بهینه سازی چند منظوره سیستم های نوع باک بیان میشود. بخش دوم این مقاله به ارزیابی مقایسه ای 4 نوع سیستم یکسو کننده می پردازد که برای ولتاژهای بالا در کاربرد های صنعتی ارائه شده اند. و بر اساس معیارهای عملکردی ساده مربوط به تنش های نیمه هادی، بارگذاری و حجم مؤلفه های پسیو اصلی، سطح اغتشاش ارتباط الکترومغناطیسی مد مشترک و مد تفاضلی، و در نهایت بازده مبدل و چگالی توان قابل حصول، می باشند. نتایج به دست آمده با انتخاب نمونه های اولیه سخت افزاری برای بهینه سازی بازده و چگالی توان، اثبات شده است.
1-مقدمه
منابع الکترونیکی توان در سیستم های الکتریکی توان بالا از اصول ac سه فاز به دو دسته تقسیم میشوند، یعنی، در ابتدا ولتاژ ac شبکه به یک ولتاژ dc تبدیل میشود و سپس با یک مبدل dc-dc با ایزولاسیون گالوانیکی یا بدون ایزولاسیون گالوانیکی با سطح ولتاژ بار متناسب میشوند. (شکل 1). غالبا تنها یک جهت عبور توان در نظر گرفته میشود؛ همچنین، کوپلینگ شبکه های جریان ac تنها بر روی سه هادی انجام میشود یعنی از هادی خنثی کننده استفاده نمیشود.
در ساده ترین حالت، یکسوکنندگی میتواند با اصلاح کننده های دیودی سه فاز غیر مستقیم بر روی شبکه جریان dc یا ac انجام شود (شکل 2). پیچیدگی پایین، رباس بودن بالا (بدون کنترل، لوازم کمکی سنسوری) یا تداخل الکترومغناطیسی (فیلترینگ) این مفهوم، باید با معایبی مثل تاثیر زیاد بر روی شبکه جریان و نامنظم بودن ولتاژ خروجی که بطور مستقیم به سطوح ولتاژ شبکه های جریان بستگی دارد مقابله کند...