CALCULUL REDRESORULUI COMANDAT

3.1. Calculul transformatorului de intrare

- curentul continuu absorbit de invertor

unde: S_n - puterea aparenta nominala

curentul de iesire al

redresorului

- curentul alternativ de la intrarea redresorului

- tensiunea din secundarul transformatoru-

lui de alimentare a redresorului

- tensiunea redresata în gol

unde: p = 6 la puntea trifazata

- puterea de tip a transformatorului de

alimentare a redresorului pentru puntea trifazata

Datele de calcul necesare pentru transformator

q       Tensiunea de alimentare: U_primar = 3×400V

q       Tensiunea din secundar: U_sec = 3×241V

q       Puterea aparenta: S_T = 9 kVA

q       Grupa de conexiuni: Δ/Y 11

q       Tensiunea de scurtcircuit: u_sc=5%

3.2. Alegerea tiristoarelor din redresor

Tiristoarele se aleg în functie de curentul mediu ITAV si de tensiunea inversa repetitiva U_RRM.

tensiunea inversa prin tiristor

c_I = 0,5 - coeficient de corectie

c_U = 2 - coeficient ce tine seama de supratensiuni

1,1 - coeficient care tine seama de tensiunea maxima de alimentare

Dupa efectuarea calculelor, s-a ales din catalogul firmei SEMIKRON modulul dublu de tiristor SKKT20/08E cu I_TAV = 20A si U_RRM = 800V.

Calculul termic al tiristoarelor

a)    Calculul puterii disipate in semiconductor

unde: V_T0 = 1V si r_T = 16mW

b)    Calculul rezistentei termice a radiatorului

unde: T_{j max} ≈ 125ºC - temperatura maxima a jonctiunii

T_a ≈ 40ºC - tempeartura mediului ambiant

ΔT_d ºC - supratemperatura (5.15ºC)

R_{th j-c} = rezistenta termica jonctiune - capsula

R_{th c-r} = rezistenta termica capsula - radiator

R_{th j-c} = 1,2 pentru un tiristor si R_{th j-c} = 0,6 pentru modul (din catalog)

R_{th c-r} = 0,2 pentru un tiristor si R_{th c-r} = 0,1 pentru modul (din catalog)

Pentru alegerea corecta a radiatorului trebuie ca R_{th r-a (radiator)} < R_{th r-a (tiristor)}

De aceea, se va alege din catalogul SEMIKRON radiatorul P15/180, care are R_{th r-a} = 0,75 pentru racire naturala si R_{th r-a} = 0,25 pentru racire fortata cu o viteza a aerului de 4.

<

Protectia la scurtcircuit

Se realizeaza cu sigurante ultrarapide care se monteaza la intrare.

Alegerea sigurantelor se face in functie de valoarea efectiva a curentului si de valoarea tensiunii din secundarul transformatorului.

I_n > I_ef ; U_n > U_sec

Conform I_n si U_n, se alege siguranta fuzibila ultrarapida tip SURB 00.80.25 cu suportul SURB 00.80 pentru I_n = 25 A si U_n = 660 V.

Verificarea alegererii corecte a sigurantei

q       Verificarea tensiunii de arc: U_arc < U_RRM

U_arc ≈ 600V < U_RRM = 800V - conditia este indeplinita

unde U_arc s-a ales din catalogul de sigurante.

q       Verificarea capacitatii de rupere: I_r > I_p

- curentul prezumat de scurtcircuit

I_r = 50kA > I_p = 392A - conditia este indeplinita

q       Determinarea timpului de ardere a sigurantei

Timpul de ardere a sigurantei se determina din catalogul de sigurante dupa caracteristica

q       Verificarea integralei Joule

(I²t)_sig - se determina din caracteristica , iar k₁ se determina din caracte-ristica k_I =f(U). Ambele caracteristici se afla in catalogul de sigurante.

(I²t)_T este dat de catalog pentru 10ms la T_{vj max} si are valoarea (I²t)_T = 390A²s

k₂ = f(t) , k₂ = 0,6 pentru t = 4ms

(I²t)_sig = 140A²s

k₁ = 0,15

(I²t)_sig·k₁ = 21A²s < (I²t)_T·k₂ = 234A²s - conditia este indeplinita

q       Verificarea curentului limita

I_TSM = 280A - din catalogul de tiristoare

k₃ = f(t), k₃ = 1,6 pentru t = 4ms

I_l = 420A

A < 448A - conditia este indeplinita

Protectia la a tiristoarelor

Se calculeaza inductivitatea de scapari a transformatorului

- panta de curent care se aplica tiristorului

- conditia este indeplinita

Protectia la supratensiuni a tiristoarelor

Se realizeaza cu grupuri RC montate pe fiecare tiristor.

