Sheet1
1.TEMA PROIECTULUI:
Sa se proiecteze convertorul pentru alimentarea unui sistem de
actionare cu motor asincron trifazat avand urmatoarele date:
N =5 Puterea nominala Pn = 1 + NPn = 66000W Tensiunea nominala
Un = 180+10*NUn =230[V] Turatia nominala nN =1850-50*N nN =
1600[rot/min]Randamnetul N = 0,8 + 0.005* NN =0.825Puterea
statorica(puterea de excitatie) Pe = 0.1 * Pn Pe =0.6[KW] Reglarea
vitezei se face intre (0,11) nNse face la1600[rot/min]Tensiunea
statorica Ue = 220 V ( se considera ex. constanta)Ue =220[V] Cuplul
maxim(act reversibila) Mmax = 2* Mn [Nm]Mmax =71.6560509554[Nm]
Cuplul de mers in gol M0 = 0.1* Mn [Nm]M0 =3.5828025478[Nm]Se
considera urmatorul ciclu de functionaretp = tf = 1.5 sec Mp = Mf =
MmaxMp = Mf = Mmax =71.6560509554[Nm]Ts =40[sec]Cuplu statoric
(cuplu de sarcina) Ms = 1.6 * MnMs = 57.3248407643[Nm]Tensiunea
retelei de alimentare 3* 400/ 230 [V] ; frecventa f =50 [Hz]MCuplul
nominal la arbore Mn = Pn /N Mn =35.8280254777[Nm] Viteza
unghiulara nominala N = (pi/ 30) *nNN =167.4666666667[rad/sec]
=3.14Tensiunea retelei de alim este 3 X 400 V / 230 v frecventa =
50 Hz
t
tp ts ts tf t
11. Momentul de iesire total al actionarii J = 0,03 + 0.065*N
[Kgm2]J =0.055[Kgm2]
2.CALCULUL DATELOR PRINCIPALE
2.2 DATELE PRINCIPALE :
Puterea nominala absorbita de motor P1 = Pn / NP1
=7272.72727272737272.7272727273[W] Curentul nominal absorbit de
motor Ian = P1/UnIan =31.6205533597[A]999.8593947726Pierderile de
putere de putere Pn = P1 -Pn [W]Pn =1272.7272727273Pierderile de
putere nominale variabile Pvn = Pn/ (1+y) [W]unde y = coef de
corec.valori mai mici pentru mot cu viteze miciy = intre 1 si 1,51
Pvn = 636.3636363636[W]Rezistenta infasurarii rotorice Ra =
Pvn/(Ian)^2Ra =0.636453125[]Constanta masinii Kf =(Un-(Ra*Ian))/
NKf =1.2532344745Inductivitatea infasurarii rotorice La =
*(Ra/(p*N)La =0.0006080762P = 2 = 0.26 --- 0.32 ptr masina cu exc
separata compensata = 0.32 --- 0.42 ptr masina cu excit sep fara
infasurare de compensare = 0.42 -- 0.62 ptr mas fara infasurare de
compensare si cu exci in paral sau in serieCuplul electromagnetic
nominal M = Kf * Ian [Nm]M = 39.6279675738[Nm]Curentul maxim Iam =
Ian *( Mmax / Mn )Iam =63.2411067194[A]Curentul de sarcina Ias =
1,6 * Ian [A]Ias =50.5928853755[A]a Constanta de timp electrica =
La / Ra [sec]a = 0.000955414[sec]
Din ipoteza se stie ca,daca Pn < 10 Kw se va folosi redresor
monofazat cu tensiunea din primar egala cu 230 VPn [10, 30 ]Kw se
va folosi redresor monofazat cu tensiunea din primar egala cu 400
VPn > 30 Kw se va folosi redresor trifazat cu tensiunea din
primar egala cu 400 V
3.CALCULUL REDRESORULUI SI AL FILTRULUI
ALEGEREA TRANSFORMATORULUI5% reprezinta pierderile pe cabluri
Tensiunea de pronire Vd1 = 1,05 * UnVd1 =241.5[V]Caderea de
tensiune datorata timpului mort Vd1 = 0,01 * Vd1Vd1 =2.415Cad. de
ten pe tranzit chop. Vd2 = [2*(2,53,5)]+Vd1 +Vd1Vd2
