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 RM500UZ-24 со средним прямым током I_FAV = 500 А и импульсным повторяющимся обратным напряжением U_RRM = 1200 В. Нам потребуется три таких вентиля. Из трех 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

492,66 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

(2.22)

ºС/Вт

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

Температура кристалла

(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 133,5 ºС<140ºС.

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 СРОС ( сглаживающий реактор однофазный сухой).

Выбираем реактор по условиям:

(2.27)

(2.28)

Выбираем 2 реактора марки СРОС-100/0,5 УХЛ 4Э параметры реактора отображены в таблице 8.

Таблица №8

Постоянный ток, А	Номинальная индуктивность, Гн	Размер, мм
		Н	В	L
320	0,009	730	300	600

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 2702,7 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 2702,7 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 8 пар, 16 конденсатора марки Siemens Matsushita Components .Номинальный ток конденсатора свыше 300А, срок службы 15 лет.

Рис. 12