Расчет параметров отверстий на корпусе прибора и температуры внутри корпуса устройства.

Технические характеристики преобразователя

(исходные данные).

Рабочее задание: разработать преобразователь напряжения для нагрева и плавки металлов.

· Источник – однофазная сеть

· Напряжение питания 220В±10%

· Тип нагрузки: Бытовая активная

· Мощность 2÷4кВт

· Пульсации тока выпрямителя 1%

· Пульсации напряжения выпрямителя 1%

· Частота коммутации ключей 300÷10000Гц

· Частота сети 50Гц

Рисунок 1 . Структурная схема преобразователя

AC-DC – выпрямитель однофазный

DC-AC – автономный инвертор напряжения

CS – система управления

Load – Нагрузка

Выпрямитель

Рисунок 2. Структурная схема выпрямителя

Расчёт диодного моста проводится исходя из требований к диодам, а именно: обратному напряжению, среднему выпрямленному току. Тепловой режим рассчитывается исходя их потерь на диоде, пока он открыт, потерь на диоде в закрытом состоянии и динамических потерь.

Расчет диодного моста (выпрямителя):

Входные параметры:

Необходимые параметры диода:

Средний ток:

Максимальное напряжение, приложенное в закрытом состоянии:

Подходящая модель диодов: DSEP29-12A

Максимальный прямой (выпрямленные за полупериод) ток

Максимальное напряжение, приложенное в закрытом состоянии:

Расчет потерей мощности на диодах:

У данного выпрямителя одновременно проводят два диода, отсюда потери мощности рассчитываются, как:

, где – падение напряжения на диоде (2* = 1.1 В), – средний ток диода

Расчёт LC фильтра:

Моделирование блока в LTspice

Ниже представлена схема и осциллограммы, полученные в LTspice.

Значения ёмкости и индуктивности соответствует рассчитанным выше.

Рисунок 3. Схема выпрямителя в LTspice

Рисунок 5. Осциллограммы выпрямителя.

Рисунок 6. Мощность потерь на одном диоде.

Автономный инвертор напряжения.

Рисунок 7. Схема мостового инвертора.

Расчёт параметров АИН

Для выбора транзисторов Т1-Т4 необходимы: максимальное напряжение, прикладываемое к транзистору и максимальный ток, проходящий через него, диапазон частоты коммутации ключей.

Напряжение на выходе из выпрямителя (блок 1) является максимальным напряжением: Umax = Uвх = 310В

Максимальный ток через транзистор равен мгновенному току на выходе выпрямителя: I_vt _max = I_вх = 50А

Диапазон частот f:1000-1500 Гц

Подходящий транзистор: IPB200N25N3

Максимальное напряжение: 350В

Максимадьный ток: 50А

Сопротивление открытого канала: 0.02 Ом

Потери мощности в транзисторах рассчитаем следующим образом:

Рвкл = 1/6*U*I*(tф+/Т)

Рвыкл = 1/6*U*I*(tф-/Т)

Рon = Ids²*Ron*(T-2tф)/Т

Из datasheet известны следующие параметры транзисторов:

td(on) = 15нс

td(off) = 33 нс

tr = 40 нс

tf = 29 нс

tф+ = td(on)+ tr = 55нс – время задержки включения транзистора

tф- = td(off)+ tf = 62нс – время задержки выключения транзистора

Тогда, потери на транзисторах:

Рвкл = 10 Вт

Рвыкл = 25 Вт

Рon = 25 Вт

Рsum_vt = 60 Вт

Значит для двух транзисторов суммарная мощность потерь будет равна 120 Вт

Проверка АИНа в LTspice

Ниже представлена схема автономного инвертора напряжения с системой управления составленная в LTspice и осциллограммы на выходе.

Рисунок 8. Схема АИН в LTspice

Рисунок 9. Осциллограммы АИН

Рисунок 10. Мощность потерь на транзисторе.

Расчет охлаждения.

Суммарная мощность потерь на п/п приборах:

Рsum = Рsum_vt + Рsum_vd = 12+10,8 = 348 Вт

Расчет параметров отверстий на корпусе прибора и температуры внутри корпуса устройства.

t_cin=55 °C

Расчет охладителя:

Рис.11 Электротепловая схема замещения.

Для транзисторов:

Для диодов:

Выбор радиатора:

В соответствии с рис. 12 был выбран радиатор Semikron p3/300F с вентилятором SKF 3-230-01

Рисунок 12. Параметры радиатора.

Теплообмен в электротехническом шкафу:

Суммарная мощность потерь в преобразователе будет равна: 𝑃∑ = 350Вт. Для отвода такой мощности разумно использовать принудительное воздушное охлаждение. Определимся следующими параметрами: температура окружающей среды ta=40°C, температура покидающего шкаф воздух ta’=60°C.

Необходимая тяга: 𝐺 = 0,0017 м 3 с = 37 𝐶𝐹𝑀

Выберем вентилятор переменного тока SKF 3-230-01, обладающий следующими характеристиками: 120х120x40 мм, 230 В, 150 CFM, 15 Вт, 37дБ.

Дата добавления: 2020-01-07; просмотров: 131; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!