Выбираем диодную сборку фирмы Vishay модели 26MT100 на максимальный действующий выходной ток 25 А и максимальное обратное напряжение на диодах 1000 В.
Выбор силовых ключей схемы
Силовые транзисторы должны выдерживать максимальное напряжение на конденсаторах, т.е. 900 В или более. Также ключи должны выдерживать максимальный ток нагрузки 20 А или более.
Выбираем транзисторы IGBT фирмы STM модели STGW30NC120HD на 1200 В и 30 А, что обеспечит значительный запас как по току, так и по напряжению.
Выбор диодов косого моста регулирования
Диоды VD7 и VD8, как и силовые транзисторы, должны выдерживать максимальное напряжение на конденсаторах и максимальный ток нагрузки.
Выбираем диоды фирмы STM модели STTH3012 на 1200 В и 30 А.
Выбор частоты коммутаций ключей VT1и VT2
Максимальная частота пульсаций на конденсаторе СФ равна 300 Гц, т.к. частота входной сети каждой фазы равна 50 Гц, а пульсность схемы равна 6. Чтобы система управления транзисторами могла регулировать напряжение на нагрузке с высокой точностью, необходимо частоту коммутаций сделать равной:
(15)
3. Моделирование электромагнитных процессов
Моделирование будет проводиться с помощью программного обеспечения PSIM. В следующем разделе будет приведено описание модели исследуемого преобразователя.
3.1. Описание модели контроллера механического тормоза
На рис. 3.1.1 приведена схема модели, выполненная с помощью ПО PSIM
Рис. 3.1.1 Исследуемая схема, выполненная с помощью ПО PSIM
В состав схемы на рис.3.1 входят следующие элементы:
- Источник переменного напряжения Uпит, этот источник берётся в качестве питающей сети. Также в качестве питающей сети может стоять переменный источник с 1 или 2 фазами и амплитудой 220 В или 380 В соответственно, а также источник постоянного напряжения 600 В;
- Модели реальных диодов VD1 – VD6, образующие мост выпрямителя;
- Схема предзаряда, состоящая из силового ключа VTзарядн. Rзарядн не включено в эту цепь, т.к. оно не оказывает большого влияния на КПД всего преобразователя, а в основное время работы преобразователя включен именно VTзарядн;
- Датчик тока и напряжения VTзарядн, которые подключены к умножителю и интегратору для измерения потерь на ключе;
- Датчик напряжения на конденсаторе CФ, сигнал которого поступает на СУ схемой разряда соленоида;
- Тепловые модели VT1, VT2, VD7 и VD8 с выводами для измерения потерь мощности на проводимость и переключения;
- Датчик тока нагрузки, сигнал которого используется системой управления ключами VT1 и VT2.
Тепловые модели транзисторов и диодов выполнялись с помощью программы PSD Editor, которая входит в состав пакета PSIM. В моделях указывались тепловые сопротивления RθJC и RθCS (рис. 3.1.2), максимально допустимые напряжения и токи. Переносились по точкам (рис. 3.1.3) различные кривые, характеризующие работу элементов. Кривые были взяты для температуры перехода Tj = 25ºC, при которой у данных элементов максимальные потери [4].
Рис. 3.1.2 Изображение окна программы PSD Editor
Рис. 3.1.3 Перенос характеристик элемента в тепловую модель с помощью программы PSD Editor
Данная работа выполнена для диодов и транзисторов косого моста; для входного моста были определены параметры диодов без составления тепловой модели.
На рис. 3.1.4 представлена система управления силовыми ключами, реализованная в программном обеспечении PSIM.
Рис.3.1.4 Схема СУ ключами, выполненная в ПО PSIM
Генератор треугольных импульсов Uоп формирует опорный сигнал. Генератор напряжения Uзад является источником сигнала задания на ток в нагрузке. Этот сигнал подаётся на положительный вход сумматора. На второй, отрицательный вход подаётся сигнал обратной связи с датчика тока. С выхода сумматора ток рассогласования поступает на вход ПИ-звена. Сигнал с ПИ-звена поступает на устройство выборки и сравнения, которое не позволяет СУ уйти в насыщение. Далее сигнал с блока выборки и сравнения поступает на положительный вход компаратора, а на отрицательный – опорный сигнал с частотой 3 кГц. В момент когда, опорное напряжение становится больше сигнала управления, вырабатывается соответствующий импульс управления, который подаётся на силовые ключи.
На рис. 3.1.5 представлена система управления разрядной схемой, реализованная в программном обеспечении PSIM.
Рис.3.1.5 СУ разрядной схемой, выполненная в ПО PSIM
Сигнал с датчика напряжения на фильтрующих конденсаторах поступает на положительный вход компаратора CMP1 и на отрицательный вход CMP2. Также к отрицательному входу CMP1 подключен блок константы, на выходе которого установлено значение «900», а к положительному входу CMP2 подключен блок константы, на выходе которого установлено значение «800». Выход CMP1 подключен к S входу RS-триггера, а выход CMP2 – к R входу. Выход Q триггера подключен к затвору VTразрядн. Когда напряжение на конденсаторах CФ достигает 900 В, открывается VTразрядн и напряжение на конденсаторах уменьшается. Когда напряжение уменьшается до 800 В, VTразрядн закрывается.
3.2. Результаты моделирования
В таблице 3 представлены результаты моделирования работы разных типов тормозов при работе от питающей сети однофазного переменного напряжения 220-15% В.
Таблица 3
|
Тип тормоза/электромагнита |
Iн (А) |
PIGBT cond (Вт) |
PIGBT sw (Вт) |
PIGBT (Вт) |
|
ТКП – 800 |
20 |
33,9 |
5,6 |
39,5 |
|
ТКП – 700 |
16,06 |
24,7 |
4,9 |
29,6 |
|
ТКП – 600 |
11,46 |
15,2 |
4 |
19,2 |
|
ТКП – 500 |
8,87 |
10,7 |
3,4 |
14,1 |
|
ТКП – 400 |
7,7 |
8,8 |
3,2 |
12 |
|
МП301 |
3,64 |
3,4 |
2,2 |
5,6 |
|
МП201 |
2,18 |
1,8 |
1,9 |
3,7 |
|
МП101 |
1,23 |
1 |
1,6 |
2,6 |
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.