-380V-55KW变频器总体技术方案.doc
《-380V-55KW变频器总体技术方案.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《-380V-55KW变频器总体技术方案.doc(21页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、-380V-5.5KW变频器总体技术方案一、 设计遵从的规范、标准或依据 二、单板技术条件序号信号名称信号说明技术条件1R、S、T 输入电压信号输入电压:三相380VAC(-15%、+10%)额定输入电流:010.5A(4T0037G/P)014.6A(4T0055G/P)2U、V、W输出电压信号输出电压:0380VAC额定输出电流:08.8A(4T0037G/P)013A(4T0055G/P)3P(+)直流母线电压正输出端子4PB制动电阻端子5PE保护接地端子6+5V数字电路工作电源精度5%7GND+5V电源地8+15V模拟电路工作电源精度10%9-15V模拟电路工作电源精度10%10+24
2、V风扇及用户接口用电源精度10%11COM+24V电源地12CVD直流母线电压检测信号04V13IUU相电流检测信号-2.12V+2.12V14IVV相电流检测信号-2.12V+2.12V15IWW相电流检测信号-2.12V+2.12V16BRAKE直流制动控制信号17PW+W相上桥驱动控制信号18PW-W相下桥驱动控制信号19PV+V相上桥驱动控制信号20PV-V相下桥驱动控制信号21PU+U相上桥驱动控制信号22PU-U相下桥驱动控制信号23DRIVE驱动电路禁止信号24SHORT 缓冲继电器控制信号25DSP-T模块温度检测信号注:以上交流电流值、交流电流电压值均为有效值变频器驱动板在控
3、制电路发出的六路驱动信号的控制下,把电压、频率固定的三相交流输入电压变换成频率、电压可调的三相交流输出电压供给负载电机,同时将变频器的输出电流、直流电压、模块温度等检测信号送控制板处理及提供控制板工作电源。三、计算说明书3.1 主电路交-直-交变频器驱动板主回路由输入保护电路、PIM模块(包括整流电路、逆变电路、制动电路)、上电缓冲环节、滤波储能电路等组成。整流电路将三相交流输入整流成直流。上电缓冲环节包括限流电阻R4、R5和继电器K1,限流电阻在上电过程中限制流过整流桥和电容器的充电电流,当电解电容器两端电压达到正常工作电压80%后,限流电阻被与之并联的继电器短接。滤波、储能电路由电解电容C
4、1A、C1B、C1C并联后和电容板上电容串联组成(注:电容板借用TD1000变频器电容板,由C2A、C2B、C2C并联组成),起到储能和滤波作用。滤波后的直流作为逆变电路输入,通过对逆变器的导通、关断进行控制,供给负载频率、电压可调的交流输出电压3.1.1 原理图3.1.2 设计、选用依据.本设计依据 有限公司制定的功率元器件器件降额规范及EUPEC功率模块手册3.1.3 计算过程3.1.3.1 整流电路一、电压计算整流电路输入电压最大值为380VAC1.1=418VAC,其峰值电压为1.414418=591V。EUPEC公司模块整流桥耐压VRRM =1600V,计算出整流桥电压降额为591/
5、1600=37%,满足设计要求。二、 电流计算1、 EUPEC模块BSM15GP120、BSM25GP120、BSM35GP120整流桥每个二极管允许的有效值正向电流IFRMSM相同,均为40A,对于 -4T0037P变频器,在1.35倍过载情况下输入电流有效值为1.3510.5A=14.2A,对于 -4T0037G变频器,在1.8倍过载情况下输入电流有效值为1.810.5A=18.9A, 对于 -4T0055P变频器,在1.35倍过载情况下输入电流有效值为1.3514.6A=19.7A, 对于 -4T0055G变频器,在1.8倍过载情况下输入电流有效值为1.814.6A=26.3A,以上四种
6、变频器在过载条件下输入电流值均小于模块整流桥允许电流值,可以满足设计要求。2、确定冲击电流上电缓冲电阻选用两个6W/39欧姆电阻串联,因此考虑电源输入波动,最大的冲击电流为380X1.1X1.4/78=7.6A。对于 -4T0037P变频器所用EUPEC模块BSM15GP120,其整流桥二极管在10ms内允许的冲击电流为IFSM230A,完全满足要求。对于 -4T0037G/4T0055P变频器所用EUPEC模块BSM25GP120,其整流桥二极管在10ms内允许的冲击电流为IFSM230A,完全满足要求。对于 -4T0055G变频器所用EUPEC模块BSM35GP120,其整流桥二极管在10
