Filtering of common-mode and differential-mode voltages in active front-end converter

摘要

Tässä diplomityössä tutkittiin kolmivaiheista verkkovaihtosuuntaajaa, jossa vaihtojännite muodostetaan katkomalla tasajännitettä puolijohdekytkinten avulla pulssinleveysmodulointia käyttäen. Eromuotoisen jännitteen suodattaminen on välttämätöntä lähtöjännitteen hyödyntämisen kannalta. Sen sijaan yhteismuotoista jännitettä ei tavallisesti suodateta, koska kolmijohdinjärjestelmässä yhteismuotoiselle virralle ei ole suoraa kulkutietä. Yhteismuotoinen jännite pääsee kuitenkin kapasitiivisten kytkentöjen kautta aiheuttamaan häiriöitä. Työssä selvitetään, millaisia vaikutuksia yhteismuotoisen jännitteen suodatuksen lisäämisellä on vaihtosuuntaajan komponentteihin ja lähtöjännitteeseen.Työssä tarkastellaan kaksi- ja kolmitasoista pääpiiritopologiaa. Aluksi tutkitaan eri pulssinleveysmodulointimenetelmiä ja niiden vaikutuksia yhteismuotoisen jännitteen aika- ja taajuustason käyttäytymiseen, minkä perusteella valitaan työssä käytettävät modulointimenetelmät. Tämän jälkeen tarkastellaan kuinka ero- ja yhteismuotoista häiriötä voidaan passiivikomponenteilla suodattaa. Työssä valitaan käytettäväksi suodatinrakenne, jossa yhteismuotoisen jännitteen suodatuksen lisäys eromuotoiseen suodattimeen toteutetaan virtuaalimaakytkennällä.Vaihtosuuntaajan toimintaa simuloidaan muutamissa eri toimintapisteissä. Tulosten perusteella yhteismuotoisen jännitteen suodatusta ei resonanssi-ilmiön takia voida lisätä vaihtosuuntaajaan, jossa käytetään epäjatkuvaa modulointitapaa. Jatkuvalla modulointitavalla resonanssitaajuinen värähtely on hallittavissa ja pieni amplitudiltaan, mutta virtuaalimaakytkennän lisääminen kasvattaa passiivikomponenttien virtarasitusta. Yhteismuotoisen jännitteen suodattaminen ei juurikaan vaikuta kytkinkomponenttien häviötehoon, mutta sen sijaan modulointitavan vaihto jatkuvasta epäjatkuvaan kasvattaa häviötehoa merkittävästi. Kolmitasoisella vaihtosuuntaajalla virtuaalimaakytkennän aiheuttamat lisärasitukset ovat keskimäärin pienemmät kuin kaksitasoisella pääpiiritopologialla.