=248.915[V]Caderea de tensiune pe filtru Vd3 = 1,02 * Vd2Vd3
=253.8933[V]Caderea de tens react dat comutatiei V = 0,03 * Vd3V
=7.616799[V]V dioda caderea de tens pe diodele redrs.=1,8 *
2Vdioda=3.6[V]Tens. generata de redresor Vd = Vd3 + V dioda + V Vd
=265.110099[V]Tens. din secundarul transf Us = Vd / ( 0,9 * 0,95
)Us = 310.0702912281[V]TRANSFORMATORUL DE ALIMENTAREPuterea totala
aparenta Pd = Vd * IasPd =13412.6848505929[W]Puterea transf de
alimentare St = 1,1 * Pd in cazul particular al redresorului
monofazat rotunjit la valoarea STASSt =
14888.080184158122000[VA]Rap. de transformare Kt = Up / UsUp <
10 KW230Kt =0.7417672912Inductivitatea de dispersie a transf L = /
(2**Iam )* V L =0.0006022032[H]L =0.0000006022[mH]L =2.00E-04 = 2*
* f =314[rad/sec]Curentul de sarcina prin secundarul transf Isn =
St / UsIsn = 70.9516539391[A]Tensiunea de scurtcircuit Uk = * L *
IsnUk [%]1.4370173452[V]4.46E+001.4370173452
Verif unghiului de comut 1-cos =((2* *L)/(2*Us))*Iam1-cos
=0.0181139826cos =0.9818860174 =14,177 grade =14 gradeCALCULUL
REDRESORULUI.
ALEGEREA DIODELOR.IN CURENTAlegerea consta in adoptarea unei
diode cu un curent nominal I FavM in functie de curentul nominal
Ias al convertorului.Pentru un convertor ca- cc cu comutatie de la
retea se calculeaza curentul mediu prin dioda Ifav Kd = 1/2 reprez
cit % dintr-o perioda conduceKd =0.5Kn = 1 si reprz coef de repart
a curentului prin diodele in paralelKn =1n = 1 si rep nr de diode
in paralel ( n mari se pun la curenti mari)n =1I Fav =( Kd/Kn *
n)*Ias I Fav =25.2964426877Ks = coef de supradimensionare=
1,1..1,8Ks =1.8I FavM Ks * I FavI FavM 45.5335968379
IN TENSIUNEAlegerea consta in stabilirea tensiunii inverse
repetitive maxime VRRMKv este coeficientul ce are in vedere
supratensiunea de comutatie si se alege intre (0.5 si 2)apare in
proc de blocare si eficienta a circ de protect.la supratens
interneKv =2VRM = 2 * Us pentru redresoarele monofazateVRM
=438.5056111437[V]VRRM 1.05 * Kv * VRMVRRM =920.8617834018[V]La
alegerea diodei din catalog se tine cont de perechea I FavM si
VRRM
VERIFICAREA TERMICA A DIODELOR IN REGIM TERMIC STATIONAR
Pentru orice dioda se indica temperatura max admisibila a
jonctiunii TjM.Pastrarea integritatii diodei in orice regim de
functionare implica nedepasirea acestei temepraturi.Temperatura la
un moment dat a unei diode este determinata de mai multi
factori.(sursa care produce caldura rep.de pierderile de putere
datorita curentului in sens direct sau invers si caldura produsa de
pierd.de putere care se indreapta in doua directii.O parte se
imagazineaza in dioda(structura),capsula si radiator si o alta
parte se transmite catre mediul inconjurator.Caldura
imagazinatadepinde de structura diodei .Se va intocmi o schema
echivalenta termica unde rez termice sunt echiv cu rez
electrice,puterea disipata prin curent electr,temp prin tensiunisi
potentiale electrice.
