|
Камчатский Государственный Технический УниверситетСтр 1 из 4Следующая ⇒ 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 Ic ≥ Ic 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
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
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
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:
|