Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Камчатский Государственный Технический Университет





Камчатский Государственный Технический Университет

Мореходный факультет

Кафедра «Электрооборудование и радиооборудование судов»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине

«Физические основы электроники»

ЭМ, 140104-МФ

Выполнил курсант: Алексеенко Андрей Александрович

Дата сдачи на проверку «___» 2016г.

Работа защищена «___» 2016г. С оценкой

Руководитель: старший преподаватель Труднев С.Ю.

Петропавловск-Камчатский

Г.

Содержание:

1)Введение………………………………………………….….……..1

2)Расчетная часть…………………………………….…….................3

2.1) Выбор IGBT транзисторов и диодов……….………..……3

2.2) Расчет потерь IGBT и диодов……………………..………5

2.3) Тепловой расчет инвертора………………...…..…………8

2.4) Расчет выпрямителя……………...….…………………….9

2.5) Тепловой расчет выпрямителя……………………...……11

2.6) Расчет параметров охладителя………………………...…12

2.7) Расчет фильтра…………………………………………….16

2.8) Расчет снаббера (демпфирующей цепи)……...………….19

3)Заключение………………………………………………………...22

4)Список литературы………………………………………………..23

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

Преобразователь частоты (ПЧ) в ЭП является силовым регулятором, вход которого подключен к питающей сети с нерегулируемыми значениями напряжения и частоты , а на выходе обеспечиваются регулируемые значения напряжения (или тока ) и частоты , в зависимости от задания и управляющих сигналов .

Применение ПЧ в ЭП обеспечивает наиболее экономичные способы регулирования скорости и момента электродвигателей переменного тока. В настоящее время в зависимости от мощности и технологических требований к ЭП используется один из трех типов статических ПЧ:

1) непосредственный ПЧ (в минимальной конфигурации содержит m2 – по числу фаз двигателя – отдельных реверсивных преобразователей постоянно тока, управление которыми осуществляется переменным модулирующим напряжением);

2) двухзвенный ПЧ с автономным инвертором напряжения (состоит из трех основных элементов: выпрямителя (В), автономного инвертора напряжения (АИН), и промежуточного контура постоянного тока, включающего конденсатор С, который является источником реактивной мощности для двигателя).

Двухзвенный ПЧ с автономным инвертором тока (состоит из управляемого выпрямителя, автономного инвертора тока (АИТ), сглаживающего реактора L и конденсаторов С, являющихся источником реактивной энергии для двигателя).

РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.

Выбор IGBT транзисторов и диодов.

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

Максимальный ток через ключи инвертора определяется из выражения:


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 IcIc max.

Т.к., P=140 кВт, то выбираем двигатель 4AHK280M4Y3; P=160 кВт; ; КПД=92,5 %.

= = =119,4 A.

 


=119,4 А;

По справочнику выбираем модули IGBT фирмы Toshiba третьего поколения типа RM150HA-24F на напряжение 600 В со следующими параметрами:

Таблица 1

Предельные параметры  
1. Максимальное напряжение коллектор – эмиттер UCES, В  
2. Максимальный ток коллектора Ic, A  
3. Максимальная рассеиваемая мощность Pc, Вт  
Электрические параметры  
1. Типовое UCES во включенном состоянии UCE(sat), В 2,1
2. Максимальное UCES во включенном состоянии UCE(sat), В 2,8
3. Входная емкость Cies, нФ  
4. Выходная емкость Coes, нФ  
5. Емкость обратной связи (проходная) Cres, нФ  
6. Время задержки включения td(on), нс  
7. Время нарастания tr, нс  
8. Время задержки выключения td(off), нс  
9. Время спада tf, нс  

Обратный диод  
1. Прямое падение напряжения на обр. диоде транзистора Uf, B 2,8
2. Время восстановления обр.диода при выключении trr, нс  
Тепловые и механические характеристики  
1. Тепловое сопротивление корпус – охладитель Rth(c-f), 0C/Вт 0,13
2. Тепловое сопротивление переход-корпус IGBT Rth(j-c), 0C/Вт 0,16
3. Тепловое сопротивление переход-корпус диода Rth(j-c), 0C/Вт 0,35
4. Масса, г  

 

Потери IGBT при коммутации

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.

tс(on) =120 нс; tс(off) =300 нс ; fsw =10000 Гц

 


= = = 0,17 Вт.

