UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCURESTI

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICA

PROIECT

Convertoare Statice

Redresorul trifazat

in punte necomandat

A. Date nominale:

Curentul mediu redresat nominal: ;

Tensiunea medie redresata la curent nominal in sarcina: ;

Frecventa: f = 50 hz ;

Conditii de suprasarcina clasa F (conditii grele, conform recomandarilor CEI)

a.       Suprasarcina de 400% timpul t₁ = 1min;

b.       Suprasarcina de 200% timpul t₂ = 2h;

Temperatura mediului ambiant T_A = 40 C.

B. Alegerea diodei:

Se face astfel incat sa nu fie depasiti doi parametri:

tensiunea inversa repetitiva maxima V_RRM;

curentul mediu direct maxim

Pentru stabillizarea acestora trebuei cunoscute formele de unda ale tensiunii inverse pe      dioda si curentului direct prin dioda, forma de unda determinate de schema convertorului. Cunoscand formele de unda si valorile impuse pentru curent si tensiune la iesirea convertorului se deduc tensiunea inversa maxima V_RM si curentul direct mediu pe care le va suporta in functionare normala.

Concret, pentru redresorul considerat se calculeaza, in prima aproximatie, considerand:

Curentul mediu prin fiecare brat al puntii redresoare sa fie:

Se determina apoi valorile minime admisibile pentru V_RRM si :

cu

Unde coeficientul      1.1 tine seama de faptul ca se admit variatii ale tensiunii intre 85% si 110%. Coeficientul = 1.5 . 538 este un coeficient de siguranta si se considera 1.5 in cazul aceasta (presupunem cunoasterea naturii si amplitudinii supreatensiunilor).

Unde c_i = 0.6 . 0.9 este un coeficient de siguranta ce tine seama de faptul ca se foloseste racire naturala.

Pentru redresorul considerat rezulta cu =2.1 so c_i=0.6

Consultand catalogul "Diode cu siliciu" al SC Baneasa SA se aleg 2 diode de tip D1000N2800, cu si V_RRM=2800V ce se vor monta in serie.

C. Alegerea sistemului de racire

Din catalog (Anexa 1) se noteaza marimile caracteristice diodei:

rezistenta dinamica r_T=0.35mΩ ;

tensiunea de prag V_T0 = 0.8V.

Se calculeaza puterea medie dezolvata in conductie in regim normal pe o dioda:

Alegem un radiator cu urmatoarele caracteristici:

L =200 mm

R_thJDC=0.036 C/W

R_thCA=0.05

Valoarea din catalog T_Cmax = 114 C este mai mare decat T_C din care rezulta un regim termic adecvat.

D. Calculul protectiilor la suprasarcina, scurtcircuit si supratensiuni

1. Date nominale:

tensiunea la bornele instalatiei U_{n instal} = 400V,

curentul mediu redresat, nominal

conditii de suprasarcina clasa F (conditii grele, conform C.E.I.)

_o    suprasarcina de 150% timp de 2 h (I_{supr 1} ) cu valoarea medie

_o    suprasarcina de 300% timp de 1 min (I_{supr 2} ) cu valoarea medie

frecventa de lucru f = 50 Hz.

Alte date necesare:

tensiunea inversa de varf, maxim admisibila la bornele circuitului

inductivitatea totala a circuitului exterior: L_s=375 μH

curentul prezumat de scurtcircuit: I_p=4.75 KA

Pentru alegerea diodei in curent si tensiune folosim relatiile:

In urma consultarii catalogului alegem diodele D1300N1400 ce au:

V_RRM>1128V cu valoarea 1300V ;

I_FAVM>1220A respectiv 1400V.

Stabilirea tensiunii nominale a sigurantei (U_n)

Tensiunea nominala a sigurantei trebuie sa fie mai mare sau egala cu tensiunea dintre ornele intre care este conectata (U_ninstal).

U_n > U_{n instal}

U_{n sig}=500V

Stabilirea curentului nominal al sigurantei

Curentul nominal al sigurantei se alege in functie de valoarea efectiva a curentului de suprasarcina de lunga durata (I_{supr 1}). Pentru sigurante in serie cu diodele, curentul prin siguranta va fi acelasi cu cel prin dioda.

