Главный конструктор
направления ПрТ ИЦ
____________ Радченко Ю.Н.
"___" ___________2014 г.
Расчетно-пояснительная записка 0БП.354.405-01 ПЗ
Руководитель ИКГ
__________________ Аптер Б.Л.
"___" _____________ 2014 г.
|
|
|
Руководитель ГСУ __________________ Левин А.Д. "___" _____________ 2014 г.
|
|
Руководитель ГСЭ __________________ Петухов Л.Б. "___" _____________ 2014 г.
|
Специалист ГСЭ
__________________ Васьков В.В.
"___" _____________ 2014 г.
2014 г.
Лист
2. Ёмкость шины DC ПЧ 5
3. Расчёт мощности тепловых потерь СПП инвертора 6
4. Расчёт мостового 6-ти пульсного выпрямителя 9
5. Температура кристаллов СПП 10
6. Требования к ПЧ 16
7. Питание ячеек многокаскадного инвертора 17
8. Требования к воздушному охлаждению фаз ПЧ 19
9. Предложения по управлению 22
10. Выводы 22
11. Литература 22
1. Расчёт инвертора напряжения мощностью 5050 кВт
при выходном линейном напряжении 6 кВ ~ 50 Гц и cos φ=0,85;
1.1.2. Частота ШИМ (с фазовым сдвигом) 500 Гц;
1.1.3. Электрическая схема каскадного тринадцатиуровневого инвертора на
рис.1;
1.1.4. Электрическая схема Н – моста ячейки на рис. 2;
1.1.5. Коэффициенты нагрузок силовых полупроводниковых приборов СПП:
Рис. 2. Электрическая схема Н-моста ячейки фазы инвертора
Для ПЧ-5000 ток фазы: А
Где: Ufase – действующее выходное напряжение инвертора, В
Sn – полная мощность, кВА
1.2.2. Амплитудное значение выходного фазного напряжения инвертора:
В
отсюда В
Где: Кс – коэффициент учитывающий падение напряжение питающей сети на 10 %.
1.2.4. Значения стабилизированного напряжения питания HВ – мостов в зависимости от количества HВ – мостов в фазе инвертора:
Здесь n – количество H – мостов в фазе инвертора.
Полученное напряжение звена DC позволяет применять в Н – мостах СПП 17 класса.
Учитывая, что в драйверах для 17 класса СПП UDC ограничено значением 1200 В, выберем UDC для одного Н – моста значением равным 900 В.
1.2.5. Амплитудное значение тока фазы:
ПЧ-5000 А
1.2.6. Коэффициент нагрузки полупроводника по блокирующему напряжению
< 0,7 что допускает СПП к применению
1.2.7. Корректированное значение амплитудного тока фазы (с учётом снижения напряжения питающей сети на 10%):
Для ПЧ-5000 A
Значение номинального тока коллектора для выбора IGBT транзистора (с учетом коэффициента загрузки по току - KI):
Для ПЧ-5000 A
По полученным значениям тока и напряжения для применения в инверторе ПЧ-5000, выбираются IGBT модули полумостов с блокировочным напряжением 1700 В и током 1400 А (т.е. два транзистора в одном корпусе с постоянным током 1400 А), с драйверами управления этими модулями. Поскольку модули выпускаются многими фирмами, то наименование модулей и фирм производящих их и соответствующие им драйверы фирмы “Concept” приведены в табл. 1.
Таблица 1
|
Инвертор |
Наименование модуля, изготовитель |
Наименование драйвера – “Concept”* |
|
ПЧ-5000
|
FF1400R17IP4 “Infineon” primepack 2MBI1400VXB-170P-50 “Fuji” primepack 2MBI1400VXB-170E-50 “Fuji” primepack
|
2SP0320T2A0-FF1400R17IP4 2SP0320T2A0-2MBI1400VXB-170P-50 2SP0320T2A0-2MBI1400VXB-170E-50 |
*Приведенные драйверы в табл. 1 обладают функцией ограничения бросков напряжения
свыше 1200 В.
2. Расчет звена DC ПЧ
(задаемся значением 150 В).
Выбираем конденсаторы на напряжение 1300 В. Коэффициент нагрузки конденсаторов по напряжению с учетом подъема напряжения в звене DC на 10 %:
2.1. Определим емкость звена DC Н - мостов
Емкость звена DC Н – моста ПЧ-5000 (по рекомендации АВВ):
мкФ
Здесь – удельная энергия запасаемая конденсатором в звене DC,
каскадного инвертора, например для ПЧ-5000 кВА.
2.2. Произведем выбор конденсаторов звена DC ПЧ-5000
Исходя из расчётных значений напряжения и ёмкости выбираем конденсаторы по каталогу фирмы «Electronicon» с учётом номинального тока шины. Выберем конденсатор емкостью 1600 µФ на напряжение 1300 В для ПЧ-5000. Данные по этому конденсатору приведены в табл. 2.
Таблица 2
Ток заряда СDC: Для ПЧ-5000 : кА
Для разряда емкостей звена DC и формирования сигнала о заряде емкостей звена DC для системы управления служат резисторы (R1 и R2) включенные параллельно конденсаторам звена DC.
Принимаем R1=15 кОм. Поскольку для системы управления необходимо сформировать в цепи резистивного разрядного делителя напряжение ≤10 В при напряжении 900 В на конденсаторах DC, то добавляем дополнительно резистор значением R2=150 Ом (падение напряжение на нем составляет 8,9 В).
Время разряда составит для:
ПЧ-3800 и ПЧ-3600 сек. или 7,1 мин.
Мощность рассеиваемая резисторами: Вт
Где: А Вт
По результатам расчета и рабочего напряжения (900 В*1,1) выбираем резисторы фирмы VISHAY серии RTOP 200 15 кОм ± 10 % и 150 Ом ± 10 % на напряжение 1500 В.
Тепловые потери IGBT транзистора:
3.1. Потери проводимости в режиме синусоидальной модуляции :
где: m – коэффициент модуляции, m=1,
cosφ – угол сдвига между током и напряжением, cosφ=0,85.
3.2. Тепловые потери FWD диодов:
3.2.1. При расчете потерь проводимости диода в режиме синусоидальной модуляции
(аналитический):
где: Irms – среднеквадратичный ток протекающий через диод;
Iav – средний ток протекающий через диод.
3.3. Потери переключения IGBT – транзисторов и FWD – диодов
3.3.1. Потери переключения IGBT – транзисторов и FWD – диодов в режиме
синусоидальной модуляции (второй вариант расчета - аналитический):
энергии потерь, ( ),
измерение энергии потерь, Vref =900 В
fsw – частота коммутации СПП, fsw=250 Гц
3.4. Тепловые потери ПЧ-5000
3.4.1. Исходные данные для СПП ПЧ-5000:
Ток нагрузки действующий, номинальный - А, А
Характеристики номинальной рабочей точки IGBT транзисторных модулей взяты из спецификации на приборы при С (VCE0, rCE, VCE0 и rТ найдены графическим путем из входных характеристик транзисторов и диодов приведенной в спецификации на СПП).
Параметры СПП необходимые для проведения расчетов тепловых режимов эксплуатации приборов сведены в табл.3.
Таблица 3
|
Параметр |
FF1400R17IP4 |