Суммарные потери IGBT

PQ = PSS + PSW.

= 41,5+0,17= 41,67 Вт.

Суммарные потери диода


PD = PDS + PDR.

= 40,48+0,026= 40,5 Вт.

Тепловой расчет инвертора.

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

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.


– 0,2= 0,46 °С/Вт.

2)Температура кристалла IGBT, °С, определяется по формуле:

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

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

=100+41,68∙0,21= 108,75 °С.

3)Температура кристалла обратного диода FWD, °С,

Tjd = Tc + PDRth(j-c)d ,

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.

= 100+40,5∙0,47= 119,03 °С

 

Расчет выпрямителя.

Температура кристалла


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.

TjDV= 100+ 0,15= 107°С; 107°С ≤ 140°С.

Расчет длины охладителя.

1) Площадь охладителя, участвующая в излучении тепла:

где d, b, h – габаритные размеры профиля, м;

Охладитель (гребенка):


2) Площадь данного охладителя, участвующая в конвекции:

где m – число ребер.

3) Переходное сопротивление излучению тепла:

где Тс = 373 К – температура поверхности охладителя;

Та = 323 К – температура окружающей среды;

ΔТ = Тс – Та = 50 К;

Е – коэффициент излучения поверхности (Е = 0,8 для алюминия).

 

4) Переходное температурное сопротивление теплопередачи конвекцией:

 


где – коэффициент ухудшения теплоотдачи (конвекции).

5)

 

Переходное температурное сопротивление охладитель – окружающая среда при естественном охлаждении:

 

6)

 

Следовательно, имеем следующую зависимость:

 

 

где А, В, С – коэффициенты, полученные при подстановке в

 


 

7) Для различных значений d рассчитываем зависимость, результаты расчета сведены в табл. 1.

Таблица 3

d, м 0,02 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35
, 0С/Вт 0,358 0,174 0,1 0,073 0,058 0,048 0,04 0,037

 

По полученным значениям строим график зависимости от d:

 

График зависимости = f(d).

8) Выбираем длину охладителя d так, чтобы температурное сопротивление было не более расчетного значения для всех приборов,


установленных на охладителе: d = 0,025 м при = 0,3 0С/Вт < расч. = 0,356 0С/Вт.

Расчет фильтра.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В ходе проведенной работы мы познакомились с частотным преобразователем и научились выбирать IGBT модули, диоды, рассчитывать различные потери, фильтры, выпрямители и снабберы, а также подбирать радиаторную решетку под необходимые нам характеристики.

 

Частотный преобразователь с широтно-импульсной модуляцией:

 

Таблица 4

Наименование устройства Количество
Модули IGBT фирмы Toshiba RM150HA-24F  
Диодный модуль CM150DY-12H  
Охладитель типа T-121  
Конденсатор типа К78 – 2 5 пар
Быстро-восстанавливающийся диод типа ВЧ – 160  

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Электротехнический справочник: В 4-х т. Т.4 / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. - М.: Изд-во МЭИ, 2002.

2. Электротехнический справочник: В 4-х т. Т.2 / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. (гл. ред. И.Н.Орлов). М.: Изд-во МЭИ, 1998.

3. Справочник по электрическим машинам. / Под общ. ред. И.П.Копы-лова, Б.К.Клокова. – М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. / Под ред. Р.С.Сарбатова. – М.: Энергия, 1980.

5. Электропривод переменного тока с частотным управлением / Ю.Бюттер, Ю.М.Гусяцкий, А.В.Кудрявцев и др. Под ред. Г.А. Щукина. – М.: Изд-во МЭИ, 1989.

 

Камчатский Государственный Технический Университет

Мореходный факультет







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

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

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...





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


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.