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:

где Р_ном — 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; η_ном — номинальный КПД двигателя; U_л — линейное напряжение двигателя, В.

Ключи IGBT выбираются с постоянным (номинальным) током коллектора I_c ≥ I_c _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.

где I_c_р = I_c _max/ k₁ — максимальная амплитуда тока на входе инвертора, A; D = t_р/T ≈ 0,95 — максимальная скважность; cosθ ≈ cosφ — коэффициент мощности; U_ce₍_sat₎ — прямое падение напряжения на IGBT в насыщенном состоянии при I_c_р и Т_j = 125 °С (типовое значение U_ce₍_sat₎ = 2,1—2,2 В).

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

где I_ер ≈ I_c_р — максимальная амплитуда тока через обратный диод, А; U_е — прямое падение напряжения на диоде (в проводящем состоянии) при I_ер, В.

Потери при восстановлении запирающих свойств диода

где I_rr — амплитуда обратного тока через диод, А (I_rr ≈ I_ср); t_rr. — продолжительность импульса обратного тока, с (типовое значение 0,2 мкc). Суммарные потери диода

Результирующие потери в IGBT с обратным диодом:

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 R_th_(f-a), ° С/Вт, в расчете на пару IGBT/FWD (транзистор/обратный диод)

где Т_а = 45—50 °С — температура охлаждающего воздуха; Т_с = 90—110 °С —температура теплопроводящей пластины; Р_T —суммарная мощность, Вт, рассеиваемая одной парой IGBT/FWD; R_th₍_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

где R_th₍_j_-_c₎_q — термическое переходное сопротивление кристалл—корпус для IGBT части модуля, °С/Вт. При этом должно выполняться условие T_ja < 125 °С.

Температура кристалла обратного диода FWD, °С,

где R_th₍_j__c₎_d — термическое переходное сопротивление кристалл—корпус для FWD части модуля, °С/Вт.

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

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

Максимальное значение среднего выпрямленного тока

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

Максимальное обратное напряжение диода (для мостовых схем)

где к_с≥ 1,1 — коэффициент допустимого повышения напряжения сети; к_зн > 1,15 — коэффициент запаса по напряжению; Δ U_n = 100—150 В — запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока.

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

Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима работы ЭП (I_d= I_dm /k₁):

где k_cs = 0,577 для мостовой трехфазной схемы; k_cs = 0,785 для мостовой однофазной схемы; R_on — динамическое сопротивление полупроводникового прибора в проводящем состоянии, Ом; U_j — прямое падение напряжения, В, на полупроводниковом приборе при токе 50 мА (Uj + R_onI_dm / k_i ≤ 1 В для диода или 1,3 В для тиристора); m_v — 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

где R_th₍_c_-_f₎ — термическое переходное сопротивление корпус—поверхность теплопроводящей пластины модуля, °С/Вт.

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

где R_th₍_c_-_f₎_DV — термическое переходное сопротивление кристалл—корпус для одного полупроводникового прибора модуля, °С/Вт; n_D — количество полупроводниковых приборов в модуле.

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

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: