4.6. Расчет и выбор выпрямителя.

Среднее выпрямленное напряжение:

U_d = k_с.н∙U_л = 1,35∙380 = 513 В (4.12)

где k_с.н – коэффициент схемы для номинальной нагрузки (k_с.н = 1,35 – для мостовой трехфазной схемы).

Максимальное значение среднего выпрямленного тока:

, (4.13)

где n – количество пар IGBT/FWD в инверторе.

Максимальный рабочий ток диода:

I_νm = k_cc∙I_dm = 1,045∙109,8 = 114,7 А (4.14)

где k_сс = 1,045 для мостовой трехфазной схемы при оптимальных параметрах Г-образного LC-фильтра, установленного на выходе выпрямителя.

Максимальное обратное напряжение диода:

U_νm = k_з.н √2∙U_л∙k_с.н∙k_с + ΔU_n, (4.15)

где k_c ≥ 1,1 – коэффициент допустимого повышения напряжения сети;

k_з.н ≥ 1,15 – коэффициент запаса по напряжению;

ΔU_n ≈ 100 – 150 В – запас на коммутационные выбросы напряжения в звене постоянного тока.

U_νm = 1,2∙1,41∙380∙1,35∙1,2 + 100 = 1015 В

Диоды выбираются по постоянному рабочему току (не менее I_νm) и по классу напряжения (не менее U_νm/100).

Выбираем диод типа Д161 – 200.

Таблица 4.2

Диод типа Д161 - 200

Средний прямой ток Iпр.ср., А	200
Ударный прямой ток Iпр.уд., кА	5,5
Повторяющийся импульс обратного напряжения Uобр.max, В	300-1600
Постоянное обратное напряжение Uобр., В	225-1200

4.7. Тепловой расчет выпрямителя.

Расчет потерь в выпрямителе для установившегося режима работы электропривода (I_d = I_dm/k₁):

, (4.16)

где k_cs = 0,577 - для мостовой трехфазной схемы;

R_on – динамическое сопротивление полупроводникового прибора в проводящем состоянии, Ом;

U_j – прямое падение напряжения, В, на полупроводниковом приборе при токе 50 мА (U_j + R_on∙I_dm/k₁ ≤ 1 B для диода);

m_ν – число полупроводниковых приборов в схеме.

Максимальное допустимое переходное сопротивление охладитель – окружающая среда в расчете на выпрямитель:

, (4.17)

где R_th(c-f) – термическое переходное сопротивление корпус – поверхность теплопроводящей пластины модуля, ⁰С/Вт.

Температура кристалла определяется по формуле:

, (4.18)

где n_D – количество полупроводниковых приборов в модуле;

R_th(c-f)DV – термическое переходное сопротивление корпус –кристалл для одного полупроводникового прибора модуля, ⁰С/Вт.

Необходимо, чтобы выполнялось условие T_jDV < 140 ⁰C.

< 140 ⁰C

4.8. Расчет охладителя.

Для выпрямителя и на каждую фазу двигателя устанавливаем отдельный охладитель. Всего будет 4 охладителя. Их общее суммарное переходное сопротивление охладитель – окружающая среда:

R_th(f-a) = R_th(f-a)1 + 3∙ R_th(f-a)2 = 0,194 + 3∙0,054 = 0,356 ⁰С/∙Вт (4.19)

Предварительно принимаем охладитель типа Т – 121 с габаритными размерами профиля b = 0,24 м, h = 0,09 м, расстояние между ребрами с = 0,01 м

Количество ребер: m = b/c = 0,24/0,01 = 24

1) Площадь охладителя, участвующая в излучении тепла:

(4.20)

где d, b, h – габаритные размеры профиля, м;

n – количество охладителей.

2) Площадь данного охладителя, участвующая в конвекции:

(4.21)

где m – число ребер.

3) Переходное сопротивление излучению тепла:

, (4.22)

где Т_с = 373 К – температура поверхности охладителя;

Т_а = 323 К – температура окружающей среды;

ΔТ = Т_с – Т_а = 50 К;

Е – коэффициент излучения поверхности (Е = 0,8 для алюминия).

4) Переходное температурное сопротивление теплопередачи конвекцией:

, (4.23)

где F_red – коэффициент ухудшения теплоотдачи (конвекции). График зависимости F_red от расстояния между ребрами дан на рис. 56.37 [1].

6. Переходное температурное сопротивление охладитель – окружающая среда при естественном охлаждении:

, (4.24)

Следовательно, имеем следующую зависимость:

(4.25)

где А, В, С – коэффициенты, полученные при подстановке (21) и (22) в (23).

Для различных значений d рассчитываем зависимость (24), результаты расчета сведены в табл. 3.5.

Таблица 4.3

Различные значения d рассчитываемые зависимостью (24),

d, м	0,02	0,05	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35
Rth(f-a), 0С/Вт	0,358	0,174	0,1	0,073	0,058	0,048	0,04	0,037

По полученным значениям строим график зависимости R_th(f-a) от d (рис.4.3).

Рис. 4.3. График зависимости R_th(f-a) = f(d).

7. Выбираем длину охладителя d так, чтобы температурное сопротивление было не более расчетного значения (18) для всех приборов, установленных на охладителе: d = 0,025 м при R_th(f-a) = 0,3 ⁰С/Вт  R_{th(f-a) расч.} = 0,356 ⁰С/Вт.