2. Расчет инвертора

Выбор транзисторов IGBT ключей.

Максимальный ток через транзистор:

(2.41)

где К₁ = (1,2 ÷ 1,5) – рекомендуемый коэффициент допустимой кратковре-менной перегрузки по току;

К₂ = (1,1 ÷ 1,2) – коэффициент пульсации тока;

η – КПД ПЭД с учетом КЛ:

; (2.42)

η_тр – КПД трансформатора:

cosφ_УЭЦН – коэффициент мощности установки УЭЦН с КЛ:

(2.43)

S_Σ – полная мощность на входе КЛ;

Выпрямленное среднее напряжение:

(2.44)

где К_сн – схемный коэффициент неуправляемого выпрямителя.

Тип транзистора выбираем по справочнику с посто-янным током I_C ≥ I_C.max и постоянным напряжением U_СЭ ≥ U_d. Выбираем модуль (полумост) IGBT фирмы Mitsubishi треть-его поколения CM300DY-12H с параметрами приведенными в табл. 4.

Таблица №4

Тип прибора	Предельные параметры			Электрические характеристики
	UCES, B	IC, A	PC, Вт	UCE(sat), B		Сies, нФ	Сoes, нФ	Сres, нФ	td(on), нс
				типовое	макси-мальное
CM400DY-12H	600	400	1500	2,1	2,8	40	14	8	350

Таблица №4 (продолжение)

Электрические характеристики			Обратный диод		Тепловые и механические параметры
tr, нс	td(off), нс	tf, нс	Uf, B	trr, нс	Rch(c-f), ºC/Вт	IGBT	Диод	Масса, г
						Rch(j-c), ºC/Вт
600	350	300	2,8	110	0,09	0,085	0,18	400

U_CES – максимальное напряжение коллектор – эмиттер;

I_С – максимальный ток коллектора;

Р_С – максимальная рассеиваемая мощность;

U_CE(sat) – напряжение коллектор – эмиттер во включенном состоянии;

С_ies – входная емкость;

С_oes – выходная емкость;

С_res – емкость обратной связи (проходная);

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(f-с) – тепловое сопротивление переход – корпус.

Пригодность транзистора проверяем с помощью теплового расчета

Потери IGBT в проводящем состоянии:

(2.45)

где I_СР – амплитуда тока на входе инвертора

(2.46)

U_СЕ(sat) – падение напряжения на включенном IGBT;

D – отношение ;

cosΘ ≈ cosφ_УЭЦН.

Потери IGBT при коммутации:

(2.47)

где t_c(on) – время включения IGBT ключа:

(2.48)

t_c(off) – время выключения IGBT ключа:

(2.49)

U_CC = U_d;

f_SW – частота коммутации IGBT ключей (частота ШИМ), обычно выби-рается в диапазоне от 5000 до 15000 Гц. Принимаем частоту f_SW на минимальной, т.е. 5000 Гц для уменьшения коммутационных потерь мощности в IGBT.

Суммарные потери в модуле IGBT:

(2.50)

Потери мощности в диоде.

Потери в проводящем состоянии (2.51):

где I_EP – амплитуда тока через диод ≈ I_СР;

U_ЕС – падение напряжения на диоде ≈ U_f.

Потери при запирании диода (2.52):

где I_RR – амплитуда обратного тока ≈ I_CP;

t_RR – длительность обратного тока ≈ t_rr.

Суммарные потери диода:

(2.53)

Результирующие потери в паре IGBT – диод:

(2.54)

Найденные результирующие потери являются основой для теплового расчета инвертора, в ходе которого определяется тип и геометрические раз-меры охладителя, а так же проверяется тепловой режим работы кристаллов IGBT и обратного диода.