2.2.Расчёт инвертора напряжения на igbt транзисторах.

Выбор марки IGBT ключа.

Для выбора марки IGBT ключа с постоянным током и постоянным напряжением воспользуемся условиями:

, (2.2.1)

, (2.2.2)

Рассчитываем максимальный ток проходящий через IGBT ключи по формуле:

, (2.2.3)

где - межфазовое напряжение промысловой сети;

- перегрузки по току электропривода ПЭД;

- коэффициент допустимой пульсации тока.

Находим средневыпрямленное напряжение по формуле:

, (2.2.4)

где - коэффициент для мостовой трёхфазной схемы выпрямления.

Рассчитав идля условий (2.2.1 и 2.2.2), выберем маркуIGBT ключа.

Ближайший подходящий IGBT ключ «CM300H A-12H», так как:

Параметры IGBT ключа представлены в таблице ниже:

Таблица 2.2.1. Параметры IGBT ключа.

Тип прибора

Предельные параметры

Электрические характеристики

Обратный диод

Тепловые и механические параметры

UCES,B

IC,A

PC,Вт

UCE(sat), B

td(on),нс

tr,нс

td(off),нс

tf,нс

Uf, B

trr,нс

Rth(c-f), oC/Вт

IGBT

Диод

типовое

максимальное

Rth(i-f), oC/Вт

CM300H A-12H

600

300

1100

2,1

2,8

350

600

350

300

2,8

110

0,04

0,11

0,24

Примечание: U_CES – максимальное напряжение коллектор-эмиттер; I_C – максимальный ток коллектора; P_C – максимальная рассеиваемая мощность; U_CE(sat) – напряжение коллектор-эмиттер во включенном состоянии; t_d(on) – время задержки включения; t_r – время нарастания; t_d(off) - время задержки выключения; t_f – время спада; U_f – прямое падение напряжения на обратном диоде транзистора; t_rr – время восстановления обратного диода при выключении; R_th(c-f) – тепловое сопротивление корпус-охладитель; R_th(j-f) – тепловое сопротивление переход-корпус.

Расчёт тепловых потерь в IGBT модулях.

Схему модуля выбираем по таблице 37.14(Электрический справочник – том 2,2001г,с.432-433).

В нашем случае она выглядит таким образом:

Рис.2.2.1.Схема модуля.

Для сборки автономного инвертора потребуется 6 модулей.

Потери в каждом модуле с IGBT ключами имеют следующие состовляющие:

-Потери в проводящем состоянии, зависящее от коллекторного тока и от напряжения на включённых IGBT транзисторах;

- Потери на коммутацию и динамические потери, зависящие от частоты коммутации и быстродействия транзисторов.

Рассчитываем потери в одном IGBT ключе в проводящем состоянии:

, (2.2.5)

где - коэффициент модуляции, принимаем максимальное значение равное 0,95;

- коэффициент мощности, примерно равный ;

–максимальная величина амплитуды тока на входе инвертора, рассчитывается по формуле:

, (2.2.6)

где – перегрузка по току привода ПЭД.

Рассчитываем по формуле (2.2.6):

Рассчитываем по формуле(2.2.5):

Рассчитываем потери в IGBT ключе при коммутации по формуле:

, (2.2.7)

где - время включения транзистора, рассчитывается по формуле:

, (2.2.8)

- время выключения транзистора, рассчитывается по формуле:

, (2.2.9)

–частота коммутации (или несущая частота), выбирается из интервала от 5000 Гц до 15000 Гц (чем выше частота тем выше потери).

Рассчитываем по формуле(2.2.8):

Рассчитываем по формуле(2.2.9):

Рассчитываем по формуле(2.2.7):

Рассчитываем суммарные потери в IGBT ключе по формуле:

, (2.2.10)

Рассчитываем потери обратного диода в проводящем состоянии по формуле:

, (2.2.11)

где - максимальная амплитуда тока через обратный диод;

- потеря напряжения на диоде.

Рассчитываем потерю восстановления запирающих свойств диода по формуле:

, (2.2.12)

где - амплитуда обратного тока через диод;

–продолжительность восстановления.

Перед тем как рассчитать переведёмиз наносекунд в секунды:

Теперь рассчитываем по формуле(2.2.12):

Рассчитываем результирующие потери в одном IGBT ключе с обратным диодом по формуле:

, (2.2.13)

где , (2.2.14)

Общие потери в автономном инверторе будут следующие:

, (2.2.15)

Расчёт параметров охладителя и выбор марки охладителя.

Определяем параметры охладителя на один модуль.

Рассчитываем максимально допустимое переходное сопротивление охладитель-окружающая среда по формуле:

, (2.2.16)

где - переходное сопротивление промежутка охладитель-окружающая среда;

–температура корпуса теплопроводящей пластины;

–температура охлаждающего воздуха(внутри кабины, станции управления), значении выбирается из интервала от 40до 50.

–температура кристалла, предельное значение 125.

