2.3 Расчет выпрямителя

Максимальное значение среднего выпрямленного тока

(А) (2.18)

(А)

Где, n – количество пар IGBT/FWD в инверторе.

Максимальный рабочий ток диода

(А) (2.19)

(А)

Где, при оптимальных параметрах Г-образного LС-фильтра, установленного на выходе выпрямителя, k_cc =1,045 для мостовой трехфазной схемы; k_cc = 1,57 для мостовой однофазной схемы.

Максимальное обратное напряжение вентиля (для мостовых схем)

(В) (2.20)

(В)

Где, k_c ≥ 1,1– коэффициент допустимого повышения напряжения сети; k_3H – коэффициент запаса по напряжению (>1,15); ΔU_н – запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока (≈100–150 В).

Вентили выбираются по постоянному рабочему току и по классу напряжения. Выбираем диодный модуль RM500НА-24 со средним прямым током I_FAV = 500 А и импульсным повторяющимся обратным напряжением U_RRM = 1200 В. Нам потребуется один вентиль. Из шести диодных модулей реализуется мостовая схема трехфазного выпрямителя, изображённая на рисунке 11.

Рис. 11 Схема мостовая трёхфазного выпрямителя

а – схема выпрямителя; б – диодный модуль.

Значения, по которым выбираем вентили

294,6 А;

1067,7 В.

Табличные значения выбранных вентилей:

I_FAV = 500 А,

U_RRM = 1200 В.

Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима работы электропривода при :

(Вт) (2.21)

(Вт)

Где, k_cs = 0,577 для мостовой трехфазной схемы; R_on – динамическое сопротивление в проводящем состоянии вентиля; U_j – прямое падение напряжения на вентиле при токе 50 мА (U_j+ R_onI_dm/k₁) – составляет около 1 В для диода или 1,3 В для тиристора; m_v – число вентилей в схеме.

Максимальное допустимое переходное сопротивление охладитель-окружающая среда в расчете на выпрямитель

(Град.цельсия/Вт) (2.22)

ºС/Вт

Где, R_th(c-f) – термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящей пластины модуля.

Температура кристалла

(Град.цельсия) (2.23)

ºС

Где, R_th(j-c)DV – термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для одного вентиля модуля; n_D – количество вентилей в модуле. Необходимо, чтобы выполнялось неравенство T_jDV ≤ 140ºС.

Неравенство выполняется, так как 140ºС=140ºС.

Используем два охладителя, с тремя модулями на каждый.

2.4 Расчет сглаживающего фильтра

Коэффициент пульсаций на входе фильтра (отношение амплитуды напряжения к среднему значению)

(2.24)

Где, m – пульсность схемы выпрямления (m = 6 для трехфазной мостовой схемы, m = 2 для однофазной мостовой схемы).

Параметр сглаживания LC-фильтра

(2.25)

Где, S = q_1вх/q_1вых – коэффициент сглаживания по первой гармонике; f_s – максимальная и минимальная частота выходного напряжения в ПЧ. Значения коэффициента сглаживания S лежат в диапазоне от 3 до 12.

Индуктивность дросселя LC-фильтра для обеспечения коэффициента мощности на входе выпрямителя K_M=0,95 определяется из следующих условий:

(Гн) (2.26)

(мГн)

По результатам расчета подбираем подходящий сглаживающий реактор серии РСОС.

Выбираем реактор по условиям:

(2.27)

(2.28)

Выбираем реактор марки РСОС-10/0,5-04 параметры реактора отображены в таблице 8.

Таблица №8

Постоянный ток, А	Номинальная индуктивность, Гн
600	0,000007

Ёмкость конденсатора необходимой для реализации LC фильтра

(Ф) (2.29)

(мкФ)

Определяем ёмкость С₀₂ необходимую для возврата реактивной энергии в фильтр

(Ф) (2.30)

(мкФ)

Где, I_sm1– амплитудное значение тока в фазе двигателя, А; φ₁– угол сдвига между первой гармоникой фазного напряжения и фазного тока ; q₁– коэффициент пульсаций; f_sw – частота ШИМ, Гц.

Для практической реализации фильтра используем конденсаторы с наибольшим значением емкости С₀₁, С₀₂, т.е. конденсаторы с емкостью 20000 мкФ.

Амплитуда тока через конденсаторы фильтра на частоте пульсаций выпрямленного тока (по первой гармонике)

(А) (2.31)

(А)

Где, - наибольшая ёмкость из и , мкФ

В зависимости от величины емкости С₀₁ и амплитуды тока I_C0m формируем батарею конденсаторов емкостью не менее 20000 мкФ, напряжением не менее (1,1…1,2)∙U_d, т.е. (1,1…1,2)∙513 ≥ 615,6 В.

Составляем батарею конденсаторов:

Выбираются небольшие конденсаторы электролитические с ёмкостью 680 мкФ напряжением 500 В, составляются пары из двух последовательно включённых конденсаторов, ёмкость такой пары 340 мкФ, рабочее напряжение 1000 В. Получается параллельно включённых конденсаторов порядка 59 пар, 118 конденсатора марки Siemens Matsushita Components .Номинальный ток конденсатора свыше 300А, срок службы 15 лет.

Рис. 12