Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Расчет параметров охладителя.⇐ ПредыдущаяСтр 24 из 24
Предварительно определяется требуемое суммарное переходное тепловое сопротивление охладитель—окружающая среда в расчете на суммарную мощность, выделяемую всеми устанавливаемыми на данный охладитель силовыми полупроводниковыми приборами (модулями). При установке модулей (выпрямитель, инвертор) на общий охладитель требуемое сопротивление определяется аналогично суммарному сопротивлению при параллельном включении резисторов: (21) Как правило, на один охладитель удается установить все приборы при мощности инвертора до 55 кВт. Критерием перехода к применению двух и более охладителей служит длина требуемого профиля охладителя, которая для эффективного использования поверхности профиля должна быть не более 1 м. Площадь охладителя (рис. 18), наиболее широко применяемого в рассматриваемых ПЧ, участвующая в излучении тепла, определятся по формуле: Arad=2d(b + h), (22) где d, b и h — габаритные размеры профиля. Рис. 18. Охладитель (гребенка) Площадь данного охладителя, участвующая в конвекции, Aconv=2d(b +m(h-c)), (23) где т — число ребер. Переходное сопротивление излучению тепла (24) где Тс — температура поверхности охладителя, К; Тa — температура окружающего воздуха, К; Δ T = = Тс - Та; Е — коэффициент излучения поверхности (Е = 0, 8 для алюминия). Переходное температурное сопротивление теплопередачи конвекцией (при d< 1 м) (25) где Fred — коэффициент ухудшения теплоотдачи (конвекции) при расстоянии между ребрами охладителя 20 мм и менее. График зависимости Fred от расстояния между ребрами дан на рис. 19. Переходное температурное сопротивление охладитель—окружающая среда при естественном охлаждении (26) Следовательно, для данного типа охладителя имеем следующую зависимость: (27) где A, В, С— коэффициенты, получаемые при подстановке (24) и (25) в (26). Температурное сопротивление является при прочих неизменных условиях нелинейной функцией длины охладителя d при расположении ребер вертикально. Для конкретного типа охладителя требуется рассчитать зависимость Rth(f-a)=f(d) и выбрать длину охладителя d так, чтобы температурное сопротивление было не более расчетного значения (19) для всех приборов, установленных на охладителе. Например, для ПЧ на мощность двигателя 55 кВт Rth(f-a)≈ 0, 03 °С/Вт, а на мощность двигателя 2, 2 кВт — Rth(f-a)≈ 0, 8 °С/Вт. Рис. 19. Зависимость коэффициента Fred ухудшения конвекции от расстояния между ребрами охладителя Ряд фирм, производящих профили для охладителей, дают на свою продукцию зависимости Rth(f-a)=f(d) или значения Rth(f-a) на единицу длины профилей, а также зависимости Rth(f-a) от скорости охлаждающего воздуха. При скорости охлаждающего воздуха 3 м/с тепловое переходное сопротивление уменьшается в среднем в 1, 7—2 раза. Следовательно, по сравнению с расчетной длиной профиля для естественного охлаждения длина охладителя при принудительном воздушном охлаждении со скоростью воздуха 3 м/с может быть уменьшена также в 1, 7—2 раза. Расчет фильтра. Коэффициент пульсаций на входе фильтра (отношение амплитуды напряжения к среднему значению) (28) где т — пульсность схемы выпрямления (т = 6 для трехфазной мостовой схемы, т = 2 для однофазной мостовой схемы). Параметр сглаживания LС-фильтра (29) где S = q1вх/ q1вых— коэффициент сглаживания по первой гармонике; fs — частота сети, Гц. Параметр сглаживания С-фильтра (30) где Ls — индуктивность сети, Гн, приведенная к звену постоянного тока. Значения коэффициента сглаживания 5 лежат в диапазоне от 3 до 12. Индуктивность дросселя LC-фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя Kм =0, 95 определяется по формуле L0≥ 3 L0min (31) (32) где Id — номинальный средний ток звена постоянного тока. В трехфазных инверторах с ШИМ по синусоидальному закону реактивная энергия полностью скомпенсирована по выходной частоте. Это означает, что Км зависит преимущественно (без учета запаздывания открывания полупроводниковых приборов) от индуктивности фильтра L0 и индуктивности питающей сети Ls, зависимость Км =f(L0/L0min) для