При выборе должно выполняться условие:

,

т.е , (2.2.17)

Рассчитываем по формуле(2.2.16):

Рассчитываем температуру кристалла IGBT ключа по формуле:

, (2.2.18)

Делаем проверка, для этого должно выполнятся следующее условие:

, (2.2.19)

Условие(2.2.19) выполняется. Проверка прошла.

Рассчитываем температуру кристалла обратного диода по формуле:

, (2.2.20)

Делаем проверка, для этого должно выполнятся следующее условие:

, (2.2.21)

Условие(2.2.21) выполняется. Проверка прошла.

Выбираем марку охладителя из условия(2.2.16):

Выбираем охладитель серии BF (фирмы DAV):

Таблица 2.2.2. Параметры охладителя.

тип	09
Ширина ,мм	121,4
Толщина ,мм	12,0
Кол-во, ребер	24
Толщина ребер	1,2
Расстояние между рёбрами, мм	5,05
	0,091

Заключение.

Установка скважного центробежного насоса постоянно совершенствуется, увеличиваются эффективность, надежность и долговечность ее узлов, снижается стоимость установок, и проверяются принципиально новые схемы установок.

Наиболее широко до недавних пор велись работы по усовершенствованию узлов электрооборудования установок, имеющих наименьшую надежность и долговечность при нормальных условиях эксплуатации. Опыт такой эксплуатации установок показал, что до 80 % всех подземных ремонтов вызвано выходом из строя электродвигателя, его гидрозащиты и кабеля. Естественно, первоочередная задача в таких условиях – совершенствование этих узлов и станции управления, которая должна защищать их от аварийных режимов.

Например, на АО «АЛНАС» проведены работы, в результате которых было повышено сопротивление изоляции погружного электродвигателя (ПЭД) на порядок (с 200 до 2000 МОм).

Внедрено тестирование изоляции ПЭД по индексу поляризации, что существенно повышает эксплуатационную надежность электродвигателей.

Опробованы и находятся в стадии внедрения новые выводные провода, которые обладают лучшей термостойкостью, сопротивлением изоляции, меньшими токами утечки, меньшим и стабильным размером наружного диаметра. Для пропитки статоров опробован новый компаунд, в котором практически нет летучих веществ, в результате чего удалось добиться лучшего заполнения пазов. Компаунд термостоек при температуре 180 – 200 ºС, при опытной пропитке показал сопротивление изоляции 2000 МОм при температуре 126 ºС.

Разработана, изготовлена и прошла промысловые испытания опытная партия кабельных муфт, конструктивно выполненных по принципу громоотводов. Наконечники муфты залиты в изоляционном материале, что обеспечивает их герметичность и исключает продольное перемещение. Герметичность соединения с головкой ПЭД обеспечивается радиальным уплотнением.

В той же фирме на протяжении ряда лет изготавливались двигатели, оснащенные погружными датчиками системы телеметрии СКАД-2. В настоящее время в кооперации с Ижевским радиозаводом, создали и поставили на промысловые испытания двигатели типа 6ПЭД с системой телеметрии нового поколения. Новая система телеметрии позволяет контролировать и регистрировать следующие параметры:

• давление окружающей среды;

• температуру окружающей среды;

• давление во внутренней полости двигателя;

• температуру обмотки электродвигателя;

• уровень вибрации в двух плоскостях;

• токи утечки (сопротивление изоляции) системы: трансформатор – кабель – электродвигатель.

Список литературы

1. Ивановский В.Н., Дарищев В.И., Сабиров А.А., Каштанов В.С., Пекин С.С. Скважные насосные установки для добычи нефти.-М.: «Нефть и газ», 2002.

2. Бурков А.Т. Электронная техника и преобразователи. – М.: Транспорт, 1999. – 464 с.

3. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – М.: Энергоатомиздат, 1986.

4. Горбачев Г.Н., Чаплыгин Е.Е. Промышленная электроника. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 320 с.

5. Руденко В.С., Сеньков В.И. Основы промышленной электроники. – Киев.: Вища школа, 1985. – 400 с.

6. Прянишников В.А. Электроника: Курс лекций. – СПб.: Корона, 1998. – 400 с.

7. Храмов А.Я. Электропитающие устройства: Методические указания для студентов заочного отделения по специальности 0615. Ч.1. – Л.: ЛИКИ, 1982. – 66 с.

8. Справочник по преобразовательной технике / Под ред. И.М. Чиженко. Киев: Техника, 1978. – 447 с.

9. Тиристорные преобразователи напряжения Т44 для асинхронного элек-тропривода / О.А. Андрющенко, Л.П. Петров и др. – М.: Энергоатомиз-дат, 1986. – 200 с.

10. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM РС. – М.: Солон-Р, 1999. – 506 с.

11. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупровод-никовые приборы: Справочник. 2-е изд., перераб. и дополн. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 512 с.

12. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.

13. Закс М.И., Каганский Б.А., Печенин А.А. Трансформаторы для элек-тродуговой сварки. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 135 с.

Приложения

52