Grupul RC poate fi dat de furnizor sau se face un calcul aproximativ.

mF

Se alege condensatorul de tipul MKP 1.44/B cu valoarea de 0,047μF/630V de la ARCOTRONICS.

- puterea disipata de R_p

P_ales = (3...4)P_calc = 4·0,41= 1,64W

Se alege rezistenta R_P de W/2W de tipul PK2 de la ARCOL.

4. CALCULUL FILTRULUI DIN CIRCUITUL INTERMEDIAR

Pentru calculul filtrului din circuitul intermediar s-a ales un filtru de tip Γ format din bobina L_f si condensatorul C_f.

Notam cu x = L_f^.C_f si admitem un factor de ondulatie a tensiunii de iesire din filtru: w = 10%.

Bobina se alege in gama 0,5...5mH → L_f = 1mH

Calculul condensatorului de filtrare

Vom alege bobina de filtrare cu valoarea de 1mH/25A si condensatorul de filtrare de tipul MKP1.44/A cu valoarea de 3300μF/350Vcc de la COMAR.

Calculul rezistentei de descarcare

Timpul de descarcare al condensatorului este t_desc = 3t_f ≈ 300s.

- elementul de descarcare pentru condensator

P = (3...4)P₇ = 4∙2,05 = 8,19W

Se alege rezistorul R₇ de tipul PK9 cu valoarea de 33kΩ/9W de la ARCOL.

5. CALCULUL INVERTORULUI

Calculul filtrului de armonici si a transformato-rului de adaptare

q       Calculul filtrului de armonici

- curentul de iesire

I_er = 0,8^.I_e = 12,17A - componenta rezistiva a curentului de iesire

I_sec ≈ 1,1^.I_e ≈ 16,74A - curentul din secundarul tranformatorului de adaptare

- curentul prin bateria de condensatoare din

filtrul de armonici

mF bateria de condensatoare din filtrul de armonici

Vom alege bateria formata din condensatoare de tipul ELP 340/450 220, cu valoarea de mF/400V de la COMAR.

q       Calculul transformatorului de adaptare

unde: ΔU_bfa ≈ (10...15V) - caderea de tensiune pe bobina de filtrare armonici

ΔU_tr ≈ 5V - caderea de tensiune pe doua tranzistoare IGBT aflate in conductie

Datele de proiectare pentru transformatorul de adaptare sunt:

U_pr = 115V

U_sec = 230V

S_tr ≈ (1.25...1.4)S = 4,5kVA

Se va alege transformatorul T2 de 4,5kVA 120V/230V

q       Calculul bobinei de filtrare

Vom alege bobina de filtrare cu valoarea de 1,5mH/17A - 34A

Prima valoare a curentului se refera la valoarea curentului termic I_t = I_sec, iar a doua se refera la curentul de nesaturare la suprasarcina I_ss = 2I_sec.

Alegerea tranzistoarelor IGBT

Modulele IGBT se aleg in functie de curentul de colector I_C si tensiunea inver-sa U_ce. Trazistorul trebuie sa suporte curentul maxim (de suprasarcina) care trece prin dispozitiv.

unde: k = 1,1...1,2 - coeficient de siguranta pentru curent

U_ce = k_UTR∙U_{d max} = 2,2∙260 = 572V

unde: k_UTR = 2...2,5 - coeficient de siguranta pentru tensiune

Vom alege modulul IGBT SKM 100GB063D de la SEMIKRON cu I_c =130A si U_ce = 600V

Calculul termic al invertorului

P_d = P_dc + P_don + P_doff + P_dd - puterea disipata intr-un comutator (tranzistor - dioda)

unde: P_dc - pierderile prin comutatie

P_don - pierderile in comutatie la intrarea in conductie

P_doff - pierderile in comutatie la blocare

P_dd - pierderile in dioda de regim liber

U_{ce sat} - tensiunea de saturatie colector - emitor la curentul I_pr.

