Электооборудование промышленности

Температура кристалла обратного диода FWD

 (2.12)

⁰С

где R_th(j-c)d – термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для FWD части модуля. Должно выполняться неравенство Т_j ≤ 125 ⁰C. 
 
 

    2.5. Расчет выпрямителя 

Среднее выпрямленное напряжение

 (2.13)

В

где k_сн = 1,35 для мостовой трехфазной схемы; k_сн = 0,9 – для мостовой однофазной схемы.  

Максимальное  значение среднего выпрямленного тока

 (2.14)

А

где n – количество пар IGBT/FWD в инверторе.  

Максимальный  рабочий ток диода

 (2.15)

А

А

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

Максимальное  обратное напряжение вентиля (для мостовых схем)

 (2.16)

 В

 В

где k_c ≥ 1,1– коэффициент допустимого повышения напряжения сети; k_3H – коэффициент запаса по напряжению (>1,15); ΔU_н – запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока (≈100–150 В).  

Вентили выбираются по постоянному рабочему току и по классу напряжения. Выбираем диодный модуль Д 212-25 со средним прямым током I_FAV = 25 А и импульсным повторяющимся обратным напряжением U_RRM = 1600 В (шестнадцатый класс). Нам потребуется три таких вентиля. Из трех диодных модулей реализуется мостовая схема трехфазного выпрямителя.

Значения, по которым выбираем вентили

22.03 А

945 В

Табличные значения выбранных вентилей:

I_FAV =25 А

U_RRM = 1600 В 
 

Расчет  потерь в выпрямителе для установившегося  режима работы электропривода ( ):

 (2.17)

Вт

Вт

где k_cs = 0,577 для мостовой трехфазной схемы; R_on – динамическое сопротивление в проводящем состоянии вентиля; U_j – прямое падение напряжения на вентиле при токе 50 мА (U_j + R_onI_dm/k₁) – составляет около 1 В для диода или 1,3 В для тиристора; m_v – число вентилей в схеме.  

Максимальное  допустимое переходное сопротивление  охладитель-окружающая среда  в расчете на выпрямитель

 (2.18)

⁰С/Вт

где R_th(c-f) – термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящей пластины модуля.  

Температура кристалла

 (2.19)

⁰С

⁰С

где R_th(j-c)DV – термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для одного вентиля модуля; n_D – количество вентилей в модуле. Необходимо, чтобы выполнялось неравенство T_jDV ≤ 140 ⁰С. 

    2.6. Расчет параметров охладителя 

При установке  модулей (выпрямитель, инвертор) на общий  охладитель требуемое сопротивление определяется аналогично суммарному сопротивлению при параллельном включении резисторов

 (2.20)

⁰С/Вт 

Используя график зависимости теплового сопротивления от скорости воздушного потока при принудительном охлаждении радиатора (рис. 1), определяем что при скорости обдува V=5 м/с получаем

Определяем тепловое сопротивление охладителя

   

По полученным результатам выбираем охладитель: сварной радиатор серии BF тип 01.Параметры: ширина 30.5мм, толщина подложки 8,5мм, количество ребер 8, толщина ребер 0,8мм, расстояние между ребрами 3,5мм, тепловое сопротивление .Температурные сопротивления измерены при высоте ребер 100мм, длине радиатора 154,2мм, скорости воздуха 5м/с 

    2.7. Расчет сглаживающего фильтра 

Для расчета  фильтра принимаем коэффициент  сглаживания пульсаций S = (3 ÷ 12). Чем больше S, тем больше габариты фильтра, поэтому выбираем S = 3. 

Коэффициент пульсаций на входе фильтра (отношение  амплитуды напряжения к среднему значению)

 (2.21)

где m – пульсность схемы выпрямления (m = 6 для трехфазной мостовой схемы, m = 2 для однофазной мостовой схемы).  

Параметр  сглаживания LC-фильтра

 (2.22)

где S = q_1вх/q_1вых – коэффициент сглаживания по первой гармонике; f_s – минимальная частота выходного напряжения в ПЧ, равная 30 Гц.

где Ls – индуктивность сети, приведенная  к звену постоянного тока.

В качестве индуктивности используем паразитную индуктивность питающей кабельной  линии, задаёмся длинной кабельной линии (50…100)м

Выбираем погонную индуктивность из справочника нГн. 

Индуктивность дросселя LC-фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя K_M=0,95 определяется из следующих условий:

 

Индуктивность питающей сети переменного тока

 (2.23)

мкГн

Ёмкость  конденсатора необходимой для реализации LC фильтра

;      (7.42)  

                                                         (2.24)

мкФ 

мкФ

Определяем ёмкость С_о2 необходимую для возврата реактивной энергии в фильтр

 (2.26)

мкФ

где I_sm1– амплитудное значение тока в фазе двигателя, А; φ₁– угол сдвига между первой гармоникой фазного напряжения и фазного тока ₁– коэффициент пульсаций; f_sw – частота ШИМ, Гц.  

Для практической реализации фильтра используем конденсаторы с наибольшим значением емкости С₀₁, С₀₂, т.е. конденсаторы с емкостью 850 мкФ. 

Амплитуда тока через конденсаторы фильтра  на частоте пульсаций выпрямленного тока (по первой гармонике)

 (2.27)

А

А

где - наибольшая ёмкость из и , Со=С1=850мкФ

 

В зависимости от величины емкости С₀₁ и амплитуды тока I_C0m формируем батарею конденсаторов емкостью не менее 850 мкФ, напряжением не менее (1,1…1,2)∙U_d, т.е. (1,1…1,2)∙513 ≥ 615,6 В. 

Составляем батарею:

Выбираются  небольшие конденсаторы электролитические  с ёмкостью 1700 мкФ напряжением 500 В, составляются пары из двух последовательно включённых конденсаторов,  ёмкость такой пары 850 мкФ, рабочее напряжение 1000 В. Получается параллельно включённых порядка 2 пары, 4 конденсатора марки Siemens Matsushita Components .Срок службы конденсаторов 15 лет.

 

    2.8. Расчет снаббера 

Снаббер защищает цепь от пробоя напряжения, а в частности  защищает силовые транзисторы.

Рассматриваемая схема:

Выбранная схема  обладает рядом преимуществ:

1.Малое число  элементов.

2.Низкие потери  мощности.

3.Подходит для  средней и малой ёмкости конденсатора.

Подходит для  средней и малой емкости конденсатора. 
 

Мощность  в резисторе

Вт

Вт

где U – напряжение коллектор–эмиттер  в установившемся режиме, которое равно напряжению звена постоянного тока преобразователя системы АИН ШИМ, ΔU – перенапряжение. Выбираем ёмкость снабберной цепи из расчёта 1 мкФ на 100А коммутированного тока. А значит берём С=0.25мкФ. 

Выбор величины сопротивления производится из условия минимума колебаний тока коллектора при включении IGBT

Ом

Ом

где L_Sn – индуктивность цепей снаббера, которая не должна быть более 10 нГн.  

Выбираем высокочастотные  резисторы.

По величине сопротивления и мощности реализуется резистор снаббера из одного пятнадцативаттного сопротивления типа МЛТ 0.4 Ом ± 10%, для получения сопротивления 0,4 Ом мощностью 15 Вт. 

Собираем резистор R_CH

 

Выбор сверхвысокочастотного  диода 

Снабберный  диод выбирается по таблице П5 [3]. Выбираем по току в 20-50 раз меньше среднего тока IGBT транзистора

А

напряжение  снабберного диода 

Выбираем снабберный диод серии MBRS16T3 для функциональной электрической схемы АД электропривода с ПЧ. со следующими данными: