Приложение Е (справочное). Примеры применения расчета потерь комплектных преобразователей и электроприводов

Приложение Е
(справочное)

Примеры
применения расчета потерь комплектных преобразователей и электроприводов

Е.1 Общие положения

В данном приложении приведены примеры расчетов потерь реальных комплектных преобразователей и электроприводов по опорным рабочим точкам. Рабочие точки электропривода выбраны при 80 % номинального момента и 75 % номинальной частоты вращения для экземпляра электропривода мощностью 7,5 кВт.

Для этих целей сначала рассчитывают потери в комплектном преобразователе, затем в двигателе и на последней стадии - потери в электроприводе.

Е.2 Определение потерь в комплектном преобразователе

Е.2.1 Общие положения

Для нахождения относительных потерь комплектного преобразователя в требуемых рабочих точках может быть использован один из следующих методов:

a) по максимальным потерям в соседних предварительно определенных опорных рабочих точках;

b) с помощью двумерной интер- или экстраполяции по соседним опорным точкам;

c) по математическим моделям, представленным в 5.2.

Для использования методов согласно перечислениям а) и b) необходимо разделить рабочую область, представленную на рисунке 6, на четыре сегмента, как показано на рисунке Е.1.

Рисунок Е.1 - Сегменты рабочих точек

Сегмент 1 перекрывает рабочие точки до 50 % относительной частоты статора f и выше 50 % относительного моментообразующего тока i _q.

Сегмент 2 перекрывает рабочие точки выше 50 % относительной частоты статора f и до 50 % относительного моментообразующего тока i _q.

Сегмент 3 перекрывает рабочие точки до 50 % относительной частоты статора f и выше 50 % относительного моментообразующего тока i _q.

Сегмент 4 перекрывает рабочие точки выше 50 % относительной частоты статора f и до 50 % относительного моментообразующего тока i _q.

В следующих пунктах будет показано, как найти потери при 75 % относительной частоты статора и 80 % относительного моментообразующего тока. Преобразователь, используемый в электроприводе в качестве примера, имеет номинальную кажущуюся мощность 9,9 кВА. Предварительно определенные потери в опорных рабочих точках представлены в таблице Е.1.

Таблица Е.1 - Предварительно определенные потери в опорных рабочих точках преобразователя 400 В/9,95 кВА

Р r,M, кВт	S r,edu, кВА	p L,CDM
		(0;25)	(0;50)	(0;100)	(50;25)	(50;50)	(50;100)	(90;50)	(90;100)
7,5	9,95	2,56	2,88	3,89	2,64	3,09	4,58	3,45	5,91

Е.2.2 Определение потерь по максимальным потерям в соседних рабочих точках

Данный метод определения потерь отличается простотой, однако он дает более сильные отклонения от точного результата, чем другие методы.

Определяемая рабочая точка с 75 % относительной частоты статора и 80 % относительного моментообразующего тока находится во 2-м сегменте, как показано на рисунке Е.1, соседние опорные рабочие точки p _L,CDM (50,50), p _L,CDM (50,100), p _L,CDM (90,50) и p _L,CDM (50,50). Из этих точек наибольшие потери имеет точка p _L,CDM (90,100). Следовательно, потери в рабочей точке с 75 % относительной частоты статора и 80 % относительного моментообразующего тока составляют 5,91 %.

Е.2.3 Определение потерь по двумерной интерполяции потерь в соседних рабочих точках

Е.2.3.1 Общая двумерная интерполяционная модель

Интерполяция функции двух аргументов, значение которой определено в четырех точках А, В, С, D для указания значения функции в точке Z, производится в три этапа, как показано на рисунке Е.2.

Рисунок Е.2 - Двумерная интерполяция

На 1-м этапе проводится линейная интерполяция между точками С и D для нахождения потерь в точке R1. Горизонтальную координату f точки R1 выбирают равной координате f _Z искомой точки Z. Если вертикальная координата точек С и D одинакова (i _qC = i _qD), потери в точке R1 являются функцией только горизонтальной координаты f _Z и могут быть определены по формуле

.

(Е.1)

На 2-м этапе потери интерполируются аналогичным образом для точки R2 и вычисляются по формуле

.

(Е.2)

На 3-м этапе потери в рабочей точке Z вычисляют путем интерполяции между точками R1 и R2. Так как R1 и R2 имеют одну и ту же горизонтальную координату f _Z, эта интерполяция производится только по вертикальной координате i _qZ и вычисляется по формуле

.

(E.3)

Используя формулы (Е.1) и (Е.2) в формуле (Е.3), получают окончательный расчет потерь в рабочей точке Z по формуле

.

(Е.4)

Учитывая предварительно определенные точки (см. рисунок 6), расчет в сегментах по рисунку Е.1 для сегмента 1 проводят по формуле

.

(E.5)

Для сегмента 2 расчеты выполняют по выражению

.

(E.6)

Для сегмента 3 расчеты выполняют по выражению

.

(E.7)

Для сегмента 4 расчеты выполняют по выражению

.

(E.8)

Е.2.3.2 Пример расчета для определяемой рабочей точки

Определяемая рабочая точка с 75 % относительной частоты статора и 80 % относительного моментообразующего тока находится в сегменте 2. Соответственно применяют формулу (Е.6), и результирующие потери определяют по формуле

.

(Е.9)

Таким образом, потери в рабочей точке с 75 % относительной частоты статора и 80 % относительного моментообразующего тока составляют 4,57 %.

Е.2.4 Определение потерь по математической модели, приведенной в 5.2

Данный метод определения потерь является самым точным. Однако он требует знания всех технических данных, входящих в формулы (5) и (16). Так как эти данные, как правило, отсутствуют в технической документации на комплектный преобразователь, данный метод доступен главным образом производителю преобразователя.

В примере использования данного метода значения необходимых параметров преобразователя представлены в таблице Е.2.

Таблица Е.2 - Параметры оцениваемого примера преобразователя

Обозначение	Описание	Параметры оцениваемого преобразователя	Единица измерения
U T,th	Пороговое напряжение силового транзистора	1,0	В
U T,r	Напряжение на силовом транзисторе во включенном состоянии при номинальном токе комплектного преобразователя	2,6	В
U D,th	Пороговое напряжение на силовом диоде	1,1	В
U D,r	Напряжение на силовом диоде во включенном состоянии при номинальном токе комплектного преобразователя	2,7	В
U D,th,rectifier	Пороговое напряжение на диоде выпрямителя	0,9	В
U D,r,rectifier	Напряжение на диоде выпрямителя во включенном состоянии при номинальном токе комплектного преобразователя	2,0	В
E T	Коммутационные потери энергии, выраженные в вольтах или амперах, в силовом транзисторе		Дж/
E D	Коммутационные потери энергии, выраженные в вольтах или амперах, в силовом диоде		Дж/
U DC	Напряжение звена постоянного тока комплектного преобразователя	540	В
f sw	Частота коммутации инвертора	4000	Гц
I cable	Ток в кабеле двигателя при наибольших коммутационных потерях	10	А
k1 choke	Импеданс фильтра, отнесенный к номинальному импедансу комплектного преобразователя	0,03
k2 choke	Относительное падение напряжения на активном сопротивлении фильтра	0,25
	Коэффициент мощности на входе преобразователя	0,7
k1 DC_link	Не зависящий от нагрузки параметр звена постоянного тока		1/
k2 DC_link	Зависящий от нагрузки параметр звена постоянного тока	1,7