Tema de proiect

Sa se proiecteze un invertor trifazat de curent cu tiristoare cunoscand urmatoarele date:

-numarul de ordine i=15:

-tensiunea nominala a sarcinii:

-curentul nominal :

-inductivitatea de faza a sarcinii :

-domeniul de reglare al frecventei:

-temperatura mediului ambiant:

-curentul de suprasarcina: ;

-frecventa de aparitie a suprasarcinii:

Se cere :

1) Schema de forta ,functionarea si formele de unda idealizate (curentii pe faze , tensiunea pe condensatorul de stingere);

2) Calculul marimilor caracteristice ;

3) Alegerea si verificarea la incalzire a tiristoarelor;

4) Dimensionarea circuitului intermediar de curent continuu;

5) Protectia tiristoarelor;

6) Dimensionarea circuitului de stingere (capacitate , dioda , tiristor).

Material grafic:

a)      schema de forta cu elementele de protectie figurate;

b)      formele de unda pe hirtie milimetrica;

c)      graficele din cataloage cu indicarea punctului de citire.

Rezolvare

1)Schema de forta ,functionarea si formele de unda idealizate

Schema de forta a invertorului trifazat de curent cu tiristoare

L_d I_d

T₁ T₃ T₅

L_p + M L_p - L_p

C₁ C₃ C₅

D₁ - D₃ D₅

i_B

i_A

N

i_C

D₄ D₆ D₂

C₄ C₆ C₂

L_p L_p L_p

T₄ T₆ T₂

Fig.1

Schema de forta a unui invertor trifazat de curent, cu tiristoare , materializeaza contactele din schema de principiu , prin grupul tiristor-dioda-condensator.

S-a considerat conexiunea condensatoarelor de stingere in stea ,pentru urmarirea mai comoda a functionarii , desi conexiunea triunghi necesita o capacitate mai mica.

Pentru amorsarea initiala a schemei ,fiecare tiristor mai primeste un impuls intarziat cu p/3 radiani fata de primul.

Functionarea circuitului de forta al invertorului poate fi urmarita , impartind o perioada de functionare in sase intervale cuprinse intre comenzile succesive a doua tiristoare.Aceste intervale se numesc tacturi , iar in cadrul fiecarui tact , se deosebesc trei etape de functionare. Se va analiza in continuare , tactul cuprins intre comenzile tiristoarelor T3 si T4.

Inainte de comanda tiristorului T3 , in conductie se afla tiristoarele T1 si T2 , iar curentul 'Id'

se inchide pe circuitul "Ld-T1-D1-faza A-faza C-D2-T2" . Tiristorul T1 fiind in conductie caderea de tensiune pe el este nula , iar condensatorul C1 este incarcat cu polaritatea din fig.1.

Polaritatea tensiunii pe condensatorul C3 rezulta tinind seama , ca din punct de vedere electric , condensatoarele functioneaza , doua cate doua , in serie.

Etapa 1 debuteaza in momentul comenzii tiristorului T3 . Acesta fiind polarizat direct ,intra in condutie. Datorita tensiunii pe condensatoarele C1 , C3 si a tensiunii electromotoare a sarcinii , punctul M se afla la un potential puternic negativ , cea ce face ca dioda D3 sa fie polarizata invers ,respectiv blocata . In acelasi timp , tensiunea pe condensatoarele C1 si C3 , polarizeaza invers tiristorul T1 ,determinand blocarea lui . Curentul "Id" se inchide pe circuitul "T3-C3-C1-D1-faza A-faza C-D2-T2" , cea ce determina descarcarea condensatoarelor . Etapa 1 dureaza un interval de timp "t1" , pana la deblocarea diodei D3.

Etapa a-2-a incepe in momentul deblocarii diodei D3 cand, intre punctele M si N se formeaza doua

circuite in paralele:

"M-C3-C1-D1-faza A-N" ;

"M-D3-faza B-N" .

Etapa se numeste de suprapunere a fazelor ,deoarece exista curent prin toate fazele sarcinii.

