Преобразователи частоты для управления асинхронного двигателя
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
ора и сглаживающих реакторах, приводит к тому, что обязательно нужно ставить блок повышения напряжения.
В нашем случае мы будем использовать инвертор напряжения, так как он не требует больших реактивных элементов в отличии, например, от инвертора тока. В качестве блока повышения напряжения будет выступать лабораторный автотрансформатор.
2. Расчет устройства
.1 Расчет параметров преобразования электрической энергии и силовой части схемы
Начнем расчет силовой части схемы с конца, то есть с выходных токов и выходного напряжения по первой гармоники. Рассчитаем параметры и элементы инвертора напряжения. На рис2.1. представлена упрощенная схема трехфазного инвертора напряжения с Г-образными фильтрами и активно-индуктивной нагрузкой.
Рис. 2.1. Инвертор напряжения
Для расчета выходные параметры:
Iном = 5.6А
Uном = 220/380В +-10%
Расчет и выбор транзисторов инвертора:
Если в качестве нагрузки выступает асинхронный двигатель, то это чисто линейная нагрузка, следовательно, отсутствует параметр - крест-фактор.
Максимальное значение токов транзистора. равно сумме максимального значения тока нагрузки и тока через ёмкостной фильтр. Ток, через ёмкостной фильтр, составит около 10% тока нагрузки. Рассчитаем амплитудное значение тока транзистора:
Максимальное напряжение, прикладываемое к транзистору, необходимо рассчитывать с номинального выходного напряжения. Так же необходимо учесть то, что глубина модуляции скалярной ШИМ не может быть выше 0.9. Это значение выбирается для гарантированного заряда бустрепных ёмкостей с помощью которых открываются ключи верхнего уровня. Так же необходимо учесть падение напряжение на вентилях инвертора. Напряжение на входе инвертора:
В
Выбирать IGBT модули необходимо с запасом. Примем Кз = 1.5.
I*VTmax = 8.68 1.5 = 12.84А
U*VTmax = 595 1.5 = 900V
Несмотря на то, что максимальный ток не превысил 13А, транзисторы будут использоваться: IGBT фирмы APT модель: 50GN120L2DQ2. У которых:
Использование этих транзисторов обусловлено тем, что они есть в наличии и бесплатные.
Тепловая загрузка силовых транзисторных ключей
Как известно, температура силовых ключей зависит от мощности потерь выделяемой на транзисторе. Для динамического режима работы ключа, для режима ШИМ, эта мощность складывается из нескольких показателей: мощность потерь статическая, динамическая, мощность потерь на диоде.
Мощность статических потерь:
Действующее значение тока транзистора с коэффициентом запаса 1.5:
Амплитудное значение тока транзистора:
Статические потери на транзисторе будут равны произведению падения напряжения Uкэ на ток протекающий через транзистор с учетом коэффициента мощности и скважности для синусоидальной ШИМ. Данная формула, приведенная на www.mitsubishi.com, позволяет с большой точностью рассчитать стат. потери. Напряжение Uкэ выбираем с учетом справочного материала на транзистор с напряжением на затворе равным Ug=12 В.
Динамические потери:
Потери которые появляются при включении-выключении ключа, следовательно, зависят от ёмкости затвора, частоты коммутации. Потери складываются из энергии потерь включения-выключения ключа, энергия потерь зависящая от тока коллектора.
Потери на встроенном диоде:
Параметры токов и напряжений приведены в справочном материале на транзистор.
Суммарная мощность потерь:
Важно отметить, что все параметры были выбраны с двойным запасом. Следовательно, реальная выделяемая мощность не превысит 50 Вт.
Расчет теплового сопротивления охладителя:
В данном расчете известны:
- температура окружающей среды
- мощность выделяемая на транзисторе
-тепловое сопротивление переход-корпус (приведено в справочном материале на транзистор)
-тепловое сопротивление корпус-охладитель
- коэффициент заполнения
где D - коэффициент заполнения.
После подстановки всех значений:
Расчет выходного Г-образного фильтра.
Для расчета индуктивности зададимся палением напряжения на ней 3В. Это та величина падения напряжения, которую мы можем потерять без последствий для заданной величины первой гармоники выходного напряжения.
(2.7)
где, I(1) = 5,6А - первая гармоника тока нагрузки.
откуда находим XLф(1):
(2.8)
(2.9)
Техническое задание на реактор Lф:
Lф = 1,7мГн
Rd = 0,536Ом
Рассмотрим схему замещения по ВЧ гармоникам рис. 2.2:
Рис. 2.2. Схема замещения по ВЧ гармонике
В данной схеме мы пренебрегаем ВЧ током, который пойдет в нагрузку. Величину этого тока будет уменьшать индуктивность фильтра, а контур замыкания тока образует емкость фильтра С4.
Найдем величину индуктивного сопротивления для коммутационной гармоники:
Амплитуда коммутационной гармоники составляет Uk m = Ud = 597 В. Найдем амплитуду напряжения на выходе фильтра:
Далее находим ток в цепи:
Затем можно найти величину емкости фильтра Ф4:
Расчет Г-образного фильтра после выпрямителя
В нашем случае рассчитанная фильтрующая ёмкость будет одновременно и выходным фильтром выпрямителя и входной ёмкостью инвертора на