Расчет преобразователя частоты общего назначения
Методика расчета приведена для ПЧ с АИН (см. рис. П7.17), выполненного с использованиемгибридных модулей, состоящих из ключей IGВТ и обратных диодов FWD, смонтированных в одном корпусе на общей теплоотводящей пластине.
Расчет инвертора
Максимальный ток через ключи инвертора определяется из выражения
, (П7.3)
где Рном – номинальная мощность двигателя, Вт;k1 = 1,2–1,5 – коэффициент допустимой кратковременной перегрузки по току, необходимой для обеспечения динамики ЭП;k2= 1,1 –1,2 – коэффициент допустимой мгновенной пульсации тока;ηном– номинальный КПД двигателя;Uл – линейное напряжение двигателя, В.
Ключи IGBTвыбираются с постоянным (номинальным) током коллектораIc≥Ic max.
Продолжение прил. 7
Расчет потерь в инверторе при ШИМ формировании синусоидального тока на выходе заключается в определении составляющих потерь IGBT в проводящем состоянии и при коммутации, а также потерь обратного диода.
Потери в IGBTв проводящем состоянии
, (П7.4)
где Icр =Ic max/k1– максимальная амплитуда тока на входе инвертора,A;D = tр/T≈ 0,95 – максимальная скважность;cosθ≈cosφ– коэффициент мощности;Uce(sat)– прямое падение напряжения наIGBTв насыщенном состоянии при IcриТj= 125°С (типовое значениеUce(sat) = 2,1–2,2 В).
Потери IGBTпри коммутации
, (П7.5)
где tс(on), tс(off)– продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание tс(on)и закрываниеtс(off)транзистора, с (типовоезначение tс(on) = 0,3–0,4 мкс; tс(off)=0,6–0,7 мкс); Uсс– напряжение на коллектореIGBT, В (коммутируемое напряжение, равное напряжению звена постоянного тока для системы АИН–ШИМ);fsw – частота коммутаций ключей, Гц (частота ШИМ), обычно от 5000 до 15 000 Гц.
Суммарные потери IGBT
PQ = PSS + PSW. (П7.6)
Потери диода в проводящем состоянии
. (П7.7)
где Iер ≈ Icр – максимальная амплитуда тока через обратный диод, А; Uе – прямое падение напряжения на диоде (в проводящем состоянии) при Iер, В.
Потери при восстановлении запирающих свойств диода
PDR = (Irr Ucc trr fsw)/8,(П7.8)
где Irr– амплитуда обратного тока через диод, А(Irr ≈ Iср); trr – продолжительность импульса обратного тока, с (типовое значение 0,2 мкc). Суммарные потери диода
PD = PDS + PDR. (П7.9)
Результирующие потери в IGBTс обратным диодом
PT = PQ + PD = PSS + PSW + PDS + PDR . (П7.10)
Продолжение прил. 7
Найденные результирующие потери являются основой для теплового расчета инвертора, в ходе которого определяются тип и геометрические размеры необходимого охладителя, а также проверяется тепловой режим работы кристаллов IGBTи обратного диода.
Максимально допустимое переходное сопротивление охладитель–окружающая среда Rth(f-a), °С/Вт, в расчете на паруIGBT/FWD(транзистор/обратный диод)
,(П7.11)
где Та= 45–50°С – температура охлаждающего воздуха;Тс= 90–110°С – температура теплопроводящей пластины;РT – суммарная мощность, Вт, рассеиваемая одной паройIGBT/FWD;Rth(c-f) – термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящей пластины модуля в расчете на одну паруIGBT/FWD, °С/Вт.
Температура кристалла IGBT, °С, определяется по формуле
Tja = Tc + PQ Rth(j-c)q ,(П7.12)
где Rth(j-c)q – термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для IGBT части модуля, °С/Вт. При этом должно выполняться условие Tja < 125°С.
Температура кристалла обратного диода FWD, °С,
Tjd = Tc + PDRth(j-c)d , (П7.13)
где Rth(j-c)d – термическое переходное сопротивление кристалл–корпус дляFWDчасти модуля, °С/Вт.
Должно выполняться условие Тjd< 125°С.
Если Тjd≥ 125°С или опасно приближается к этой максимально допустимой температуре кристалла, то нужно улучшить теплоотдачу за счет использования охладителя с меньшим значением сопротивленияRth(f-a), т.е. задавшись меньшей температурой корпусаТс.