Расчет инвертора

Расчет преобразователя частоты общего назначения

Методика расчета приведена для ПЧ с АИН (см. рис. П7.17), выполненного с использованием гибридных модулей, состоящих из ключей IGВТ и обратных диодов FWD, смонтированных в одном корпусе на общей теплоотводящей пластине.

Максимальный ток через ключи инвертора определяется из выражения

, (П7.3)

где Р_ном – 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; η_ном – номинальный КПД двигателя; U_л – линейное напряжение двигателя, В.

Ключи IGBT выбираются с постоянным (номинальным) током коллектора I_c ≥ I_{c 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 IGBT в проводящем состоянии

, (П7.4)

где I_cр = I_{c max} /k₁ – максимальная амплитуда тока на входе инвертора, A; D = t_р/T ≈ 0,95 – максимальная скважность; cosθ ≈ cosφ – коэффициент мощности; U_ce(sat) – прямое падение напряжения на IGBT в насыщенном состоянии при I_cр и Т_j = 125°С (типовое значение U_{ce(sat )} = 2,1–2,2 В).

Потери IGBT при коммутации

, (П7.5)

где t_с(on), t_с(off) – продолжительность переходных процессов по цепи коллектора IGBT на открывание t_с(on) и закрывание t_с(off) транзистора, с (типовое значение t_с(on) = 0,3–0,4 мкс; t_с(off) = 0,6–0,7 мкс); U_сс – напряжение на коллекторе IGBT, В (коммутируемое напряжение, равное напряжению звена постоянного тока для системы АИН–ШИМ); f_sw – частота коммутаций ключей, Гц (частота ШИМ), обычно от 5000 до 15 000 Гц.

Суммарные потери IGBT

P_Q = P_SS + P_SW. (П7.6)

Потери диода в проводящем состоянии

. (П7.7)

где I_ер ≈ I_cр – максимальная амплитуда тока через обратный диод, А; U_е – прямое падение напряжения на диоде (в проводящем состоянии) при I_ер, В.

Потери при восстановлении запирающих свойств диода

P_DR =(I_rr U_cc t_rr f_sw)/8, (П7.8)

где I_rr – амплитуда обратного тока через диод, А (I_rr ≈ I_ср); t_rr – продолжительность импульса обратного тока, с (типовое значение 0,2 мкc). Суммарные потери диода

P_D = P_DS + P_DR. (П7.9)

Результирующие потери в IGBT с обратным диодом

P_T = P_Q + P_D = P_SS + P_SW + P_DS + P_DR . (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 IGBT и обратного диода.

Максимально допустимое переходное сопротивление охладитель–окружающая среда R_th(f-a), °С/Вт, в расчете на пару IGBT/FWD (транзистор/обратный диод)

, (П7.11)

где Т_а = 45–50°С – температура охлаждающего воздуха; Т_с = 90–110°С – температура теплопроводящей пластины; Р_T – суммарная мощность, Вт, рассеиваемая одной парой IGBT/FWD; R_th(c-f) – термическое переходное сопротивление корпус–поверхность теплопроводящей пластины модуля в расчете на одну пару IGBT/FWD, °С/Вт.

Температура кристалла IGBT, °С, определяется по формуле

T_ja = T_c + P_Q R_th(j-c)q, (П7.12)

где R_th(j-c)q – термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для IGBT части модуля, °С/Вт. При этом должно выполняться условие T_ja < 125°С.

Температура кристалла обратного диода FWD, °С,

T_jd = T_c + P_DR_th(j-c)d , (П7.13)

где R_th(j-c)d – термическое переходное сопротивление кристалл–корпус для FWD части модуля, °С/Вт.

Должно выполняться условие Т_jd < 125°С.

Если Т_jd ≥ 125°С или опасно приближается к этой максимально допустимой температуре кристалла, то нужно улучшить теплоотдачу за счет использования охладителя с меньшим значением сопротивления R_th(f-a), т.е. задавшись меньшей температурой корпуса Т_с.

Дата добавления: 2015-06-04