Выбор и проектирование электрооборудования УЭЦН для откачки нефти из скважин
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
?ель, инвертор) на общий охладитель требуемое сопротивление определяется аналогично суммарному сопротивлению при параллельном включении резисторов
(2.64)
Расчет фильтра
Для расчета фильтра принимаем коэффициент сглаживания пульсаций S = (3 12). Чем больше S, тем больше габариты фильтра, поэтому выбираем S = 3.
Коэффициент пульсации на входе фильтра:
(2.65)
Определяем произведение:
(2.66)
где fS = 30 Гц - минимальная частота полупроводникового ПЧ;
L0 - индуктивность дросселя для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя КМ ? 0,95, определяется из следующих условий:
(2.67)
Выбираем стандартное значение L0 = 2,3 мГн
С0 выбирается из двух условий:
во-первых, из условия реализации LC-фильтра, как
(2.68)
во-вторых, должна обеспечивать возврат реактивной энергии электродвигателя в конденсатор через обратные диоды инвертора:
(2.69)
где ISM - амплитудное значение тока в обмотке низшего напряжения трансформатора, примерно равное максимальному значению тока через IGBT ключ инвертора (639,3А);
?1 - угол сдвига между первой гармоникой фазового напряжения и фазового тока, примерно равный arccos?УЭЦН ? 29,54 (cos?УЭЦН = 0,87);
q1 - коэффициент пульсации, определяемый из выражения:
(2.70)
fSW - частота ШИМ, ранее принята 5000 Гц.
Определяем емкость конденсатора С02, необходимого для реализации LC-фильтра:
Для практической реализации фильтра используем конденсаторы с наибольшим значением емкости С01, С02, т.е. конденсаторы с емкостью 2468 мкФ.
Амплитуда тока через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока (1 ой гармонике):
В зависимости от величины емкости С01 и амплитуды тока IC0m формируем батарею конденсаторов емкостью не менее 2468 мкФ, допустимым по амплитуде током более 20,14 А и напряжением не менее (1,1…1,2)•Ud, т.е. (1,1…1,2)•513 ? 615,6 В. Запас по напряжению и току берется в зависимости от требуемого ресурса работы инвертора.
Из соображений приемлемой стоимости, удобства распределенного размещения электролитических конденсаторов в преобразователе частоты для уменьшения индуктивности монтажа, ремонтопригодности, доступности приобретения отдаем предпочтение батарее из мелких конденсаторов фирмы Siemens Matsushita Componens (10 конденсаторов по 680 мкФ/500 В, включенных по два последовательно для повышения рабочего напряжения - всего 5 таких пар емкости по 340 мкФ, которые включены параллельно для получения заданной емкости С0 > C01).
Возможно также применение в сглаживающем фильтре преобразователя частоты для установки УЭЦН новых силовых компактных конденсаторов серии ЗСС НЗТМ фирмы EPCOS. Эти конденсаторы специально предназначены для монтажа непосредственно на выходные зажимы IGBT модулей. Специальный соединитель между IGBT и РСС НРТМ обеспечивает номинальную емкость и низкую индуктивность схемы. Основные параметры конденсаторов серии РСС НРТМ: номинальное напряжение 900…6000 В (выбираем напряжение 2000 В); номинальная емкость более 10000 мкФ; номинальный ток свыше 300 А; предельный импульсный ток до 200 кА; индуктивности 15… 40 нГн; гарантийный срок службы 15 лет; компактный корпус из нержавеющей стали. За счет большой емкости конденсатора появляется возможность упростить схему сглаживающего фильтра выпрямителя, исключив из нее индуктивность L0 - элемент, имеющий значительные габариты и вес.
Расчет снаббера
Так как IGBT коммутируется с высокой скоростью, то напряжение UCE быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достичь 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 таблице 5.
Конденсатор для указанных схем необходимо выбирать с хорошими высокочастотными характеристиками, 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, указанных в таблице 5, схем имеют следующий вид:
Схемы 2, 3 и 5 из таблицы 5:
(2.71)
Схема 4 из таблицы 5:
, (2.72)
где U - напряжение коллектор - эмиттер в установившемся режиме, которое равно напряжению звена постоянного тока преобразователя системы АИН ШИМ, ?U - перенапряжение (рис. 2.18).
Рис. 2.18. Напряжение коллектор-эмиттер на IGBT транзисторе при выключении
Таблица 5
СхемаОсобенности1.1. Малое число элементов. 2. Короткий провод снаббера. 3. Большие пульсации тока через электролитический конденсатор.2.1. Малое число элементов. 2. Более длинный провод снаббера, чем в схеме 1. 3. Малые пульсации тока через электролитический конденсатор.3.1. Малое число элементов. 2. Низкие потери мощности. 3. Подходит для средней и малой емкости конденсатора.4.1. Большое число элементов. 2. Большие потери. 3. Перенапряжения могут быть эффективно ограничены.5.1. Большое число элементов. 2. Низкие потери. 3. Подходит для большой емкости конденсатора.
Выбор величины сопротивления производится из условия минимума колебаний тока коллектора при вкл