Содержание

Введение 3

1 Техническое задание и исходные данные 4

2 Выполнение расчетов 4

2.1 Расчет напряжения источника питания АИН с ШИМ 4

2.2 Расчет среднего значения тока через транзистор и диоды обратного тока 5

2.3 Расчет компенсирующего конденсатора 6

Заключение 8

Список литературы……...…………………………………………………………...9

Введение

В настоящее время асинхронный электропривод находит всё большее применение, вытесняя двигатели постоянного тока в таких сферах, как транспорт, станки и т. д., так как асинхронный двигатель обладает гораздо более лучшими эксплуатационными характеристиками.

Но для регулирования таких двигателей необходимы преобразователи частоты или инверторы. В настоящее время стали популярны инверторы с ШИМ на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), объединяющих преимущества биполярных и полевых транзисторов. Ведущие производители выпускают широкий ассортимент IGBT-транзисторов и модулей, объединяющих несколько транзисторов в одном корпусе.

В данной работе будут рассчитаны и выбраны элементы трехфазного преобразователя частоты с ШИМ, состоящего из шести ключей.

1 Техническое задание и исходные данные

По заданным параметрам асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором произвести расчет элементов преобразователя частоты.

Таблица 1 - Параметры двигателя 4А112МА6У3

Мощность РН, кВт	Номинальный ток при 380 В IH, А	Номинальная частота вращения nH, об/мин	Коэффициент мощности,
3	7.41	1000	0.76

Рисунок 1- Схема автономного инвертора напряжения

с широко-импульсной модуляцией

2 Выполнение расчетов

2.1 Расчет напряжения источника питания АИН с ШИМ

(1)

где - номинальное значение линейного напряжения на статоре двигателя;

- максимально допустимое значение коэффициента модуляции;

Для идеализированного АИН 1. Практически всегда <1, так как определенную часть периода несущей частоты занимают процессы коммутации. При использовании современных IGBT транзисторов несущая частота f_K достигает 16 кГц, а 1.

Максимальное значение коэффициента модуляции можно рассчитать по формуле:

(2)

где - время выключения транзистора;

При f_K = 2 кГц

Отсюда

В

2.2 Расчет среднего значения тока через транзистор и диоды обратного тока

При больших кратностях отношениях несущей частоты и частоты модуляции для расчета среднего значения тока через транзистор воспользуемся формулой:

(3)

где - амплитудное значение тока статора двигателя;

- угол сдвига фаз между первичными гармониками тока и напряжением нагрузки на выходе инвертора.

Найдём амплитудное значение тока статора:

(4)

А

При полученном амплитудном значении тока статора, рассчитаем среднее значение тока через транзистор:

А

Если АИН должен работать при весьма низкой выходной частоте, то наиболее тяжелым режимом для тиристора будет случай, когда он в течение длительного времени коммутирует амплитудное значение тока нагрузки. Среднее значение тока через диоды обратного тока определим по формуле:

(5)

А

Выбор транзисторов и диодов АИН производим исходя из напряжения на входе инвертора с учетом перенапряжений, которые могут возникнуть на компенсирующем конденсаторе в моменты, когда ток от АИН направлен к источнику питания (торможение). Это напряжение выбираем исходя из допустимого перенапряжения конденсатора .

Расчетное значение напряжения на входе

= 625.54 В

= 100 В

В

По полученным значениям выбирается IGBT-транзистор со встроенным обратным диодом марки 6MBi10S-120 фирмы International Rectifier, его характеристики приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Параметры транзистора 6MBi10S-120

IК, A	UКЭ max, В	Pmax, Вт	UКЭ.пр, В
15	1200	75	2.3

Условные обозначения в таблице 2:

I_К – максимальный ток коллектора при 25°С, [А];

U_{КЭ max} – максимальное напряжение К-Э, [В];

P_max – максимальная мощность, [Вт];

U_{КЭ пр} – прямое падение напряжения, [В].

2.3 Расчет компенсирующего конденсатора

Для ряда электроприводов, где тормозной режим не имеет решающего значения, допускается использование для питания АИН обычного неуправляемого выпрямителя. При этом рекуперация энергии в сеть невозможна, однако АД может работать в генераторном режиме с ограниченными тормозными моментами за счет рассеивания энергии в виде потерь в двигателе и инверторе. При питании АИН от источника питания с односторонней проводимостью (от выпрямителя) при возникает необходимость в установке на входе АИН компенсирующего конденсатора, который принимает энергию в моменты времени, когда ток направлен к источнику питания. Ёмкость компенсирующего конденсатора может быть найдена по формуле:

(6)

Ф

Анализ показывает, что емкость компенсирующего конденсатора не зависит от выходной частоты. Это обстоятельство позволяет использовать АИН с ШИМ по синусоидальному закону для работы на весьма низких выходных частотах. Ёмкость компенсирующего конденсатора обратно пропорциональна несущей частоте. Благодаря тому, что несущая частота достаточно высока, ёмкость компенсирующего конденсатора в АИН с ШИМ, как правило, меньше, чем в АИН без ШИМ. При работе инвертора как источника напряжения на активно - индуктивную нагрузку, каковым является АД, обеспечивается обмен реактивной энергией между АД и звеном постоянного тока. 

2.4 Моделирование системы ПЧ-АД в в программной среде Matlab

Для получения осциллограмм на элементах схемы наберем модель системы ПЧ-АД из элементов и блоков пакетов Simulink и Simpower Sistem (рисунок 2.2). Из справочника выписываем параметры схемы замещения асинхронного электродвигателя в относительных единицах (о.е) и пересчитываем в абсолютные единицы (таблица 2.3). Для этого определим базовое сопротивление R_б = U_ф/I_ф. Умножаем параметры в относительных единицах на R_б и вносим в таблицу.

Таблица 2.3 – Параметры схемы замещения

№ п/п	Наименование	Обозначение	Значение в о.е.	Значение в Ом
1	Тип двигателя
2	Индуктивное сопротивление основного магнитного потока			0.103
3	Активное сопротивление обмотки статора	R1		0.219
4	Индуктивное сопротивление обмотки статора	Х1		0.0014
5	Активное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора	R2'		0.112
6	Индуктивное сопротивление обмотки ротора, приведенное к обмотке статора	X2'		0.002

Значения индуктивностей электродвигателя вычисляются по формуле:

X=ωL=2ПfL.

В набранной модели в каждый из блоков вставляются необходимые значения, запрашиваемые программой, задаются параметры моделирования, производится настройка осциллографа. После завершения всех настроек производится пуск программы. На рисунке 2.3 показан пример, полученных осциллограмм.

Рисунок 2.2- Схема исследуемой модели

Результаты моделирования

Рисунок - Осциллограммы напряжений токов и скорости.

Заключение

В ходе выполнения данной работы были определены напряжение инвертора, токи, протекающие через транзисторы и обратные диоды. По полученным данным был выбран IGBT-транзистор со встроенным обратным диодом марки 6MBi10S-120 фирмы International Rectifier. Также проведено моделирование в программной среде Мatlab.