redresor trifazat complet comandat

Redresor trifazat complet comandat

Date de proiectare

1 Curentul continuu redresat nominalIDN=250A

2 Tensiunea medie redresată nominalăUDN=75V

3 15

4 Temperatura ambiantă maximă Tamb=300C

5 Variaţia tensiunii reţelei ΔU= 15

Etape de proiectare

1 Alegerea elementelor de putere ale redresorului (tiristoare)

2 Dimensionarea sau alegerea elementului de racire (radiatoare)

3 Dimensionarea elementelor circuitului de poartă

4 Alegerea transformatorului de alimentare

5 Alegerea siguranţelor ultrarapide

6 Dimensionarea grupurilor RC de protecţie individuală

7 Dimensionarea inductanţei de protecţie individuală

8 Calculul protecţiei punţii cu tiristoare pe partea de curent alternativ

9 Dimensionarea impedanţelor de filtrare

10 Trasarea cracteristicilor şi determinarea randamentelor

11 Proiectarea unui dispozitiv de comandă pe poarta

1

Schema redresorului

2

1Alegerea elementelor de putere

Un tiristor se dimensionează icircn prima fază după curentul continuu maxim al

convertorului şi tensiunea inversa maxima

Valoarea medie a curentului nominal de dimensionare depinde de tipul redresorului

O vom nota cu IDN dim şi in cazul redresorului nostru IDN dim=

Se va alege din catalog un tiristor al carui curent de dimensionare este mai mare

decacirct valoarea obţinuta prin calculUn tiristor se dimensionază după valoarea medie a

curentului şi nu după valoarea efectivă

OBSSpre deosebire de dispozitivele semiconductoare ce se dimensioneaza prin curentul

mediudispozitivele rezistive se dimensionează după valoarea efectivă a curentului

De regulă icircn convertor pot să apară supratensiuni ce pot fi provocate de

1 supratensiuni de comutaţie atunci cand unul din elementele schemei comută

scaderea curentului prin infăşurarile inductive determină apariţia unei

supratensiuni(supratensiune de comutare)

2 -apariţia unui arc electric in siguranţele ultrarapide Uarc=2radic2USN

USN-tensiunea de linie din secundarul transformatorului

3 -supratensiuni ce apar din afara convertorului exintrerupătorul

VRRM-tensiunea inverse maxima

VRRMgt(15 18)11radic2USN

Ud0=

V-tensiunea de faza

Dacă transformatorul este icircn stea

Ulim=

USN=

3

Ud0=

Dacă transformatoul este icircn triunghi

USN=

Ud0=

USN=

= rarr cos =

VRRM=(15 18)11radic2USN

Pentru datele de proiectare ale redresorului avem

IDN dim= = 833A

USN= =

= = =104504V

VRRM= =29230V

Tiristorul din catalog care se icircncadreaza icircn parametrii calculaţii este de tipul

T100N400

2Dimensionarea elementelor de răciere a tiristoarelor

Se verifică dacă icircn condiţiile de mediu impuse radiatorul cu care este echipat tiristorul

asigură o bună raciere corespunzătoare pentru regimul de funcţionare folositConstanta

de timp termică este mult mai mica decacirct constanta de timp termică a unui motor electric

4

Vom urmaări prin calcul să apreciem temperature joncţiunii şi dacă radiatorul ales

asigură răcirea corespunzătoare sau nupentru a avea o răcire mai buna radiatorul trebuie

amplasat cu aripioarele icircn poziţie verticalăLa montarea tiristorului pe radiator apare o

rezistenţă termică Rth c-r(capsulă- radiator)care sete icircn funcţie de

Forţa de străpungere a capsulei pe radiator

Calitetea suprafeţei dcelor doua materiale in contact funcţie de mediul conductibil

Rezistenţa termică joncţiune―capsulă Rth j-c are doua valori icircn funcţie de unghiul de

comandă al tiristorului o valoare pentru curentul continuu şi altă valoare pentru curentul

alternativ Vom alege valoarea pentru curentul alternativ

Rth r-c=(004 005) oCW

Pierderile pe tiristor

PT=IDN dimΔU= IDN dimVTM

ΔQj-a= PT(Rth j-c+Rth c-r+ Rth r-a)=Tjmax- Tamb

Rth r-a=

Rth r-a catalog Rth r-a calcul

Din catalog pentru tiristorul T100N400 avem parametrii

Rth r-c=026 oCW

VTM=165 V

Tjmax=125 oC

PT= =100165=165

Rth r-a= 02657 oCW

Pentru valoarea lui Rth r-a calculată alegem din catalog elementul de răcire

2WR150 cu lungimea de150mm

3Dimensionarea elementelor circuitului de poartă

5

Este necesar de a se realiza o separare galvanică icircntre circuitul de comanda şi cel

de forţă dar şi de areliza o adaptare a semnalului de comandă la cerinţele tiristorului cu

ajutorul unui transformator de impuls

Alegem laţimea impulsului de comandă intre 05 15 ms

ti=1ms

ti

Alegem tensiunea de alimentare Ud icircntre 9 30V=16V

Semnalele aplicate icircn primarul transformatorului trebuie să se găsească icircn secundarul lui

cu distorsiuni minime Pentru aceasta icircnfăsurarile transformatorului vor avea inductivitaţi

minime(deci un numar redus de spire) şi deasemena nu se va putea utiliza o inducţie

magnetica aproape de inducţia maximă a tablei şi se va alege B=02T

Perioada impulsului T=2ti T=21=2ms

Frecvenţa trasformatorului de impulsfi=

6

Tensiunea efectivă icircn primar Uef= Uef=

Aria fierului transformatorului SFE=

Puterea aparentă a transformatorului de impuls STI= VGTIGT

VGT=2V IGT=02A STI=3202=12A

SFE= =1095 11cm2

Numărul de spire icircn primarul transformatorului N1=

Tensiunea electromotoare icircn primarul transformatoruluiE1= Uef pr -URb1- UCE1- UR pr

URb1=2V UCE1=06V UR pr=1V

E1=1131-2-06-1=771V

N1= spire

Numărul de spire icircn secundarul transformatorului N2=

Tensiunea electromotoare indusă icircn secundarul transformatorului E2= Usec +URsec

Usec = UD2 + UGT UD2=065V URsec =1V E2= 065+2+1=365V

N2=

Secţiunea şi diametrul conductorului din secundar Ssec=

J=3Amm2 Isec= Isec=202=04A

Ssec= mm2=01257mm2 Stas

dsec= dsec=

Secţiunea şi diametrul conductorului din primar

Raportul de transformare K= K=

Spr= Spr= mm2=003142 mm2 Stas

7

dpr= dpr=

Dimensionarea tolelor

Vom utiliza circuitul magnetic cu tole profil E+I

Pentru a sunt următoarele volori standardizate 4 5 6 4 8 10 125 14 16 18 20

25 32 40 60 mm Dintre aceste volori se alege cea pentru care este icircndeplinită

condiţia agt05+grossec +05+ grospr +1

Considerăm a=4mm rarr4a-1=15mm

Pt secundar

1504=375=37 spirestrat

7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm

SFE=2abrarr b=1108 b=1375 mm

Detrminarea puterilor icircn bobinele transformatorului

Ud= (Rb1+Rpr) I pr +UCE1+ U pr

Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8

4Alegerea transformatorului de alimentare

Dimensionarea transformatorului de alimentare se face icircn funcţie de tipul

redresorului(de schema utilizată) icircn funcţie de conexiunea transformatorului precun şi icircn

funcţie de tipul secundarului

Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp

Alegem din catalog transformator trifazat uscat TTA 50KVA X 2 care are următoarele

caracteristicii

Tensiunea de alimentareU1=380 V

Tensiunea de linie icircn secundarUSN=254 V

Puterea aparentă nominalăSN=50 KVA

Grupa de conexiuniDd0

Masa netă275 kg

Gradul de protecţie IP00

Dimensiunile de gabarit790x385x553

5Alegerea siguranţelor ultrarapide

Siguranţele ultrarapide se montează icircn serie cu tiristoarele icircn scopul de protejare a

semiconductoarelor la scurtcircuit

OBS Nu se utilizează siguranţe normale pentru că timpul de ardere al acestora este mult

mai mare decacirct cel al tiristoarelor Pentru a proteja eficent un tiristor trebuie icircndeplinită o

condiţie principală integrala de current a siguranţei să fie mai mică decacirct cea a

tiristorului (i2t)siglt(i2t)tiristor

9

Dispozitivele semiconductoare au o capacitate redusă de icircncărcare icircn curent

datorită inerţiei termice reduse a acesteia Capacitatea de supraacircncărcare icircn curent este

definită de parametrul integrală de curent i2t şi se măsoară icircn A2s

Icircntreruperea curentului de o siguranţă fuzibilă e icircnsoţită de apariţia unui arc

electric icircn interiorul patronului siguranţei Tensiunea arcului electric este mai mare decacirct

tensiunea de alimentareTrebuie avut icircn vedere ca această tensiune a arcului electric să

nu distrugă dispozitivul protejat

Pentru alegerea siguranţelor ultrarapide se parcurg următoarele etape

1 Alegerea curentului nominal al siguranţei

In siggtItiristor ef Itiristor ef= Itiristor ef=

2 Aegerea tensiunii nominale a siguranţei

Un siggt USN Un siggt254V

3 Tensiunea de arc a siguranţei trebuie să fie mai mică decacirct parametrii limită de

tensiune ai tiristorului(VRRM şi VDRM)

Uarc sigltVRRM VDRM Uarc sig=(15 2) USN

Uarc sig= V

4 Curentul limitat de siguranţă nu trebuie să depăşească curentul de scurtcircuit(de

şoc repetitiv a circuitului

Ik ef=Ilim sig ltITSM Ik ef= Ik ef=

ISN=valoarea efectivă a curentului icircn secundarul transformatorului

Uk =tensiunea de scurtcircuit=4

5 Timpul de ardere a siguranţei depinde de raportul

Din caracteristica de ardere a siguranţelor se alege timpul de ardere a siguranţei icircn

funcţie de raportul

6 Se alege coieficentul de corecţie al tiristorului ITMS icircn funcţie de timpul de ardere

al siguranţelor 217

10

ITMS real=K3 ITMS K3=f(t ardere)

Vom alege coieficentul de corecţie K2 pentru integrala de corecţie a tiristorului

tot funcţie de timpul de ardere 214 K2=f(t ardere)

(i2t)tir talt10ms= K2(i2t)tir(tand-10ms)

(i2t)sig = Ik 2ef t ardere

(i2t)sig lt(i2t)tir talt10ms

6Dimensionarea grupului RC şi a inductanţei LP de

protecţie individuală

Grupul RC este necesar pentru protecţia la supratensiuni a tiristoarelor iar

inductanţa LP este necesară pentru limitarea vitezei de creştere a curentului prin

tiristor

La variaţii mari ale curentului de sarcină pot apărea densităţi de curent mari icircn

zona iniţială de conducţie şi dacă aria iniţială de conducţie este redusă densitatea de

curent (pentru aceiaşi arie iniţială de conducţie) poate fi atacirct de mare icircncacirct să ducă la

distrugerea termică a tiristorului prin efect didt O variaţie rapidă la bornele

tiristorului poate determina deschiderea necontrolată a tiristorului

Grupul RC se montează icircn paralel cu tiristorul protejat iar inductanţa LP icircn paralel

cu acesta

Usn ndashtensiunea secundară nominală a transformatorului=254 V

R ndashrezistenţa din grupul de protecţie individuală

ndashparametrul de catalog a tiristorului(viteza maximă de creştere a tensiunii de

polarizare pe care o poate suporta tiristorul fără ca scesta să se deschidă

necontrolat)=400Vμs

11

Rrsquogt IE=40 80 A UIT= UIT= V

Rrsquo=

Rezistenţa R se obţine icircn funcţie de schema de conexiuni a redresorului

Rrsquo= RrarrR= Rrsquo R=

Lp=

7Calculul protecţie punţii de tiristoare

pe partea de curent alternativ

12


VRRMgt(1518)11radic2USN

Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400

Rth r-c=(004005) oCW


Rth r-a=

Schema redresorului

2




















Ud0=

V-tensiunea de faza


Ulim=

USN=

3

Ud0=


USN=

Ud0=

USN=

= rarr cos =



IDN dim= = 833A

USN= =

= = =104504V

VRRM= =29230V


T100N400





4










Rth r-c=(004 005) oCW




Rth r-a=



Rth r-c=026 oCW

VTM=165 V

Tjmax=125 oC

PT= =100165=165

Rth r-a= 02657 oCW




5





ti=1ms

ti








6





SFE= =1095 11cm2




E1=1131-2-06-1=771V

N1= spire




N2=




dsec= dsec=




7

dpr= dpr=







Pt secundar


7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm




Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=




















Ud0=

V-tensiunea de faza


Ulim=

USN=

3

Ud0=


USN=

Ud0=

USN=

= rarr cos =



IDN dim= = 833A

USN= =

= = =104504V

VRRM= =29230V


T100N400





4










Rth r-c=(004 005) oCW




Rth r-a=



Rth r-c=026 oCW

VTM=165 V

Tjmax=125 oC

PT= =100165=165

Rth r-a= 02657 oCW




5





ti=1ms

ti








6





SFE= =1095 11cm2




E1=1131-2-06-1=771V

N1= spire




N2=




dsec= dsec=




7

dpr= dpr=







Pt secundar


7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm




Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=

Ud0=


USN=

Ud0=

USN=

= rarr cos =



IDN dim= = 833A

USN= =

= = =104504V

VRRM= =29230V


T100N400





4










Rth r-c=(004 005) oCW




Rth r-a=



Rth r-c=026 oCW

VTM=165 V

Tjmax=125 oC

PT= =100165=165

Rth r-a= 02657 oCW




5





ti=1ms

ti








6





SFE= =1095 11cm2




E1=1131-2-06-1=771V

N1= spire




N2=




dsec= dsec=




7

dpr= dpr=







Pt secundar


7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm




Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=










Rth r-c=(004 005) oCW




Rth r-a=



Rth r-c=026 oCW

VTM=165 V

Tjmax=125 oC

PT= =100165=165

Rth r-a= 02657 oCW




5





ti=1ms

ti








6





SFE= =1095 11cm2




E1=1131-2-06-1=771V

N1= spire




N2=




dsec= dsec=




7

dpr= dpr=







Pt secundar


7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm




Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=





ti=1ms

ti








6





SFE= =1095 11cm2




E1=1131-2-06-1=771V

N1= spire




N2=




dsec= dsec=




7

dpr= dpr=







Pt secundar


7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm




Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=





SFE= =1095 11cm2




E1=1131-2-06-1=771V

N1= spire




N2=




dsec= dsec=




7

dpr= dpr=







Pt secundar


7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm




Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=

dpr= dpr=







Pt secundar


7537=202=2 straturi

204=08 mm

Pt primar

1502=75 spirestrat

15875=21=3 straturi

302=06 mm

05+08+05+06+1=34 mmlt4mm




Rpr ρ=ρ20(1+αΔt) α=393 10-3 0C

8





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=





Ud0= Vlinie=

Ud0= Ud0= V

IS ef = IS ef =

Ss=3 IS ef Ss=

Ss Sp


caracteristicii





Masa netă275 kg










9
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=
















Uarc sig= V











10











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=











tiristor







cu acesta






11


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=


Rrsquo=



Lp=



12



Ud0=

USN=

Ud0=

USN=

=rarr cos=

IDN dim==833A

T100N400



Rth r-a=

redresor trifazat complet comandat

Documents