UNIVERSITATEA POLITEHNICA DIN BUCURESTI

PROIECT

PROIECTAREA UNUIREDRESOR TRIFAZAT IN PUNTE

NECOMANDAT

Student: PANCIU MUGUREL MIHAI Facultatea de Inginerie Electrica

Anul II, Grupa 121A

Profesor indrumator: CRISTIAN MIHALACHE

CUPRINS

● Etape de proiectare .............................................................................. 3

● Tema de proiect ................................................................................... 4

● Datele de proiectare ............................................................................. 6

● Alegerea diodelor semiconductoare de putere ..................................... 6 - Alegerea diodelor ………………………………………………... 6 - Alegerea sistemului de racire ......................................................... 7 - Verificarea diodei din punct de vedere termic ................................ 8

● Calculul protectiilor la suprasarcina, scurtcircuit si supratensiuni .................................................................................. 8 > Calculul protectiilor la scurtcircuit si suprasarcina ........................ 8

- Stabilirea tensiunii nomnale a sigurantei (Un) ........................ 9 - Stabilirea curentului nominal al sigurantei .............................. 9 - Verificarea sigurantei la suprasarcina de scurta durata ........... 9 - Verificarea protectiei diodei la scurtcircuit ........................... 10

> Calculul protectiei impotriva supratensiunilor care apar in momentul comutatiei diodelor ........................... 11

2

ETAPE DE PROIECTARE

1. Alegerea diodelor semiconductoare de putere

a) Alegerea diodelor b) Alegerea sistemului de racire c) Verificarea diodei din punct de vedere termic

2. Calculul protectiilor la suprasarcina, scurtcircuit si supratensiuni

2.1. Calculul protectiilor la scurtcircuit sisuprasarcina a) Stabilirea tensiunii nomnale a sigurantei (Un) b) Stabilirea curentului nominal al sigurantei c) Verificarea sigurantei la suprasarcina de scurta durata d) Verificarea protectiei diodei la scurtcircuit

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

3

TEMA DE PROIECT

Tema proiectului consta in proiectarea unui redresor trifazat in punte necomandat (cu diode de siliciu).

Partea de forta a redresorului trifazar in punte

► Principiul de functionare al redresorului

Primarul transformatorului poate fi conectat in stea sau triunghi. Sarcina redresorului este rezistiv-inductiva.

Diodele conduc doua cate doua, pe rand, in functie de variatia tensiunilor din secundar. In orice moment, dintre diodele grupului de comutarie P (D1, D3, D5) va conduce dioda care are anodul cel mai pozitiv, iar dintre diodele grupului N (D 2, D4, D6) va conduce dioda care are catodul cel mai negativ. Tensiunea redresata ud este egalacu diferenta dintre potrentialul anodului si respectiv potentialul catodului diodelor care conduc, adica diferenta dintre infasuratoarele alternantelor positiva si respectiv negativa ale sistemului trifazat de tensiuni din secundarul transformatorului (u10, u20, u30). Fiecare dioda conduce unn intervalk egal cu o treime dintr-o perioada a tensiunii retelei si este supusa pe durata blocarii la o tensiune inverse maxima uRmax.

4

Formele de unda caracteristica functionarii redresorului trifazat in punte

5

DATELE DE PROIECTARE

● N=20● Udn =(90+n*100)=900+1600=2400 V● Idn =(960+n*40)=960+640=1300 A● f=50 Hz● Conditii de suprasarcina 400 % timp de 1 min 200 % timp de ore● TA=40˚C● IP=5 kA● LS=375 μH

1. Alegerea diodelor semiconductoare de putere

a) Alegerea diodelor

Se face astfel incat sa nu fie depasiti doi parametri:● tensiunea inversa repetitiva maxima VRRM;● 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 VRM 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 VRRM si :

cu

Unde coeficientul 1.1 tine seama de faptul ca se admit variatii ale tensiunii intre 85% si 110%. Coeficientul = 1.5 … 2.5 este un coeficient de siguranta si se

6

considera 2 in cazul aceasta (presupunem cunoasterea naturii si amplitudinii supratensiunilor).

Unde ci = 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 si cs’=0.6

Consultand catalogul “Diode cu siliciu” al SC Baneasa SA se aleg 3 diode de tip D630N, cu si VRRM=5557,88V ce se vor monta in serie.

b) Alegerea sistemului de racire

Din catalog (Anexa 1) se noteaza marimile caracteristice diodei:- rezistenta dinamica rT=0.6mΩ ;- tensiunea de prag VT0 = 0.82V.