DATE ALESE DIN CATALOGDIODA TIP IRRE 235
In incaperile climatizate Ta = [grade]20grade40gradeRthjc =
rezist termica jonctiune -capsula ( din CATALOG )Rthjc
=0.17[K/W]Rthcs = rezistenta termica capsul radiator (din
CATALOG)Rthcs =0.035[K/W]P Fav = puterea disipata in jonctiune se
calc in functie de Ifav, ,P Fav =20P Favs = puterea disipata in
jonctiune se calc in functie de Ifav, ,P Favs =50 = durata de
conductie = 180 = tipul impulsului sinusoidalgreutateaWt =500grameR
se alege din tabel in functie de tipul impulsului ,si de ptr. 180
grd.R =0.016V ins =3000[V]IRRM =35[mA]VFM =1.26r.t1 =0.64r.t2
=0.49VF(to)1 =0.79VF(to)2 =0.92I^2 t =214[KA^2S]I^2 t
=2140[KA^2S]IFsM =6540[A]IF(RmS) =392[A]T =4 to 6Verificarea la
suprasarcina se face la tp = tf = 1.5 sec si la ts = 40 secConditia
impusa este ca Iam sa fie mai mare decit IasIam =63.2411067194AIas
=50.5928853755AConditie indeplinitaSe calculeaza diferenta de
putere P = P Favs - P FavP = 30Se calculeaza cresterea de
temepratura datorata reg. de suprasarcina Ps = P* Zth Z th =
impedanta termica a diodei si Zth se alege in functie de tp, tf Zth
=0.15stiind ca tp = tf = 1.5 (scara logaritmica)Cresterea de
temepratura datorata reg. de suprasarcina Ps = P* ZthPs = 4.5se
calculeaza Tj care reprezinta temepratura in jonctiune si se
determina cu relatia:Tj = Ta + P Fav * ( Rthjc + Rthcs + R'thRA + R
)Tj =162.04R'thRA ((Tj max -Ta)/(P Fav))-(Rthjc-Rthcs - R)R'thRA
=6.881Tj max = temp max la care rez.dioda si este data de catalog
Tj max =160gradeTa = 20 grade ptr. incaperile climatizate si 40 de
grade neclimatizateTa =20R din tabel in functie de forma impulsului
,si de durata si ptr. 180 gradeR =0.016se face verificarea Tj + Ps
Tj max.si rezulta Tj + Ps =166.54Tj max =160conditie
indeplinita
ALEGEREA SIGURANTEIINCAZIREA IN REGIM DINAMIC
Regimul dinamic al incalzirii este caracterizat prin pierderi de
putere in dioda variailein timp inclusiv pe un ciclu de
functionare.Diferenta principala fata de regimul stationar consta
in faptul ca nu mai pot fi neglijate acumularile de caldura in
capacitatile termice ale ansamblului jonctiune - radiator ,cea mai
mare parte din caldura ramane in interiorul
semiconductorului.Schema echivalenta d.p.d.v termic a diode este in
fig urmatoare si provine prin adaugarea capacitatilor termice.
