Выбор и проектирование электрооборудования УЭЦН для откачки нефти из скважин
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
менной перегрузки по току;
К2 = (1,1 1,2) - коэффициент пульсации тока;
? - КПД ПЭД с учетом КЛ:
; (2.42)
?тр - КПД трансформатора:
cos?УЭЦН - коэффициент мощности установки УЭЦН с КЛ:
(2.43)
S? - полная мощность на входе КЛ;
Выпрямленное среднее напряжение:
(2.44)
где Ксн - схемный коэффициент неуправляемого выпрямителя.
Тип транзистора выбираем по справочнику с постоянным током IC ? IC.max и постоянным напряжением UСЭ ? Ud. Выбираем модуль (полумост) IGBT фирмы Mitsubishi третьего поколения CM1000НА-24H с параметрами приведенными в табл. 4.
Таблица №4
Тип прибораПредельные параметрыЭлектрические характеристикиUCES, BIC, APC, ВтUCE(sat), BСies, нФСoes, нФСres, нФtd(on), нстипо-воеМаксим-альноеCM1000HA-24H1200100058002,53,42007040600
Таблица №4 (продолжение)
Электрические характеристикиОбратный диодТепловые и механические параметрыtr, нсtd(off), нсtf, нсUf, Btrr, нсRch(c-f), C/ВтIGBTДиодМасса, гRch(j-c), C/Вт150012003503,52500,0180,0220,051600
UCES - максимальное напряжение коллектор - эмиттер;
IС - максимальный ток коллектора;
РС - максимальная рассеиваемая мощность;
UCE(sat) - напряжение коллектор - эмиттер во включенном состоянии;
Сies - входная емкость;
Сoes - выходная емкость;
Сres - емкость обратной связи (проходная);
td(on) - время задержки включения;
tr - время нарастания;
td(off) - время задержки выключения;
tf - время спада;
Uf - прямое падение напряжения на обратном диоде транзистора;
trr - время восстановления обратного диода при выключении;
Rth(c-f) - тепловое сопротивление корпус - охладитель;
Rth(f-с) - тепловое сопротивление переход - корпус.
Пригодность транзистора проверяем с помощью теплового расчета
Потери IGBT в проводящем состоянии:
(2.45)
где IСР - амплитуда тока на входе инвертора
(2.46)
UСЕ(sat) - падение напряжения на включенном IGBT;
D - отношение ;
cos? ? cos?УЭЦН.
Потери IGBT при коммутации:
(2.47)
где tc(on) - время включения IGBT ключа:
(2.48)
tc(off) - время выключения IGBT ключа:
(2.49)
UCC = Ud;
fSW - частота коммутации IGBT ключей (частота ШИМ), обычно выбирается в диапазоне от 5000 до 15000 Гц. Принимаем частоту fSW на минимальной, т.е. 5000 Гц для уменьшения коммутационных потерь мощности в IGBT.
Суммарные потери в модуле IGBT:
(2.50)
Потери мощности в диоде.
Потери в проводящем состоянии (2.51):
где IEP - амплитуда тока через диод ? IСР;
UЕС - падение напряжения на диоде ? Uf.
Потери при запирании диода (2.52):
где IRR - амплитуда обратного тока ? ICP;
tRR - длительность обратного тока ? trr.
Суммарные потери диода:
(2.53)
Результирующие потери в паре IGBT - диод:
(2.54)
Найденные результирующие потери являются основой для теплового расчета инвертора, в ходе которого определяется тип и геометрические размеры охладителя, а так же проверяется тепловой режим работы кристаллов IGBT и обратного диода.
Расчет охладителя
Тепловое сопротивление структуры охладитель - окружающая среда:
(2.55)
где Rth(f-a) - тепловое сопротивление, используемое по аналогии с понятием электрическое сопротивление для проведения тепловых расчетов;
ТС = 90 110 С - рекомендуемая температура охлаждающей пластины;
ТА = 45 50 С - температура воздуха внутри корпуса ПЧ.
Температура кристалла обратного диода должна соответствовать условию:
(2.56)
,6 ? 125 С - условие выполняется.
Температура кристалла транзистора должна соответствовать этому же условию:
(2.57)
,9 ? 125С - условие выполняется.
Расчет выпрямителя
Максимальное значение выпрямленного тока Idm:
(2.58)
где n - количество IGBT транзисторов.
(2.59)
Максимальный ток диода:
(2.60)
где КСС = 1,045 - коэффициент для мостовой трехфазной схемы при оптимальных параметрах Г-образного LC-фильтра, установленного на выходе выпрямителя.
Обратное максимальное напряжение на диоде (2.61):
где КЗН ? 1,15 - коэффициент запаса по напряжению;
КС ? 1,1 - коэффициент допустимого повышения напряжения сети;
КСН = 1,35 - схемный коэффициент неуправляемого выпрямителя;
?UП = (100 150) В-запас на коммутационные выбросы в звене постоянного тока.
Вентили выбираются по постоянному рабочему току и по классу напряжения. Выбираем диодный модуль RM500DZ-24 со средним прямым током IFAV = 500 А и импульсным повторяющимся обратным напряжением URRM = 1200 В (двенадцатый класс). Из трех диодных модулей реализуется мостовая схема трехфазного выпрямителя.
Расчет потерь мощности в выпрямителе:
(2.62)
где КСS = 0,577 - коэффициент для мостовой трехфазной схемы;
m - число диодов;
Ron - динамическое сопротивление диода в проводящем состоянии;
Uj - прямое падение напряжения на полупроводниковом приборе при токе 50 мА. Для диода .
Тепловое сопротивление охладителя:
(2.63)
где Тс = 120С - температура теплопроводящей пластины модуля охладителя;
Та = 50С - температура охлаждающего воздуха;
Rth(c-f) - термическое переходное сопротивление корпус - поверхность теплопроводящей пластины модуля. При установке модулей (выпрями?/p>