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

Alegem un radiator cu urmatoarele caracteristici:

L = 150 mm RthJC=0.045 RthCA=0.1

c) Verificarea diodei din punct de vedere termic

7

Valoarea din catalog TCmax = 125 °C este mai mare decat TC din care rezulta un regim termic adecvat.

2. Calculul protectiilor la suprasarcina, scurtcircuit si supratensiuni

2.1. Calculul protectiilor la scurtcircuit si suprasarcina

a) Stabilirea tensiunii nomnale a sigurantei (Un)

Date nominale:

> tensiunea la bornele instalatiei Un instal = 400V,> curentul mediu redresat, nominal > conditii de suprasarcina clasa F (conditii grele, conform C.E.I.)

- suprasarcina de 150% timp de 2 h (Isupr 1 ) cu valoarea medie

- suprasarcina de 300% timp de 1 min (Isupr 2 ) cu valoarea medie

> frecventa de lucru f = 50 Hz.

> tensiunea inversa de varf, maxim admisibila la bornele circuitului

> inductivitatea totala a circuitului exterior: Ls=375 μH > curentul prezumat de scurtcircuit: Ip=4.75 KA

Pentru alegerea diodei in curent si tensiune folosim relatiile:

In urma consultarii catalogului alegem diodele D1300N1400 ce au:- VRRM>1128V cu valoarea 1300V ;- IFAVM>1220A respectiv 1400V.

8

-Tensiunea nominala a sigurantei trebuie sa fie mai mare sau egala cu tensiunea

dintre ornele intre care este conectata (Uninstal). Un > Un instal

Un sig=500V

b) Stabilirea curentului nominal al sigurantei

Curentul nominal al sigurantei se alege in functie de valoarea efectiva a curentului de suprasarcina de lunga durata (Isupr 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 IDs va fi:

unde: αs = coeficient de suprasarcina; αs=1.5np = 1 ,numarul de sigurante in paralel, conectate in serie cu diodacs = coeficient care tine seama de neuniformitatea repartitiei curentilor

prin sigurantele in paralel (daca este cazul). Se alege cs=0.6 … 0.9-consideram np*cs=1

Se alege curentul nominal al sigurantei:In > IDs

Cu: Un=500V si In=1000A alese din catalog.

c) 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 (Isupr 2) va fi:

unde: - coeficient de suprasarcina de scurta durata

Idsd - valoarea efectiva a curentului de suprasarcina de scurta durata

Calculam raportul:Din caracteristaica t=f(γ) data in catalogul de sigurante, rezulta tp (timpul de

prearc) care verifica conditiatp>tsd ,unde tsd = durata suprasarcinii de scurta durata; pentru

conditiile de suprasarcina de tip F, tsd = 1 min.tprearc=500s > 60s

d) Verificarea protectiei diodei la scurtcircuit

9

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

1. Curentul limitat de catre siguranta Il sa fie mai mic decat curentul direct de suprasarcina accidentala la cald al diodei (IFSM = Surge Forward Maximum Current)

Il<IFSM

cu datele din catalog pentru dioda aleasa avem: 12KA < 17 KA relatia verificandu-se.Din caracteristicile de limitate ale sigurantei –fig.5- am ales Il=Ic=12KA .

2. 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

0.8*1.1*106 A*s < 2000*103 A*s (A)

3. Verificarea la tensiunea de arc

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

UA<VRRM dioda

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

2.2. 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.

10

Supratensiunile de comutatie apar periodic la blocarea diodelor datorita energiei inmaganizate in inductivitatile din circuit. Ele pot depasi VRRM , dar in general, nu au energie mare. De regula, tensiunea nominala a condensatorului trebuie sa fie cel putin egala cu VRRM, 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: Qs=sarcina staocata la jonctiunea diodeiLs=inductivitatea totala a circuitului exterior diodeiVRM=tensiunea inversa maxima care apare la bornele diodei.

Sarcina stocata Qs=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:

PR=2 Qs VRM f 10-6 [W]PR=2*750*10-6*564*50=42.3W => PR= 50W

BIBLIOGRAFIE

11

1. F. Ionescu, S. Nitu, D Floricau, ‘Dispozitive semiconductoare de putere’, Editura Tempus, Bucuresti, 1997

2. F. Ionescu, S. Nitu, D. Flondor C. Mihalache, ‘Convertoare Statice de putere‘, Editura Tempus, Bucuresti, 1997

3. F. Ionscu, ‘Convertoare statice de putere’. Note de curs

4. Dan P.A. : ‘Diode cu siliciu’, Catalog, Editura Tehnica, Bucuresti, 1986

5. Catalogu “Diode cu siliciu” al SC Baneasa SA

12