Cj = jonctiune, Cc = capsula , CR = radiator
S-a ales ptr dioda IRRE 235, din catalog urmatorul tip de
radiator
Se doreste reducerea armonicii la o valoare asfel incit 2V(2)' /
Vd = 0,02 Rezulta un coeficient de atenuare K.1 = 2V(2)' / 2V(2)' =
K.1 = 33.35Se va folosi un filtru LC a carui dimensionare se face
dupa relatia : p * Lf 2.5 * Rsrezultaconditie
indeplinita628131.0016700137Rs este rezistenta echivalenta a
sarcinii si se deteremina cu relatia Rs = Vd / IasRs =
5.2400668005p = * p si = 2 * * fp =628 =314rad/sp =2Din calcule a
rezultat Lf = (2.5 * Rs) / pLf =0.2086013854Cf = (10/Rs)/ pCf =
0.0030388099modificat la val0.199Calculul coeficientului de
atenuare 0 = 1 / Lf * C f 0 =4.9081165559Factorul de calitate Q = 0
* (Lf/ Rs)Q =0.1953868056
VERIFICARI p 0 6284.9081165559okk.1 ' = ((1-( p^2/ 0 ^2)^2)+
(Q*(p/ 0 ))^2k.1' =16370.5597941054CONDITIE INDEPLINITA k.1'
k.116370.559794105433.35
In curent Inf Ks * I F(RmS)Ks =1.1Inf 431.2unde IF(RmS) s-a luat
din tabelul diodei alese In tensiune UnF Us Unf =1000V
Valoarea din catalog fiind de 500 [A] si cea rezultata din
calcule fiind de 396 [A] rezulta ca si aceasta conditie este
indeplinitaSiguranta aleasa este : 500 A /1000 V tip
S2UQ1/110/500/1000 cod produs 004364126Verificarea sigurantei la
arc :U arc VRRMconditie OK 310.0702912281920.8617834018 stiind ca U
arc este tensiunea de arc a sigurantei fuzibile a carei valoare
este furnizata de fabricant in f de US si UNF U arc == Us / UNFU
arc =0.3100702912310.0702912281Verificarea la integrala de
curentK1* (I2t)F (I2t)DIODAcond OK175.75214 unde K1 este ales din
catalog in functie de US /UNF si = K.1 =0.95(I2t)F este integrala
de curent a fuzibilului ales din catalog sig.(I2t)F =185 (I2t)DIODA
este integral de curent a diodei ales din catalog dioda (I2t)D
=214Se calculeaza IK (curentul de scurtcircuit) = (Us/Uk)*IsnIK
=1.53E+04Dimensionarea filtrelorFilterele au ca scop reducerea
armonicilor de tensiune.Principala armonica este cea de ordin
2notata cu V(2) la redres monofazate si cu V(6) la redresoarele
trifazate.Valoarea fara filtru este( 2V(2))/Vd = 0,667 ptr. cazul
nostru particular.al redresorului folositCALCULUL CONVERTORULUI
PROPRIU-ZISVdi = este tensiunea de iesire ideala a redresoruluiIAS
= este curentul de sarcinaUN = este tensiunea nominala a
motoruluiComanda PWM bipolar , fc = 110 KhzVdi = este tensiunea de
iesire ideala a redresorului Vdi = VD 0 - V - VF - VDVdi =
2.70E+02269.77VD 0 = 0.9 * Us pentru redresoarele monofazate =VD 0
= 279.0632621053VV este caderea de tensiune reactiva in redresor
calculata la real si ptr. curentul IamLF0.023V =( 2/)**Iam*L ( ptr.
