2.5. Расчет выпрямителя

Среднее выпрямленное напряжение

(2.13)

В

где k_сн = 1,35 для мостовой трехфазной схемы; k_сн = 0,9 – для мостовой однофазной схемы.

Максимальное значение среднего выпрямленного тока

(2.14)

где n – количество пар IGBT/FWD в инверторе.

Максимальный рабочий ток диода

(2.15)

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)

(2.16)

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 RM150DZ-2H со средним прямым током I_FAV = 150 А и импульсным повторяющимся обратным напряжением U_RRM = 1600 В (шестнадцатый класс). Нам потребуется три таких вентиля. Из трех диодных модулей реализуется мостовая схема трехфазного выпрямителя.

Значения, по которым выбираем вентили

20,8 А

1076 В

Табличные значения выбранных вентилей:

Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима работы электропривода ( ):

(2.17)

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

⁰С/Вт (2.18)

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

Температура кристалла

⁰С (2.19)

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 ≤ 140 ⁰С.

2.6. Расчет параметров охладителя

При установке модулей (выпрямитель, инвертор) на общий охладитель требуемое сопротивление определяется аналогично суммарному сопротивлению при параллельном включении резисторов

(2.20)

Используя график зависимости теплового сопротивления от скорости воздушного потока при принудительном охлаждении радиатора (рис. 1), определяем что при скорости обдува V=4 м/с получаем

По полученным результатам выбираем охладитель для функциональной электрической схемы АД эл. привода с ПЧ.[6]

2.7. Расчет сглаживающего фильтра

Для расчета фильтра принимаем коэффициент сглаживания пульсаций S = (3 ÷ 12). Чем больше S, тем больше габариты фильтра, поэтому выбираем S = 3.

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

(2.21)

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

Параметр сглаживания LC-фильтра

(2.22)

где S = q_1вх/q_1вых – коэффициент сглаживания по первой гармонике; f_s – минимальная частота выходного напряжения в ПЧ, равная 30 Гц.

где Ls – индуктивность сети, приведенная к звену постоянного тока.

В качестве индуктивности используем паразитную индуктивность питающей кабельной линии, задаёмся длинной кабельной линии (50…100)м

Выбираем погонную индуктивность из справочника нГн.

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

Индуктивность питающей сети переменного тока

(2.23)

мкГн

Ёмкость конденсатора необходимой для реализации LC фильтра

; (7.42)

(2.24)

Определяем ёмкость С_о2 необходимую для возврата реактивной энергии в фильтр

(2.26)

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 4429 мкФ.

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

(2.27)

В зависимости от величины емкости С₀₁ и амплитуды тока I_C0m формируем батарею конденсаторов емкостью не менее 4429 мкФ, напряжением не менее (1,1…1,2)∙U_d, т.е. (1,1…1,2)∙513 ≥ 615,6 В.

Составляем батарею:

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 порядка 4 пары, 8 конденсаторов марки Siemens Matsushita Components .Номинальный ток конденсатора свыше 300А, срок службы 15 лет.