7、ms内允许的冲击电流为IFSM260A,完全满足要求。3.1.4.2 逆变电路一、 电压计算施加在逆变桥上的电压除输入电压经全波整流后的直流母线电压外,还有母线寄生电感引起的震荡电压,对于本电路估算取其为100V(实际电路中有尖峰电压吸收电容存在,本计算中考虑该值是为逆变桥耐压留有余量),因此逆变电路上的电压V=3801.11.4141.2+100V=809VDC,其中式中1.2为安全系数。EUPEC公司模块逆变桥耐压VCE =1200V,计算出整流桥电压降额为809/1200=67%,满足设计要求。二、 电流计算对于 -4T0037P变频器,在1.2倍过载输出1分钟情况下输出电流峰值为1.2
8、8.8A1.4=14.78A,其所用EUPEC模块BSM15GP120逆变桥允许电流为15A,满足设计要求。对于 -4T0037G变频器,在1.5倍过载输出1分钟情况下输出电流峰值为1.58.8A1.4=18.5A, 其所用EUPEC模块BSM25GP120逆变桥允许电流为25A, 满足设计要求。对于 -4T0055P变频器,在1.2倍过载输出1分钟情况下输出电流峰值为1.213A1.4=21.8A, 其所用EUPEC模块BSM25GP120逆变桥允许电流为25A, 满足设计要求。对于 -4T0055G变频器,在1.5倍过载输出1分钟情况下输出电流峰值为1.513A1.4=27.3A, 其所用
9、EUPEC模块BSM35GP120逆变桥允许电流为35A, 满足设计要求。三、 结温计算(一)、公式推导为了使IGBT安全工作,应保证在额定负载及过载情况下,IGBT的结温Tj低于Tjmax。导通损耗:导通期间的总损耗PSSVCE(sat)ICP。 其中VCE(sat)为通态饱和压降,ICP为通态电流峰值。在PWM应用中,通态损耗须与占空比因子相乘,从而得到平均损耗。当切换感性负载时,续流二极管的导通损耗必须加以考虑,可近似通过数据手册中的标定值VFM与预计的二极管平均电流的乘积得到。开关损耗:开关损耗包括开通损耗及关断损耗,平均开关损耗Psw由单脉冲总开关能量ESW(Esw= ESW(on)
10、 +ESW(off))与开关频率fPWM相乘得到。即ESW(on)和ESW(off)根据工作电流值IC在器件资料中能查曲线得到。在VVVF变频器中,PWM脉宽调制用于合成正弦波输出电流,IGBT的电流及占空比经常变化,使功率估算变得很困难,以下是估算公式。a)每个IGBT的稳态损耗b)每个IGBT的开关损耗c)每个IGBT的总损耗符号注释:ESW(on)T=125,峰值电流ICP下,每个脉冲对应的开通能量;ESW(off)T=125,峰值电流ICP下,每个脉冲对应的关断能量;VCE(sat)T=125,峰值电流ICP下,IGBT的饱和电压降;ICP正弦输出电流的峰值(通常ICP=IEP);fP
11、WM变频器的开关频率;DPWM信号占空比。q输出电压与电流之间的相位角(功率因数cosq)。(二)、功耗估算1) -4T0037P变频器根据以上公式估算IGBT的功耗。(D设为0.5,cosq设为0.85,变频器额定输出电流IE=8.8A,在过载1.2倍输出电流峰值ICP=1.28.81.4=14.8A,最大fPWM为12kHz,查EUPEC器件资料,对应的VCE=2.2V,ESW(on)=2mWs,ESW(off)=1.7mWs。a)每个IGBT的稳态损耗PSS=5.54Wb)每个IGBT的开关损耗PSW=14.14Wc)每个IGBT的总损耗PC=PSS+PSW=19.68W2) -4T00
12、37G变频器根据以上公式估算IGBT的功耗。(D设为0.5,cosq设为0.85,变频器额定输出电流IE=8.8A,在过载1.5倍输出电流峰值ICP=1.58.81.4=18.48A,最大fPWM为12kHz,查EUPEC器件资料,对应的VCE=2.1V,ESW(on)=3.2mWs,ESW(off)=3.2mWs。a)每个IGBT的稳态损耗PSS=6.6Wb)每个IGBT的开关损耗PSW=24.46Wc)每个IGBT的总损耗PC=PSS+PSW=31.06W3) -4T0055P变频器根据以上公式估算IGBT的功耗。(D设为0.5,cosq设为0.85,变频器额定输出电流IE=13A,在过载
13、1.2倍输出电流峰值ICP=1.2131.4=21.84A,最大fPWM为12kHz,查EUPEC器件资料,对应的VCE=2.1V,ESW(on)=3.2mWs,ESW(off)=3.2mWs。a)每个IGBT的稳态损耗PSS=7.8Wb)每个IGBT的开关损耗PSW=24.46Wc)每个IGBT的总损耗PC=PSS+PSW=32.26W4) -4T0055G变频器根据以上公式估算IGBT的功耗。(D设为0.5,cosq设为0.85,变频器额定输出电流IE=13A,在过载1.5倍输出电流峰值ICP=1.5131.4=27.3A,最大fPWM为12kHz,查EUPEC器件资料,对应的VCE=2.
