Расчет преобразователя частоты общего назначения



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Расчет преобразователя частоты общего назначения



Методика расчета приведена для ПЧ с АИН (см. рис. 17), выполненного с использованием гибридных модулей, состоящих из ключей IGВТ и обратных диодов FWD, смонтированных в одном корпусе на общей теплоотводящей пластине.

Расчет инвертора.Максимальный ток через ключи инвертора определяется из выражения:

(3)

где Рном — номинальная мощность двигателя, Вт; k1 = 1,2–1,5 — коэффициент допустимой кратковременной перегрузки по току, необходимой для обеспечения динамики ЭП; k2= 1,1 –1,2 — коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока; ηном — номинальный КПД двигателя; Uл — линейное напряжение двигателя, В.

Ключи IGBT выбираются с постоянным (номинальным) током коллектора Ic ≥ Ic max.

Расчет потерь в инверторе при ШИМ формировании синусоидального тока на выходе заключается в определении составляющих потерь IGBT в проводящем состоянии и при коммутации, а также потерь обратного диода.

Потери в IGBT в проводящем состоянии

(4)

где Icр = Ic max/k1 — максимальная амплитуда тока на входе инвертора, A; D = tр/T ≈ 0,95 — максимальная скважность; cosθ ≈ cosφ — коэффициент мощности; Uce(sat) — прямое падение напряжения на IGBT в насыщенном состоянии при Icр и Тj = 125 °С (типовое значение Uce(sat)= 2,1—2,2 В).

Потери IGBT при коммутации

(5)

где tс(on), tс(off) — продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание tс(on) и закрывание tс(off) транзистора, с (типовое значение tс(on) = 0,3–0,4 мкс; tс(off) = 0,6–0,7 мкс); Uсс — напряжение на коллекторе IGBT, В (коммутируемое напряжение, равное напряжению звена постоянного тока для системы АИН—ШИМ); fsw— частота коммутаций ключей, Гц (частота ШИМ), обычно от 5000 до 15 000 Гц.

Суммарные потери IGBT

PQ = PSS + PSW (6)

Потери диода в проводящем состоянии

(7)

где IерIcр — максимальная амплитуда тока через обратный диод, А; Uе — прямое падение напряжения на диоде (в проводящем состоянии) при Iер, В.

Потери при восстановлении запирающих свойств диода

PDR = (Irr Ucc trr fsw)/8 (8)

где Irr — амплитуда обратного тока через диод, А (IrrIср); trr. — продолжительность импульса обратного тока, с (типовое значение 0,2 мкc). Суммарные потери диода

PD = PDS + PDR (9)

Результирующие потери в IGBT с обратным диодом:

PT=PQ + PD = PSS +PSW + PDS + PDR. (10)

Найденные результирующие потери являются основой для теплового расчета инвертора, в ходе которого определяются тип и геометрические размеры необходимого охладителя, а также проверяется тепловой режим работы кристаллов IGBT и обратного диода.

Максимально допустимое переходное сопротивление охладитель—окружающая среда Rth(f-a), °С/Вт, в расчете на пару IGBT/FWD (транзистор/обратный диод)

(11)

где Та = 45—50 °С — температура охлаждающего воздуха; Тс = 90—110 °С —температура теплопроводящей пластины; РT—суммарная мощность, Вт, рассеиваемая одной парой IGBT/FWD; Rth(c-f)— термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящей пластины модуля в расчете на одну пару IGBT/FWD, °С/Вт.

Температура кристалла IGBT, °С, определяется по формуле

Tja=Tc + PQ Rth(j-c)q (12)

где Rth(j-c)q — термическое переходное сопротивление кристалл—корпус для IGBT части модуля, °С/Вт. При этом должно выполняться условие Tja < 125 °С.

Температура кристалла обратного диода FWD, °С,

Tjd=Tc + PDRth(j_c)d, (13)

где Rth(j_c)d — термическое переходное сопротивление кристалл—корпус для FWD части модуля, °С/Вт.

Должно выполняться условие Тjd < 125 °С.

Если Тjd 125 °С или опасно приближается к этой максимально допустимой температуре кристалла, то нужно улучшить теплоотдачу за счет использования охладителя с меньшим значением сопротивления Rth(f-a), т. е. задавшись меньшей температурой корпуса Тс.

Расчет выпрямителя.

Среднее выпрямленное напряжение

Ud=kcUл, (14)

где kc— коэффициент схемы для номинальной нагрузки; kc = 1,35 для мостовой трехфазной схемы; kc = 0,9 для мостовой однофазной схемы

Максимальное значение среднего выпрямленного тока

(15)

где n — количество пар IGBT/FWD в инверторе.

Максимальный рабочий ток диода

Iνm=kcc Idm (16)

где ксс1,045 для мостовой трехфазной схемы при оптимальных параметрах Г-образного LC-фильтра, установленного на выходе выпрямителя; ксс = 1,57 для мостовой однофазной схемы.

Максимальное обратное напряжение диода (для мостовых схем)

Uvm = kзн√2Uлkснkc + ΔUn (17)

где кс1,1 — коэффициент допустимого повышения напряжения сети; кзн > 1,15 — коэффициент запаса по напряжению; ΔUn = 100—150 В — запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока.

Диоды выбираются по постоянному рабочему току (не менее Ivm) и по классу напряжения (не менее Uvm/100).

Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима работы ЭП (Id= Idm /k1):

(18)

где kcs = 0,577 для мостовой трехфазной схемы; kcs = 0,785 для мостовой однофазной схемы; Ron — динамическое сопротивление полупроводникового прибора в проводящем состоянии, Ом; Uj — прямое падение напряжения, В, на полупроводниковом приборе при токе 50 мА (Uj + RonIdm / ki 1 В для диода или 1,3 В для тиристора); mv — число полупроводниковых приборов в схеме.

Тепловой расчет параметров охладителя выпрямителя следует проводить аналогично приведенному выше расчету для инвертора.

Максимально допустимое переходное сопротивление охладитель—окружающая среда в расчете на выпрямитель

(19)

где Rth(c-f)— термическое переходное сопротивление корпус—поверхность теплопроводящей пластины модуля, °С/Вт.

Если не все полупроводниковые приборы моста размещены в одном модуле, то необходимо PDV привести к числу приборов, расположенных в одном корпусе.

Температура кристалла

(20)

где Rth(c-f)DV — термическое переходное сопротивление кристалл—корпус для одного полупроводникового прибора модуля, °С/Вт; nD — количество полупроводниковых приборов в модуле.

Необходимо, чтобы выполнялось условие: TjDV < 140 °С.



Последнее изменение этой страницы: 2016-04-23; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.235.184.215 (0.015 с.)