Вычисление потерь в трехфазном 3-уровневом инверторе
В этом примере показано, как вычислить переключающиеся потери в трехфазном 3-уровневом инверторе, комбинируя Специализированные Энергосистемы и блоки Simscape.
Общий
От +/-источник постоянного тока на 1 800 вольт, 400 кВт, трехфазный 3-уровневый инвертор обеспечивает переменную мощность энергосистеме распределения. Инвертор выход соединяется с 25 кВ, 40 MVA, система на 50 Гц через 2 200-вольтовый / 25 кВ трансформатор. Топология инвертора основана на модели, описанной в [1]. Каждый 3-уровневый участок инвертора включает три коммерческих полумоста модули IGBT. Пульсация IGBT модуля 3 не требуется, поскольку только антипараллельные диоды действуют в качестве нейтральных фиксирующих диодов. Система управления содержит два ПИ-контроллера (один регулятор PQ и один текущий регулятор), чтобы сгенерировать необходимые импульсы инвертора, чтобы достигнуть ссылочной выходной мощности.
Участок Фазы-A реализован с помощью трех Полумостов IGBT с блоками Вычисления Потерь. И переключение и потери проводимости вычислено и введено в тепловую сеть. Симуляция иллюстрирует достижимую выходную мощность по сравнению с переключающейся частотой для трехфазного, 3-уровневого инвертора.
Полумост IGBT с блоком вычисления потерь
Полумост моделируется двумя блоками IGBT/Diode. Верхние и более низкие блоки IGBT/Diode пульсируются от внешнего импульсного генератора. Вычисления потерь основаны на технических требованиях, найденных на таблицах данных производителя.
Потери IGBTs вычисляются можно следующим образом:
Поворот - на потере: предварительное переключение значения напряжения через устройство, постпереключая значение текущего течения в устройство и температуру перехода используется, чтобы определить энергетические потери с помощью 3-D интерполяционной таблицы. Эта энергия преобразована в импульс степени, который введен в тепловую сеть.
Выключите потерю: предварительное переключение значения текущего течения в устройство, постпереключая значение напряжения через устройство и температуру перехода используется, чтобы определить энергетические потери с помощью 3-D интерполяционной таблицы. Эта энергия преобразована в импульс степени, который введен в тепловую сеть.
Потеря проводимости: Значение тока (Ic), текущий в устройстве и его температуре перехода, определяет то, что было бы напряжением насыщения (Vce) через IGBT использование 2D интерполяционной таблицы. Этот Vce затем умножается на Ic, чтобы получить потери, которые введены в тепловую сеть.
Потери диода вычисляются можно следующим образом:
Противоположная потеря восстановления: предварительное переключение значения текущего течения в устройство, значения переключения сообщения напряжения через устройство и температуры перехода используется, чтобы определить энергетические потери с помощью 3-D интерполяционной таблицы. Эта энергия преобразована в импульс степени, который введен в тепловую сеть.
Потеря проводимости: Значение тока (При) течении в устройстве и его температуре перехода определяет то, что было бы напряжением на состоянии (VF) через диод с помощью 2D интерполяционной таблицы. Этот VF затем умножается на то, Если получить потери, которые введены в тепловую сеть.
Тепловая емкость соединения устройства, а также его соединения к случаю тепловое сопротивление представлена сетью Cauer с одной ячейкой, смоделированной с блоком Пространства состояний Simulink®.
Тепловая сеть
Блоки Simscape из тепловой библиотеки основы используются, чтобы создать сеть Cauer 2D ячейки на основе тепловых емкостей (случай и теплоотвод) и сопротивления (случай к приемнику и приемник к окружающей среде). Ради простоты сеть Cauer 2D ячейки использует произвольные значения в тепловых емкостях для того, чтобы уменьшать время, требуемое симулировать тепловые явления.
Демонстрация
Запустите симуляцию и наблюдайте следующие рабочие точки:
С t=0 секунды до t=5 секунды: инвертор выходные параметры 372 кВт (коэффициент мощности = 0.85) использование переключающейся частоты 850 Гц. Общие суммы убытков конвертера составляют 2,7 кВт, и самая высокая температура перехода (125 C) наблюдается относительно IGBT1 Модуля 1 (или IGBT2 Модуля 2). См. Tj блок Scope (Цельсия) в блоке Additional Scopes & Measurements.
С t=5 секунды до t=12 секунды, инвертор выходные параметры 210 кВт (коэффициент мощности = 0.85) использование переключающейся частоты 1 850 Гц. Общие суммы убытков конвертера составляют 2,7 кВт, и самая высокая температура перехода (125 C) все еще наблюдается относительно IGBT1 Модуля 1.
Ссылка
[1] Raffael Schnell, приложение менеджера, ABB Швейцария, "Высоковольтные модули участка фазы для средних дисков напряжения и инверторов".