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:

(3)

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.

Потери в IGBT в проводящем состоянии

(4)

где I_cр = 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_cр и Т_j = 125 °С (типовое значение U_ce(sat)= 2, 1—2, 2 В).

Потери IGBT при коммутации

(5)

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.

Суммарные потери IGBT

P_Q = P_SS + P_SW (6)

Потери диода в проводящем состоянии

(7)

где I_ер ≈ I_cр — 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

P_DR = (I_rr U_cc t_rr f_sw)/8 (8)

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

P_D = P_DS + P_DR (9)

Результирующие потери в IGBT с обратным диодом:

P_T=P_Q + P_D = P_SS +P_SW + P_DS + P_DR. (10)

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)

(11)

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

T_ja=T_c + P_Q R_th(j-c)q (12)

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,

T_jd=T_c + P_DR_th(j__c)d, (13)

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

Должно выполняться условие Т_jd < 125 °С.

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.

Расчет выпрямителя.

Среднее выпрямленное напряжение

U_d=k_c.н U_л, (14)

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

(15)

где n — количество пар IGBT/FWD в инверторе.

Максимальный рабочий ток диода

I_{ν m}=k_cc I_dm (16)

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)

U_vm = k_зн√ 2U_лk_снk_c + Δ U_n (17)

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):

(18)

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

(19)

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.

Температура кристалла

(20)

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.

⇐ Предыдущая15161718192021222324Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Анализ общего равновесия, благосостояние
2. В ПОИСКАХ ОБЩЕГО ЗНАМЕНАТЕЛЯ
3. В Украине устанавливаются общегосударственные и местные налоги и сборы
4. Выбор частоты и времени отбора
5. Глава III. Серьезные нарушения обязательств, вытекающих из императивных норм общего международного права
6. Детали и узлы общего применения.
7. Диапазоны радиоволн. Длина волны. Радиочастоты. Особенности распространения радиоволн различной длины.
8. и регистры общего назначения
9. Измерение общего уровня цен.
10. Имущественные отношения, возникающие в сфере деятельности государственных органов и связанные с накоплением и распределением денежных средств на общегосударственные нужды, регулируются нормами
11. Кафедра общего земледелия и землеустройства
12. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ЭНЕНРГИИ И ПЕРЕДАЧЕ ИНФОРМАЦИИ