Valoarea efectiva a curentului de suprasarcina de lunga durata printr-o siguranta I_Ds va fi:

unde: α_s = coeficient de suprasarcina; α_s=1.5

n_p = 1 ,numarul de sigurante in paralel, conectate in serie cu dioda

c_s = coeficient care tine seama de neuniformitatea repartitiei curentilor prin sigurantele in paralel (daca este cazul). Se alege c_s=0.6 . 0.9

-consideram n_p*c_s=1

Se alege curentul nominal al sigurantei:

I_n > I_Ds

Cu: U_n=500V si I_n=1000A alese din catalog.

Verificarea sigurantei la suprasarcina de scurta durata

Siguranta fuzibila nu trebuie sa se topeasca pe durata supratensiunii de scurta durata.

Pentru sigurante in serie cu dispozitivele, valoarea efectiva a curentului de suprasarcina de scurta durata (I_{supr 2}) va fi:

,unde: - coeficient de suprasarcina de scurta durata

I_{dsd -} valoarea efectiva a curentului de suprasarcina de scurta durata

Calculam raportul:

Din caracteristaica t=f(γ) data in catalogul de sigurante, rezulta t_p (timpul de prearc) care verifica conditia:

t_p>t_sd ,unde t_sd = durata suprasarcinii de scurta durata; pentru conditiile de suprasarcina de tip F, t_sd = 1 min.

t_prearc=500s > 60s

d. Verificarea protectiei diodei la scurtcircuit

Pentru ca dioda sa nu se distruga in timpul regimului de scurtcircuit si siguranta ultrarapida sa-I ofere protectie trebuie indeplinite urmatoarele conditii:

d1. curentul limitat de catre siguranta I_l sa fie mai mic decat curentul direct de suprasarcina accidentala la cald al diodei (I_FSM = Surge Forward Maximum Current)

I_l<I_FSM

,cu datele din catalog pentru dioda aleasa avem: 12KA < 17 KA relatia verificandu-se.

Din caracteristicile de limitate ale sigurantei -fig.5- am ales I_l=I_c=12KA .

d2. Pentru ca siguranta sa se topeasca inaintea arderii prin efect termic a dispozitivului semiconductor este necesara o corelare a integralelor de curent (Joule) ake sigurantei si diodei.

Pentru sigurantele montate in serie cu diodele:

k(I²t)_{totala siguranta} < (I²t)_{la cald a diodei}

A*s < 2000*10³ A*s (A)

d3. Verificarea la tensiunea de arc

Pentru ca tensiunea care apare la arderea sigurantei sa nu distruga dioda trebuie indeplinita conditia:

U_A<V_{RRM dioda}

Din curba U_a=f(U) data in catalogul de sigurante determinam U_a = 850V care este mai mica decat V_RRM=1400 V.

3. Calculul protectiei impotriva supratensiunilor care apar in momentul comutatiei diodelor

Functionarea fiabila a diodelor redresoare impune mentinerea tensiunilor inverse de varf sub valorile limita repetitive specificare in datele de catalog. Supratensiunile de comutatie apar periodic la blocarea diodelor datorita energiei inmaganizate in inductivitatile din circuit. Ele pot depasi V_RRM , dar in general, nu au energie mare. De regula, tensiunea nominala a condensatorului trebuie sa fie cel putin egala cu V_RRM, iar elementele de protectie trebuiesc montate in imediata vecinatate a diodelor cu fire cat mai scurte.

Valorile orientative pentru grupul individula RC de limitate a supratensiunilor se pot calcula cu urmatoarele relatii:

,unde: Q_s=sarcina staocata la jonctiunea diodei

L_s=inductivitatea totala a circuitului exterior diodei

V_RM=tensiunea inversa maxima care apare la bornele diodei.

Sarcina stocata Q_s=750 μC (din catalog) se afla din caracteristica data in catalogul diodei, unde panta de scadere a curentului o determina in continuare:

Puterea disipata in rezistenta de amortizare R se calculeaza cu relatia:

P_R=2 Q_s V_RM f 10^-6 [W]

P_R=2*750*10^-6*564*50=42.3W

Schema Redreesorului

Resistenta termica