трехфазного мостового выпрямителя приведена на рис. 20. Значение минимальной индуктивности L0min фильтра определяется из (31). Из рис. 20 видно, что для обеспечения Км = 0, 95 необходимо иметь индуктивность дросселя фильтра L0 =3 L0min. Емкость конденсаторов, необходимая для протекания реактивного тока нагрузки инвертора, находится из выражения: (33) где Ism1 — амплитудное значение тока в фазе двигателя, А; φ 1— угол сдвига между первой гармоникой фазного напряжения и фазного тока; q1 — коэффициент пульсаций; fsw — частота ШИМ, Гц. После выбора типа фильтра (LC или С) рассчитывается емкость конденсаторов C01 или С02 и сравнивается с емкостью С03, рассчитанной по (33). Для практической реализации фильтра используют конденсаторы с наибольшим значением емкости С0i; (i=1, 2 или 3). Рис. 20. Зависимость Км =f(L0/L0min) для трехфазного выпрямителя
Амплитуда тока, протекающего через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока (по первой гармонике) (34) Далее в зависимости от значения С0i, - и амплитуды тока формируется батарея конденсаторов с емкостью С0i и более, допустимым по амплитуде током IC0m и более и напряжением 800 В и более для трехфазной мостовой схемы или 400 В для однофазной мостовой схемы выпрямителя. Запас по току принимается в зависимости от требуемого ресурса работы инвертора. Некоторые фирмы, производящие электролитические конденсаторы, дают более подробную информацию по выбору конденсаторов по току. Например, для конденсаторов, изготовляемых по стандарту IEC 384-4, имеем допустимое амплитудное значение тока (при Т = 85°С и f= 100 Гц) I = 3, 1 А при следующих номинальных параметрах: U= 450 В, С = 470 мкФ. В каталоге фирмы «Siemens Matsushita Components» для электролитических конденсаторов приведена зависимость поправочного коэффициента от частоты для приведения тока к частоте f = 100 Гц (табл. 5). Например, для ПЧ на мощность двигателя 55 кВт С0i= 5540 мкФ (32 конденсатора с номинальными параметрами: 680 мкФ, 400 В, включенных парами последовательно для повышения рабочего напряжения — всего 16 пар, которые включены параллельно для получения заданной емкости), а на мощность 2, 2кВт С0i, = 235мкФ (2 конденсатора с параметрами 470мкФ, 400В, включенных последовательно). Применяются также электролитические конденсаторы на большие емкости и большие токи, например конденсаторы Rifa (4700 мкФ, 450 В) допускают амплитудное значение переменной составляющей тока: на 100 Гц — 14, 8 А и на 10 кГц — 34, 9 А и классифицируются как приборы Long Life (10 лет службы). Однако по цене и удобству распределенного размещения электролитических конденсаторов в ПЧ в целях уменьшения индуктивности монтажа, по ремонтопригодности и доступности приобретения «батарея» из «мелких» конденсаторов может оказаться более предпочтительной, чем из «крупных» конденсаторов. Таблица 5. Зависимость поправочного коэффициента от частоты для приведения тока к частоте fi = 100 Гц.
Расчет снаббера. Так как IGBT коммутируется с высокой скоростью, то напряжение UСЕ быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достигнуть критического значения, способного вызвать пробой либо коллектора либо затвора транзистора (последнее возможно, если индуктивность цепей управления IGBT велика). Чтобы минимизировать превышение напряжения (перенапряжение) и предотвратить аварию IGBT, требуется установка снаббера (демпфирующей цепи). Типичные схемы снабберов и их особенности рассмотрены в табл. 6. Для указанных схем необходимо выбирать конденсатор с хорошими высокочастотными ха рактеристиками, малой собственной индуктивностью, высокими допустимыми импульсными токами и малым тангенсом угла потерь, например, К78-2 или Э63К. Сопротивление резистора зависит от емкости конденсатора С и частоты коммутации IGBT fsw . Расчетные формулы для выбора мощности резисторов цепей снабберов приведенных в табл. 6 схем имеют следующий вид: схемы 2, 3 и 5 Р = 0, 5С Δ U2fsw; (35) схема 4 P = 0, 5C(U+Δ U)2fsw, (36) где U — напряжение коллектор-эмиттер в установившемся режиме, В, которое равно напряжению звена постоянного тока преобразователя системы АИН с ШИМ; Δ U— перенапряжение, В (рис. 21). Таблица 6. Типичные схемы снабберов и их особенности
