Расчет потерь в инверторе. Максимальное значение среднего выпрямленного тока. Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима электропривода. Максимальное допустимое переходное сопротивление охладитель – окружающая среда, температура кристалла.
Аннотация к работе
Преобразователь частоты (ПЧ) в ЭП является силовым регулятором, вход которого подключен к питающей сети с нерегулируемыми значениями напряжения U1 и частоты f1, а на выходе обеспечиваются регулируемые значения напряжения U2 (или тока I2) и частоты f2 в зависимости от задания и управляющих сигналов Uy. 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). В ПЧ с АИН для формирования выходного напряжения с заданной частотой и амплитудой первой гармоники исключительное применение находит способ широтно-импульсной модуляции (ШИМ) напряжения с постоянной частотой коммутации или с переменной частотой коммутации в системах прямого цифрового управления моментом.Исходные данные: Номинальная мощность Рном = 30 КВТ, Диапазон выходных частот от 0,5 до 512 Гц, Частота питающей сети fc = 50 Гц, Диапазон регулируемого напряжения от 0 до Uпит.сети, Uвх = 380 В ± 20 % = Uпит.сети. По номинальной мощности выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором стандартного исполнения типа 4А180МЧУ3 (по справочнику [3]) со следующими техническими данными: Номинальная мощность Рном = 30 КВТ, Синхронная скорость вращения nсинх = 1500 об/мин, Скольжение s = 2 %, Номинальное КПД ?ном = 91 %, Напряжение двигателя U = 220/380 В, Кратность пускового тока ІП/Іном = 7,0, Коэффициент мощности cos ?1 = 0,89. Максимальный ток через ключи инвертора определяется из выражения: (1) где Рном - номинальная мощность двигателя, Вт; Ключи IGBT выбираются с постоянным (номинальным) током коллектора Іс ? Іс max. 37.15] выбираем модули IGBT фирмы Mitsubishi третьего поколения типа СМ200DY-12Н на напряжение 600 В со следующими параметрами: Таблица 1Расчет 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: ,(2) где Іср = Ic max /k1 = 133,5/1,4 = 95,4 А - максимальная амплитуда тока на входе инвертора, А; Потери IGBT при коммутации: ,(3) где tc(on), tc(pff) - продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание tc(on) и закрывание tc(pff) транзистора, с (типовое значение tc(on) = 0,3 - 0,4 мкс; tc(pff) = 0,6 - 0,7 мкс); Потери при восстановлении запирающих свойств диода: ,(6) где Irr - амплитуда обратного тока через диод, А (Irr ? Icp ); 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.Ud = kc.н•Uл = 1,35•380 = 513 В(11) где кс.н - коэффициент схемы для номинальной нагрузки (кс.н = 1,35 - для мостовой трехфазной схемы). 2.1.2 Максимальное значение среднего выпрямленного тока: ,(12) где n - количество пар IGBT/FWD в инверторе. I?m = kcc•Idm = 1,045•109,8 = 114,7 А(13) где ксс = 1,045 для мостовой трехфазной схемы при оптимальных параметрах Г-образного LC-фильтра, установленного на выходе выпрямителя. кз.н ? 1,15 - коэффициент запаса по напряжению; 2.1.5 Диоды выбираются по постоянному рабочему току (не менее I?m) и по классу напряжения (не менее U?m/100)Для выпрямителя и на каждую фазу двигателя устанавливаем отдельный охладитель. Их общее суммарное переходное сопротивление охладитель - окружающая среда: Rth(f-a) = Rth(f-a)1 3• Rth(f-a)2 = 0,194 3•0,054 = 0,356 0С/•Вт (18) Предварительно принимаем охладитель типа Т - 121 с габаритными размерами профиля b = 0,24 м, h = 0,09 м, расстояние между ребрами с = 0,01 м 1) Площадь охладителя, участвующая в излучении тепла: (19) где d, b, h - габаритные размеры профиля, м; 2) Площадь данного охладителя, участвующая в конвекции: (20) где m - число ребер.2) Параметр сглаживания LC-фильтра: ,(25) где S = q1вх/q1вых = 10 - коэффициент сглаживания по первой гармонике (значения коэффициента сглаживания S лежат в диапазоне от 3 до 12); 3) Индуктивность дросселя LC-фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя КМ = 0,95 определяется из следующих условий: L0 ? 3•L0min(26) 4) Емкость конденсаторов, необходимая для протекания реактивного тока нагрузки инвертора, находится из выражения: ,(28) где Ism1 = Ic max - амплитудное значение то