Упражнение №6. Расчёт автономного инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором преобразователя частоты индукционной - rita.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Упражнение №6. Расчёт автономного инвертора на биполярных транзисторах с изолированным - страница №1/1

Упражнение №6.
Расчёт автономного инвертора на биполярных транзисторах с изолированным затвором преобразователя частоты индукционной тигельной печи.
Частотный диапазон рационального использования тиристоров в качестве «ключевых» управляемых приборов в преобразователях частоты не превышает 10кГц. Преобразователи в частотном диапазоне от 10 до 66 кГц целесообразно выполнять с использованием в качестве «ключей» транзисторных IGBT модулей, а в диапазоне 200500 кГц – MOSFET транзисторов. Они используют биполярный транзистор с изолированным затвором, который обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с тиристорными схемами: он «закрывается», т.е. перестаёт проводить электрический ток, когда исчезает управляющий сигнал, поэтому на его основе легко построить инвертор; цепи управления – драйвер-компактны и встраиваются непосредственно в сборку; это приводит к повышению надёжности, быстродействия и компактности устройства.

Рисунок 1 Схема инвертора тока на транзисторах


Мостовая схема инвертора тока (рисунок 1) выполнена на транзисторах VT1VT4, которые поочерёдно подключают диагональ нагрузки (резонансный контур L-R-C), срабатывая попарно. Например, при включении транзисторов VT1 и VT2 ток протекает по цепи: т.1 – транзистор VT1 – индуктор – транзистор VT2 – т.2, формируя положительный прямоугольный импульс тока нагрузки и положительную синусоидальную полуволну напряжения на ней. Через половину периода эти транзисторы отключают и подключают транзисторы VT3 и VT4. Ток протекает по цепи: т.1 – транзистор VT3 – индуктор – транзистор VT4 – т.2, формируя отрицательный прямоугольный импульс тока нагрузки и отрицательную синусоидальную полуволну напряжения на ней. Через половину периода эти транзисторы отключают. Далее процесс повторяется. После отключения транзисторов VT1 и VT2 необходимо выдержать определённое время до включения транзисторов VT3 и VT4, чтобы в цепи не произошло короткого замыкания. Встречнопараллельно каждому транзистору подключён диод (VD1 – VD4), который обеспечивает свободное протекание тока в нагрузку и предотвращает попадание всплесков переключения в шину питания.

Частота тока в нагрузке определяется частотой подачи сигналов управления (включения) на затвор транзистора. Она формируется специальным устройством – драйвером. В структуре драйвера в ряде случаев предусматриваются система управления с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и однокристальная ЭВМ.




Рисунок 2 Получение синусоиды напряжения методом ШИМ


Импульсы в нагрузке моделируют с помощью ШИМ с целью получения переменного синусоидального напряжения на выходе (рис. 2). ШИМ формирует импульсную последовательность с регулируемым коэффициентом заполнения (или скважностью). В его состав входят следующие функциональные узлы (рис. 3): источник эталонного напряжения ИЭ, усилитель рассогласования УР, задающий генератор ЗГ, генератор пилообразного напряжения ГПН, широтно-импульсный коммутатор ШИК.


Рисунок 3 Функциональные узлы ШИМ


ЗГ генерирует, как правило, напряжение прямоугольной формы; далее ГПН преобразует его в напряжение пилообразной формы, которое поступает на ШИК. На второй вход ШИК подаётся сигнал рассогласования с усилителя рассогласования. меняется пропорционально изменению выходного напряжения вследствие изменения тока нагрузки. При уменьшении длительность выходного импульса увеличивается. Стабилизация за счёт того, что изменение выходного напряжения источника питания влечёт за собой изменение сигнала рассогласования и, соответственно, длительности импульсов на выходе ШИК; это, в свою очередь, в противофазе изменяет выходное напряжение и обеспечивает его стабильность. Во многих модулях имеется схема активного фильтра для коррекции коэффициента мощности и уменьшения содержания высших гармонических в питающей сети.

Расчёт инвертора заключается в выборе типа транзистора по току, напряжению, частоте. Обычно заданы: мощность, выделяющаяся в индукторе ; напряжение на индукторе ; индуктивность индуктора ; активное сопротивление индуктора ; ёмкость компенсирующего конденсатора ; рабочая частота переменного однофазного тока индуктора .

Так как колебательный контур работает в режиме резонанса токов , то фазовый сдвиг между током и напряжением , а коэффициент мощности . В этом случае контур работает на резонансной частоте, т.е.
Входное напряжение инвертора связано с выходным напряжением соотношением:

(1)

где К.П.Д. инвертора = 0,92 .


Тогда:
Ток индуктора в режиме резонанса определим по закону Ома:

(2)

Индуктивное сопротивление (3)

Входной ток инвертора (4)

Ток через конденсаторную батарею (ёмкость С):



, где (5)
Максимальный выходной ток инвертора равен:

. (6)

Значение индуктивности входного реактора инвертора приблизительно можно вычислить, исходя из ограничения максимально допустимой амплитуды тока по формуле:



(7)
Пульсирующее напряжение на входе инвертора заменяется на его среднее значение. Максимальный выходной ток выпрямителя вычисляют по выражению: для минимально возможного значения напряжения сети, например .

(8)
Рассчитывают режимы работы транзисторов по напряжению и току с учётом частоты работы ключа и времени проводящего состояния ключа (осуществляют предварительный выбор приборов по справочнику).

Параметры IGBT берутся по графикам для максимальной рабочей температуры кристалла, при пиковом токе , заданном , напряжении на входе и частоте переключения транзистора .



(9)

Пусть в инверторе используется алгоритм широтно-импульсного регулирования, где для любой выходной частоты каждый транзистор выполняет 17 циклов переключения за период, т.е. для частоты 5кГц:



(10)

Без проверочного теплового расчёта выбираем по данным ОАО «Электровыпрямитель»



( г.Саранск) транзистор: