5. Расчет снаббера

Так как IGBT коммутируется с высокой скоростью, то напряжение U_СЕ быстро возрастает, особенно при запирании транзистора, и может достигнуть 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). Каждая схема снаббера имеет свои достоинства и недостатки, например, при увеличении эффективности ограничения напряжения на IGBT заметно увеличивается число элементов входящих в состав схемы снаббера. Для преобразователей частоты малой мощностииспользуется схема снаббера на рисунке 4.

Рисунок 4 – типичная схема снаббера

Особенности данной схемы:

1. Малое число элементов

2. Малые пульсации тока через электролитический конденсатор

Для данной схемы снаббера необходимо выбрать конденсатор с хорошими высокочастотными характеристиками, малой собственной индуктивностью, высокими допустимыми импульсными токами и малым тангенсом угла потерь, например К-78-2 или Э63К.

Сопротивление резистора зависит от емкости конденсатора С и частоты коммутации IGBT f_sw.

Мощность резистора в цепи снаббера

P = 0,5∙ C ∙ ∆U² ∙ f_sw

где ∆U – перенаряжение ; f_sw = 12 кГц – частота коммутации ключей.

Выбор сопротивления резистора производиться из условия минимума колебаний тока коллектора при выключении IGBT:

где L_sn ≤ 10 нГн – индуктивность цепей снаббера; С – емкость снаббера .

Значение ∆U зависит от многих факторов, оно не должно превышать 60 В. Для схем снабберов можно отметить следующее:

1. Бросок напряжения ∆U (рисунок 3.6) при запирании модуля определяется как параметрами схемы, так и характеристиками IGBT;

2. ∆U зависит от индуктивности L₁ проводов между конденсатором и снаббером (значение L₁ ≤ 50 нГн);

3. ∆U существенно зависит от индуктивности L₂ цепей снаббера (значение L₂ ≤ 10 нГн);

4. ∆U не определяется емкостью снаббера.

Рисунок 3.10 - Напряжение на коллекторе IGBT при его запирании

Следовательно для ограничения ∆U важно ограничить индуктивности L₁ и L₂ путём уменьшения длины провода и их бифилярного монтажа.

Рассчитаем емкость конденсатора С как:

где L₁ — индуктивность проводов между электролитическим конденсатором и IGBT-модулем; I_С — отключаемый ток; ∆U` – второй бросок напряжения (значения ∆U`≤ 25 В).

Максимальный ток через ключи инвертора

где Р_н – номинальная мощность двигателя;

к₁ = 1,2 ÷ 1,5 – коэффициент допустимой кратковременной перегрузки по току, необходимый для обеспечения динамики электропривода;

к₂ = 1,1 – 1,2 – коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока;

ƞ_н – номинальный КПД двигателя;

U_л - линейное напряжения двигателя

Примем к₁ = 1,35; к₂ = 1,15

Ключи IGBT выбирают по постоянному (номинальному) току коллектора I_c ≥ I_T.max = 69,9 А и по максимальному напряжению коллектор-эмиттер.

Примем: L₁ = 40 нГн; ∆U` = 20 В. ∆U = 60 В. I_c = I_c.max = 68,5 A

Согласно принятым значениям рассчитаем соответственно емкость снаббера С, сопротивление резистора R, и мощность резистора Р.

Из стандартного ряда примем С = 0,4 мкФ, R = 0,23 Ом, Р = 5,9 Вт.

Список используемой литературы.

1. Электрические аппараты: Методические указания к выполнению контрольной работы №1,2 по дисциплине «Электрические и электронные аппараты», «Электрооборудование» для студентов специальности 140604. Магнитогорск: МГТУ, 2007. 23с. Сыромятников В.Я. , Сыромятникова Т. Н.

2. Проектирование электроприводов металлургического производства: учебное пособие. 3-е издание перераб. – Магнитогорск: МГТУ, 2002г. Косматов В. И.