- se determina din caracteristica U_ce = f(I_c) avand ca parametru de comanda

tensiunea de comanda pe grila

P_d ≈ I_pr∙U_{ce sat}

U_{ce sat} ≈ 2,5V → P_d = 33,48 ∙2,5 = 83,7W

Calculul rezistentei termice a radiatorului

R_{th c-r} = 0,1 si R_{th j-c} = 0,27, - valori luate din catalogul tranzistorului

Radiatorul va trebui sa aiba R_{th r-a (radiator)} < R_{th r-a (tranzistor)}

Se va alege radiatorul P11/250, care are R_{th r-a} = 0,195 pentru racire naturala din catalogul SEMIKRON.

< - conditia este indeplinita

Protectia la scurtcircuit a tranzistoarelor IGBT

În aceste cazuri tranzistorul poate fi protejat prin blocarea rapida a curentului de scurtcircuit, înainte ca acesta sa ia valori catastrofale.

Tranzistoarele nu pot fi protejate la scurtcircuit cu sigurante ultrarapide, deoarece tranzistoarele s-ar distruge inaintea sigurantelor

Protectia se realizeaza prin monitorizarea tensiunii colector - emitor si bloca-rea impulsurilor de comanda a tranzistoarelor la cresterea inadmisibila a curentului prin tranzistor sau cresterea tensiunii de saturatie U_{ce sat}. Actionarea protectiei trebuie sa fie foarte rapida (10μs)

Protectia la supratensiune a tranzistoarelor IGBT

Protectia la supratensiune se poate realiza astfel:

prin minimizarea inductantelor parazite din circuit printr-un montaj lamelar al condensatoarelor electrolitice din filtrul intermediar

prin folosirea unor circuite de supresie - snubbere - care trebuie conectate cu terminalele cat mai scurte, formate din condensatoare montate chiar pe modul intre borna pozitiva si cea negativa. Retelele de supresie au si functii de minimi-zare a pierderilor in comutatie ale tranzistoarelor si de mentinere a punctului de functionare in interiorul domeniului de siguranta.

Conensatorul C_S se va alege in functie de curentul care parcurge modulul.

C_S ≈ 0,1...10μF   

Se alege condensatorul C_S de tipul MKP C.4BS cu valoarea de 1μF/630V

6. CALCULUL CONTACTORULUI STATIC

Alegerea tiristoarelor din componenta contactoru-lui static

Calculul curentului printr-un contactor static se poate aproxima cu curentul rezultat in cazul redresarii monofazate monoalternanta pe sarcina rezistiva.

- valoarea medie

- valoarea efectiva

unde: c_I = (0,3...0,9)

unde: c_U = 2 - coeficient ce tine seama de supratensiuni

SKKT 15/08E cu I_TAV = 15 A si U_RRM = 800V de la SEMIKRON.

Calculul termic al contactorului static

q       Calculul puterii disipate in semiconductor

unde: V_T0 = 1,1V si r_T = 20mW

q       Calculul rezistentei termice a radiatorului

unde: T_{j max} ≈ 125ºC - temperatura maxima a jonctiunii

T_a ≈ 40ºC - tempeartura mediului ambiant

ΔT_d ºC - supratemperatura (5.15ºC)

R_{th j-c} = rezistenta termica jonctiune - capsula

R_{th c-r} = rezistenta termica capsula - radiator

R_{th j-c} = 1,6 pentru un tiristor si R_{th j-c} = 0,8 pentru modul (din catalog)

R_{th c-r} = 0,2 pentru un tiristor si R_{th c-r} = 0,1 pentru modul (din catalog)

Pentru alegerea radiatorului trebuie ca R_{th r-a (radiator)} < R_{th r-a (tiristor)}

De aceea, se va alege din catalogul SEMIKRON radiatorul P5A/100, care are R_{th r-a} = 1,7 pentru racire naturala.

< - conditia este indeplinita

Calculul rezistentei de balast

Rolul acesteia este de a asigura un curent mai mare decat curentul de menti-nere, in stare de conductie, prin tiristoarele contactorului static.

I_H = 150mA - din catalogul tiristorului

P = (3.4 )P_d = 130W

Se alege rezistorul PE130 cu valoarea de 1,5kΩ/130W de la ARCOL.