4.2 Расчет параметров и выбор элементов силовой цепи

Силовая цепь, выбранного нами преобразователя частоты имеет следующий состав:

выпрямитель - в качестве элементов выпрямителя используются диоды;

инвертор - в качестве ключей инвертора используется комплект IGBT транзисторов с возвратными диодами, регулирование частоты на выходе инвертора осуществляется путем изменения частоты переключения ключей инвертора, а регулирование величины напряжения на выходе инвертора осуществляется за счет широтно-импульсной модуляции;

блок торможения - используется для резистивного частотного торможения;

LC-фильтр - для фильтрации напряжения;

анодные реакторы - используются для фильтрации коммутационных помех и ограничения скорости нарастания тока короткого замыкания.

цепи защиты от перенапряжений;

токоограничивающее сопротивление;

Исходя из выше cказанного, силовая схема электропривода имеет вид, показанный на рисунке 4.1.

Схема силовой части электропривода представлена на рисунке 4.1 и включает в себя следующие силовые элементы:

L1…L3 - токоограничивающие реакторы, предназначенные для ограничения скорости нарастания тока;

R-тормозное сопротивление;

C-емкость выпрямителя;

VT1…VT6 - транзисторы силового блока инвертора;

R-токоограничивающее сопротивление;

VD1…VD6 - диоды выпрямителя.

VD7…VD12-обратные диоды инвертора;

ДТ-датчик тока;

ЦЗП - цепи защиты от перенапряжений;

L-cглаживающий дроссель.

Рисунок 4.1 - Принципиальная схема силовой цепи электропривода

В качестве силовых ключей рекомендуется использовать модули IGBT, в состав которого входят биполярные транзисторы с изолированными затворами и обратные диоды. Предварительный выбор:

Номинальный фазный ток статора:

. (4.1)

Средний ток через силовой ключ:

I_{н. ср.} ? k_з^. I_max, (4.2)

где k_з - коэффициент запаса, учитывающий перегрузку по току при коммутации ключа, k_з =2;

I_max - амплитудное значение тока в плече силовой цепи инвертора:

, (4.3)

где I_ном - номинальный ток двигателя, А.

Выражение (4.2) примет вид:

I_{н. ср.} ? 2^.164.2 = 322.4 А. (4.4)

Рабочее напряжение на силовом ключе:

U_раб. ? U_max + U_{п. н.,} (4.5)

где U_max - амплитудное значение напряжения в силовой цепи инвертора, В;

U_{п. н. -} коммутационное перенапряжение на ключе, В.

В,

где U_л = 380 В - линейное напряжение сети.

С учетом рекомендаций принимается значения перенапряжения U_{п. н.} =600В.

Выражение (4.5) принимает вид:

U_раб. ? 537,4 + 600 = 1137,4 В. (4.6)

На основании выражений (4.4) и (4.6) по каталогу [2] выбираются силовые модули IRGPH50KD2 в виде полумоста с обратными диодами.

Максимально допустимое напряжение, прикладываемое к вентилю, не должно превышать допустимого значения повторяющегося импульсного напряжения:

(4.7)

где :

- коэффициент запаса по напряжению,

- коэффициент, учитывающий возможное повышение напряжения в сети;

- максимальное обратное напряжение на вентиле;

,

где U_{ф -} значение напряжения питающей сети, U_ф = 220 В;

.

Произведем выбор конденсаторов силового фильтра:

Суммарная емкость конденсаторов силового фильтра:

(4.8)

где U_{d -} среднее значение выпрямленного напряжения, В:

Т_{н =0,001} - постоянная времени нагрузки (частота коммутации транзисторов), с;

R_{н=0,069 Ом -} активное сопротивление нагрузки, Ом;

U_{с -} допустимое повышение напряжения на конденсаторе.

Среднее значение выпрямленного напряжения:

U_d = k_сх. U_ф = 2,34^.220 = 514,8 В,

где U_ф =220 В - фазное напряжение сети;

k_сх = 2,34 - коэффициент схемы для трехфазного выпрямителя.

Допустимое повышение напряжения на конденсаторе:

U_с = 0,1^. U_d = 0,1^.514,8= 51,5 В.

Активное сопротивление нагрузки:

R_н=3R₁/2=3^.0,069/2=0,1 Ом.

Выражение (4.13) примет вид:

Ф.

Определяется максимальное допустимое напряжение на конденсаторе:

; (4.9), В.

На основе результатов полученных из выражений (4.8) и (4.9) выбираются конденсаторы силового фильтра.