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>