Диссертация (792772), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Номинальный входной ток ОППН определяется согласно уравнению:вх.н =вх.нвх,(2.14)5859где PВХ.Н – входная мощность ОППН при номинальной нагрузке; UВХ =UАБ –входное напряжение ОППН.2. Максимальный входной ток определяется согласно уравнению:вх. =вх.,вх(2.15)где PВХ.MAX – входная мощность ОППН при максимальной нагрузке.3.
Максимальный ток одного канала ОППН определяется согласно уравнению:. =вх.∙вх.(2.16)4. Номинальный ток одного канала определяется согласно уравнению:н. =5. Минимальноеивх.н∙вх.максимальное(2.17)входноенапряжениепреобразователяопределяются согласно уравнениям: = 0.8 ∙ АБ(ном) ,(2.18) = 1.15 ∙ АБ(ном) .6. Максимальная величина пульсации выходного напряжения преобразователяравна (3% от UВЫХ.MAX) [107]:∆вых.
= 0.03 ∙ вых. ,(2.19)где U ВЫХ.MAX – максимальное значение выходного напряжения ОППН.7. Максимальный ток нагрузки определяется согласно уравнению:вых. =вых.вых.(2.20)8. Номинальный ток нагрузки определяется согласно уравнению:н =нвых.(2.21)Следует отметить, что данная методика справедлива для многоканальногоППН.При других схемах преобразования следует учитывать параметрыдополнительных элементов, а также структуру самого преобразователя.59602.4.
Расчет и выбор элементов обратимого преобразователя. Расчетиндуктивности дросселяДля расчета индуктивности катушек ОППН трехканальной структурынеобходимо определить величину пульсации тока катушки индуктивности.Приблизительная величина пульсации тока катушки:∆ = (0.2 − 0.4)вых.ВЫХ.НВХ.Н.(2.22)Коэффициент заполнения импульсов: = 1 − вх.
⁄вых .(2.23)Полная индуктивность катушек трехканального ОППН:п = вх (вых − вх )/∆ вых .(2.24)Отсюда индуктивность одной катушки определяется как отношение полнойиндуктивности к количеству параллельно включенных преобразователей: = п ⁄.(2.25)Так как количество параллельно включенных преобразователей n=3, то (2.25)можно записать как:К = П ⁄3 .(2.26)Уточненный расчет индуктивности отдельной катушки производится поформуле:.ут. = вых ⁄4 ∆ .(2.27)Минимальное значение емкости выходного конденсатора определяется как:вых. = вых. (1 − )⁄ ∆вых .(2.28)Расчетный период такта определяется как:Тт = 1⁄ .(2.29)6061Период импульса одного преобразователя равна:Т = Тт ⁄3.(2.30)Расчетное время импульса определяется как:и = .(2.31)п = (1 − )Т.(2.32)Расчетное время паузы равна:Таблица 2.3 – Результаты расчета параметров трехканального обратимогопреобразователя постоянного напряжения транспортного назначенияПараметрыУсловноеобозначениеНоминальный входной ток ОППН, АIвх.нПриблизительная пульсация тока катушки, АΔILНоминальный ток одного канала ОППН, АIнmМинимальное входное напряжение ОППН, ВUminМаксимальное входное напряжение ОППН, ВUmaxНоминальное выходное напряжение ОППН, ВUвыхМаксимальная величина пульсации выходного ΔUвых.maxнапряжения, ВМинимальное значение индуктивности однойL1катушки, мГнМинимальное значение емкости выходногоСФфильтра, мФНоминальная мощность преобразователя, кВтPНПриблизительная масса ОППН, кгmОППНЗначениепараметров3353611232046265019,50.121.2713827Следует отметить, что определение входных и выходных характеристикОППНповышеприведеннойметодикедаютидеализированнуюоценкупоказателям работы ОППН в составе СТЭО ЭТС.
Уточнение расчетов будетпроводиться с использованием средств математического (компьютерного)моделированиятрехканальногообратимогопреобразователяпостоянногонапряжения в составе СТЭО ЭТС.61622.5. Выбор силовых полупроводниковых ключейОдним из основных элементов импульсных преобразователей, как ужеговорилось в первой главе, является силовой ключ. В качестве силового ключа восновном используется транзистор и часто в качестве элемента, обеспечивающегообратное протекание тока нагрузки, обратный диод.Исследованияпоказывают[5,10,12,66],чтоКПДимпульсныхпреобразователей во многом зависит от характеристик силовых ключей, иправильному их выбору должно уделяться особое внимание.На сегодняшний день на рынке предлагается огромное разнообразиетранзисторов и других полупроводниковых элементов. Выпускаемые транзисторыотличаютсявеличинойкоммутируемыхтоковинапряжений,частотойпереключений и рядом других характеристик.На протяжении десятилетий в процессе «эволюции» транзисторов былизначительно улучшены их характеристики.