Curentul prin faza A ,fiind si curent de reincarcare a condensatoarelor , scade pana la anulare ,cand

dioda D1 se blocheaza .Etapa dureaza un timp "t2

Etapa a-3-a incepe in momentul anularii curentului prin faza A si dureaza pana la comanda tiristorului T4 . Aceasta etapa este similara celei anterioare comenzii tiristorului T3 ,respectiv , exista curent doar pe cele doua faze ale sarcinii , iar condensatoarele nu sunt parcurse de curent . Curentul "Id" se inchide pe circuitul "Ld-T3-faza B-faza C-D2-T2" .

Formele de unda aferente unei comutatii sunt prezentate in figura de mai jos:

t

i_B

i_{A t}

i_C;u_C

u_C

U_C(t₂

i_{C    t}

t₀

-U_C0 t₀ t₂

fig.2

2)Calculul marimilor caracteristice

Pentru a se evita conductia simultana a elementelor de pe aceeasi faza ,care ar provoca scurtcircuitarea circuitului intermediar ,fiecare element este astfel comandat incit sa conduca un interval de 2p/3 radiani intr-o perioada (fig.3).

Presupunand ca inductivitatea "Ld" are o valoare suficient de mare ,astfel incat pulsatiile curentului

redresat sa fie neglijabile , respectiv valoarea instantanee a curentului din circuitul intermediar (i_d) ,

sa poata fi aproximata cu valoarea medie (Id) ,forma de unda a curentului de sarcina va fi dreptunghiulara , de amplitudine Id si de durate 2p/3 radiani (fig.3).

Astfel , considerand faza A , exista urmatoarele intervale de functionare :

, pentru care T1 este in conductie ,deci

, pentru care T1 si T4 sunt blocate ,deci

, pentru care T4 este in conductie ,deci

comanda p 2p p 2p

P

T1 T3 T5 T1 T3 T5 T1

wt

comanda

N

T6 T2 T4 T6 T2 T4 T6 T2

wt

i_A

I_d

T1 T1 T1 wt

T4 T4

-I_d

fig.3

Pe baza formei de unda a curentului de faza (fig.3) , se pot determina marimile caracteristice , necesare dimensionarii invertorului.

a)Valoarea nominala a curentului din circuitul intermediar:

b) Valoarea medie a curentului prin element :

c)Valoarea eficace a curentului prin element:

d)Valoarea eficace a curentului printr-o faza a sarcinii:

e)Valoarea eficace a armonicii fundamentale a curentului prin sarcina:

3)Alegerea si verificarea la incalzire a tiristoarelor

Conditiile care se impun pentru alegerea tiristoarelor sunt :

pentru racire fortata;

pentru racire naturala.

Deoarece se alege folosirea unor tiristoare cu racire fortata ,adica , atunci se obtine:

Din calculele de mai sus rezulta ca tiristorul care se alege este "T100N" .

tensiunea maxima pe tiristor in stare blocata.

tensiunea la condensator.

Deoarece

Tabel cu date caracteristice ale tiristorului "T80N"

Verificarea la incalzire in regim stationar

Se alege o capsula tip "B27" . Verificarea la incalzire se face tinand cont de urmatoarea relatie:

; pierderi totale ;

; pierderi in conductie.

Pierderile in conductie se determina grafic din monograma curentului mediu limita (fig4.) :

Deoarece :

Din cele trei relatii de mai sus se pot

determina pierderile in conductie ca

fiind :

Deoarece :

stiind ca :;

;

;

putem determina rezistenta termica , capsula-ambiant.

Rezistentei termice capsula-ambiant , de valoare (se alege de valoare mai mica) , ii corespunde lungimea L=275mm conform fig.5.

R_thc-a

[^oC/W]

0,4

0,2 L[mm]

0 50 100 150 200 250 300 350 400

fig.5

Pentru capsula de tip "B27" , rezistenta termica capsula-radiator este :

Verificarea la incalzire in regim intermitent

Δi_{d max}=pulsatiile maxime admise

i_{d max}£ i_{d adm}

Δi_{d adm}= (5/100) I_dn = (5/100) 244 => Δi_{d adm}= 12,24 =>L_t1

In regim intermitent intervine curentul de suprasarcina .

Verificarea la incalzire se face tinind cont de urmatoarea relatie :

Pierderile in conductie se determina grafic din fig.6 ,ca fiind:

80

60

40

20

0 40 60 80 100 120 140

fig.6