Выбор сопротивления резистора производится из условия минимума колебаний тока коллектора при включении IGBT: (37) где Lsn— индуктивность цепей снаббера, Гн, которая должна быть 10 нГн или менее; С — емкость снаббера, Ф. Ток, протекающий через диод снаббера, импульсный. Он почти равен отключаемому току коллектора и длится до 1 мкс. Отношение максимума тока через диод снаббера к среднему около (20—50): 1. Диод должен быть высокочастотным со временем восстановления запирающих свойств trr- 0, 3 мкс и менее. Значение Δ U зависит от многих факторов, оно не должно превышать 60 В. Так, для схем в табл. 6 можно отметить следующее: – бросок напряжения Δ U (см. рис. 21) при запирании модуля определяется как параметрами схемы, так и характеристиками IGBT, поэтому Δ U не может быть выражен математически; – Δ U зависит от индуктивности L1 проводов между электролитическим конденсатором и снаббером (значение L1 должно быть 50 нГн или менее); – Δ U существенно зависит от индуктивности L2, цепей снаббера (значение L2, должно быть 10 нГн или менее); – Δ U незначительно зависит от сопротивления резистора Rg на входе затвора и от температуры; – Δ U не определяется емкостью снаббера. Рис. 21. Напряжение на коллекторе IGBT при его запирании
Следовательно, для ограничения Δ U важно ограничить индуктивности L1 и L2 путем уменьшения длины проводов и их бифилярного монтажа. Емкость конденсатора снаббера определяется напряжением второго броска Δ U' (см. рис. 21), который не должен превышать 25 В. Выражение для расчета емкости представляется в виде: С = L1 (IС/ Δ U')2 (38) где L1 — индуктивность проводов между электролитическим конденсатором и IGBT-модулем; IС — отключаемый ток. Хотя емкость конденсатора снаббера определяется значением индуктивности L1 и может быть рассчитана по (38), окончательно уточнить значение емкости С можно, установив модуль и определив перенапряжение. Типичное значение емкости снаббера составляет 1 мкФ на 100 А коммутируемого транзистором IGBT тока. Технические характеристики преобразователей частоты. Преобразователи частоты (рис. 22—24) выпускаются сотнями фирм во всем мире в различных исполнениях, в диапазоне мощностей от долей киловатт до десятков мегаватт. Приведенные далее технические данные охватывают лишь небольшую часть низковольтных ПЧ (до 1000 В) общего назначения, выпускаемых отечественными и зарубежными производителями (табл. 7—33). Сведения о высоковольтных и мощных ПЧ можно найти в каталогах таких фирм, как «Siemens», «ABB», «General Electric», «Allen Bradley» и др. Рис. 22. Габаритные размеры ПЧ «Универсал» Рис. 23. Габаритные размеры ПЧ и сопрягающих модулей МС серии «КЭУ» Рис. 24. Кодировка размеров ПЧ VLT серии 3000
Преобразователи частоты «Универсал» (производство Института биологического приборостроения РАИ, Россия) Таблица 7. Технические данные ПЧ «Универсал»
Таблица 8. Типоразмеры ПЧ «Универсал»
Преобразователи частоты серии «КЭУ» (производство ОПЗ МЭИ, Россия) Всостав КЭУ входят: ПЧ и сопрягающий модуль (МС), обеспечивающий автоматическое переключение двигателя рабочего механизма на питающую сеть и отключение КЭУ при срабатывании любой из его защит. Таблица 9. Технические данные ПЧ серии «КЭУ»
Таблица 10. Типоразмеры ПЧ и сопрягающих модулей МС серии «КЭУ»
Преобразователи частоты «Сапфир» (производство НПП «Сапфир», Россия) Таблица 11. Технические данные ПЧ «Сапфир»
Таблица 12. Типоразмеры ПЧ «Сапфир»
Преобразователи частоты серии AT (производство корпорации «Триол», Россия) Таблица 13. Технические данные ПЧ серии AT
*' Серии ATOl, ATО2, АТО4. *2 Серия АТОЗ. *3 Серии ATOl, АТО2, АТО4. *4 Серия АТОЗ. Таблица 14. Типоразмеры ПЧ серии ЛТ
Продолжение табл. 14
Продолжение табл. 14
Продолжение табл. 14
Преобразователи частоты VLT серии 3000 (производство фирмы «Dunfoss», Дания) Таблица 15. Технические данные преобразователей частоты VLT серии 3000
Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 594; Нарушение авторского права страницы