Следует отметить, что IGBT транзисторы по структуре сильно отличаются от первых биполярных транзисторов,выпускаемых в 50-60 –х гг. XX века.К основным отличительным свойствам современных транзисторов следуетотнести: высокое коммутируемое напряжение (напряжение эмиттер-коллектор); высокий коммутируемый ток; высокая частота переключения (коммутации); высокий КПД.По структуре транзисторы классифицируются на следующие виды,показанные на рисунке 2.5.6263Рисунок 2.5 – Классификация транзисторовСледует отметить, что к ОППН транспортного назначения предъявляютсявысокие требования по массогабаритным показателям.
Для удовлетворения этоготребования необходимо повышать рабочие частоты преобразования и при этомснижать потери мощности на силовых ключах. Для решения этой непростой задачинеобходимоправильновыбратьвышетребованиям.обозначеннымтранзисторныйОпытыключ,разработокудовлетворяющийпоказывают,чтоэффективность ППН в основном зависит от динамических потерь, появляющихсяв процессе коммутации транзисторных ключей.
Эти потери можно снизить, еслииспользовать ключевые полупроводниковые элементы с низким временемпереключения.Анализируя характеристики транзисторов различного вида, с учетом всехтребований, предъявляемых к современным преобразователям постоянногонапряжения, можно сделать вывод о том, что в качестве силовых ключей наиболееподходящими могут быть полевые транзисторы типа MOSFET и биполярныетранзисторы с изолированным затвором типа IGBT [65].Полевые транзисторы имеют множество преимуществ по сравнению сбиполярными, основными из которых являются: простота и низкая мощность управления;6364 область безопасной работы полевых транзисторов шире по сравнению сбиполярными, т.е.
у них отсутствует вторичный пробой; полевые транзисторы могут работать в гораздо высоких частотах по сравнениюс биполярными, сохраняя высокий КПД.Несмотря на множество неоспоримых преимуществ полевых транзисторовпо сравнению с биполярными, у них имеются и недостатки. К основнымнедостаткам полевых транзисторов относятся сложность изготовления безвнутренних «паразитных» биполярных транзисторов и значительное увеличениесопротивления открытого транзистора при высоком напряжении «сток-исток». Нарисунке2.6показаныприближенныеобластиприменениятранзисторовразличного типа [14,16]. Анализируя преимущества и недостатки полевыхтранзисторов [27,45], а также рекомендуемые области применения транзисторов взависимости от коммутационного тока и напряжения можно сделать вывод, что дляОППН мощностью 138 кВт (таблица 2.3) рекомендуется использовать биполярныетранзисторы с изолированным затвором БТИЗ (англ.
Insulated-gate bipolar transistor,IGBT). Этот тип транзистора объединяет в себе преимущество двух типов –биполярных и полевых транзисторов.Рисунок 2.6 – Области применения транзисторов различного типа6465Биполярные транзисторыс изолированным затвором IGBTимеютследующие преимущества по сравнению с полевым транзистором: низкая мощность управления; небольшие потери мощности в открытом состоянии; низкое значение остаточного напряжения во включенном состоянии; управление напряжением, как в полевом транзисторе.К недостаткам IGBT – транзисторов можно отнести ухудшения его работыпри использовании в низковольтных преобразователях небольшой мощности.Существующие IGBT – транзисторы, например, разрабатываемые компанией«International Rectifier», разделены на четыре основные группы по частотекоммутации: S (standard speed) – 1…3 кГц; F (fast speed) – 3…10 кГц; U (ultra speed) – 10…75 кГц; W (warp speed) – 75…150 кГц.Разделение транзисторов на классы частот имеет большое практическоеприменение при разработке статических преобразователей.
На рисунке 2.7показаны сравнительные частотные характеристики IGBT – транзисторовразличных классов частот на примере IRG4PC50 [65].Рисунок 2.7 – Частотные характеристики IGBT – транзисторов типа IRG4PC50различных классов частот6566Из приведенных характеристик следует, что транзисторы определенногокласса частот необходимо использовать в том диапазоне частот, для которого онпредназначен [47,109]. Использование низкочастотных транзисторов в областивысоких частот не рекомендуется, т.к. недопустимо увеличиваются динамическиепотери мощности, а также необходимо сильно снижать величину допустимогодлительного тока (рисунок 2.7, кривая S).Выбор типа ключевых транзисторов для преобразователя постоянногонапряжения с трехканальной структурой напряжением более 600 В производится сиспользованием графиков областей использования транзисторов, приведенных нарисунке 2.6, с учетом входных и выходных характеристик преобразователя.Учитывая большую мощность ППН в составе СТЭО ЭТС с использованиемвысоковольтных элементов, дальнейшие расчетные формулы и рекомендациибудут приведены для биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).Предварительный выбор IGBT – транзисторов осуществляется по величинепостоянного тока коллектора IС.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