14、4V,ESW(on)=4.5mWs,ESW(off)=4.3mWs。a)每个IGBT的稳态损耗PSS=11.14Wb)每个IGBT的开关损耗PSW=33.63Wc)每个IGBT的总损耗PC=PSS+PSW=44.77W(三)、结温计算模块内部的IGBT芯片最高允许结温Tjmax=150。这一额定值在任何正常的工作条件下都是不允许超过的。一个好的设计经验是将最恶劣条件下的最高结温限定在125 或更低。因此,设计时要留有一定的余量,使模块在低结温下工作,可靠性就能提高。Rth(j-c)标称的结壳热阻TjtIGBT结温PS器件的总平均功耗。Tc模块基板温度(近似为Ts散热器温度)。考虑各种变频器过载
15、条件下的结温计算如下:1) -4T0037P变频器Rth(j-c)=0.7K/WTjt= Tc+PC Rth(j-c)= Tc+19.680.7= Tc +13.8变频器整机热保护时,散热器温度为85 ,IGBT芯片结温为8513.898.8 ,满足降额要求。2) -4T0037G变频器Rth(j-c)=0.55K/WTjt= Tc+PC Rth(j-c)= Tc+31.060.55= Tc +17.1变频器整机热保护时,散热器温度为85 ,IGBT芯片结温为8517.1102.1 ,满足降额要求。3) -4T0055P变频器Rth(j-c)=0.55K/WTjt= Tc+PC Rth(j-c
16、)= Tc+32.260.55= Tc +17.7变频器整机热保护时,散热器温度为85 ,IGBT芯片结温为8517.7102.7 ,满足降额要求。4) -4T0055G变频器Rth(j-c)=0.55K/WTjt= Tc+PC Rth(j-c)= Tc+44.770.55= Tc +24.6变频器整机热保护时,散热器温度为85 ,IGBT芯片结温为8524.6109.6 ,满足降额要求。3.1.4.3 储能稳压及滤波电路整流部分输出的是有脉动的直流电压,为了产生稳定的直流电压,需要用大的电解电容来稳压及滤波。本驱动板规格为交流380VAC输入,正常情况下母线电压为513VDC,过压保护时母线
17、电压为800VDC,因此需要耐压为400V的电解电容串联组成。电容容量的大小直接决定了母线电压及输出电压的稳定性,同时也影响流过自身的纹波电流,进而影响温升和使用寿命。容量太小会导致直流母线和输出电压不稳,带载能力下降;容量太大,成本则大大提高。计算公式如下:C=PTUmUm 本电路中取Um=0.05Um其中P为变频器额定输出功率,Um为允许的直流母线电压波动率,Um为直流母线电压,T为母线电压跌落时间,取T =1.67ms。1) -4T0037G/P变频器C=37001.670.001(0.05513513)=463uF根据公司降额编码及结构设计情况,取3个470 mF/450V的电解电容组
18、成的并联组再和另外3个470 mF/450V的电解电容组成的并联组串联组成,总电容量为705mF。2) -4T0055G/P变频器C=55001.670.001(0.05513513)=698uF根据公司降额编码及结构设计情况,取3个560 mF/400V的电解电容组成的并联组再和另外3个560 mF/400V的电解电容组成的并联组串联组成,总电容量为840mF。由于实际流过主回路电解电容的纹波电流大于其给定的纹波电流值,实际中采用测量电容的外壳温升方法,而所采用的电容允许温度为105,因此要保证电容的可靠使用,必须使其温升低于45。同时,为抑制直流母线电压的高频震荡,在模块的直流输入两端并接
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 380 55 KW 变频器 总体 技术 方案
链接地址:https://www.31doc.com/p-2497640.html