redres monofazate)V =2.53E+004.79CF0.0038OMEGA 0106.9656374601Se
calculeaza caderea de tens.pe filtru VF = 0,02* Vd2 VF =4.9783VSe
calculeaza caderea de tens.pe diode VD = 2*(0,91,4)VD
=2VQ0.4227164367RS5.82Alegerea tranzistorului se face : In tesniune
VCE >VdiOMEGA P628S-a ales urmatorul tranzistor
IRG4PSC71KDK133.5610495162KIMPUS33.35C5.8710443364care are
urmatoarele caracteristici :Tj max =175gradeTa =20gradeRthJC
=0.33grade /WRthCS =0.24grade /WRthRA (Tj max - Ta)/(P On +
Pc)RthRa 1.647756927si RthJC,RthCS Tj max ,Ta au aceleasi
semnificatii ca la diode.P On reprezinta pierderile de putere in
tranzistor la conductie de durataP On = VCEON * Ias * DP On =
93.7272725808D = durata de conectare relativa : D =
1/2((Un/Vdi)+1)D = 0.9262890611VCEON este caderea de tensiune pe
tranzistor Pc sunt pierderile in comutatie Pc = j * fcPc = 0.34Wj
reprezinta energia disipata in tranz ptr un ciclu de comWj
=0.034Wfc =10Se alege un radiator cu R'thRARthRAR'thRA0.63Tj = Ta +
(Pon+Pc)*(RthJC+RthCs+R'ThRA) Tj maxTj =132.8807270969LS50I
063.24110671943999.4375790904V CC269.77V
CM600CP1.8337320608UM241.5
DELTA
V=13.4885MF=6.1404444444PF=428.319762963PFM=214.1598814815IAF=2.0408327002MFM=2.5576418967RF=132.1862394542PRF>=7.4706935401tC=43
IA03.162055336OMEGA
ZERO16.7466666667E020.9875U023D00.5426289061TC0.1Ton0.0542628906EN209.875un230DN0.9262890611t''on0.0926289061IAB0.6324110672Ifm1.272846214VCE262.4035
Sheet2A) Tensiunea redresata fara a tine seama de caderea de
tensiune din inverter:Vd'' = Uf / 0.353 * mAmA =0.9Uf = 230[V]mA =
modulatia in amplitudineVd'' = 723.9534151715[V]K = 1.04 coeficient
care tine cont de caderile de tens (pe cablele motoruluipe
tranzitoare si de cele datorate timpului mort)K = 1.04VF = caderea
de tensiune pe filtru; VF = 0.02 * Vd''VF =14.4790683034[V]B)
Tensiunea redresata Vd' = Vd'' * K + VFVd ' =
767.3906200818[V]Caderea de tensiune reactiva ;V gama = 0.03 * Vd'V
gama = 23.0217186025[V]Caderea de tensiune pe diodeV diode
=3.6[v]C) Tensiunea reala afectata de comutatie la iesirea
redresorului Vd = Vd' + V gama + V diodeVd = 794.0123386843[V]D)
Curentul din circuitul intermediar Id = InId =31.6205533597[A]E)
Curentul maxim din circuitul intermediar Ids = Is Ids =0[A]F)
Puterea din circuitul intermediar Pd = Vd * IdPd
=25107.10952361425.1071095236[KW]G) Tensiunea din secundar Ud = 0.9
* Up ; Up = 0.95* Us ; Us = Vd / 0.9*0.95Us = 928.6694019699aprox =
929[V]H) Factorul de transformare K = Up / UsK = 0.4305705059Up
=400[V]Un =400[V]I ) Puterea transformatorului St = 1,11 * PdSt =
27.8688915712[KVA]27868.8915712116[W]Inductivitatea de dispersie
Idm = 3 * InIdm = 94.8616600791 = 2*pi *f =314frecventa = f
=50[Hz]J) Inductivitatea de dispersie monofazat L = (pi/2**Idm)*V
gama L =0.0012134364[H]aprox =1.213436418[mH] L =0.0005[mH]K)
Curentul nominal din secundarul transformatorului IsN = St / UsIsN
= 29.9988068581aprox 29.9988068581[A]L) Tensiunea de scurt circuit
Uk = * L * IsNUk =4.7098126767aprox =4.7098126767M) Verificarea
unghiului de comutatie 1-cos = ((2 * * L)/rad 2 * Us)*Idm1-cos
=0.0226800618cos =0.9773199382 =15.02 grade aprox15
3.CALCULUL REDRESORULUI SI AL FILTRULUI
3.1 CALCULUL REDRESORULUI
A) ALEGEREA DIODELORIN CURENT
Curentul mediu pe o perioada IFav = (Id * Kc)/Kn*n [A]IFav =
15.8102766798[A]n = numarul de diode aflate in paraleln = 1Kn =
coef ce tine cont de repartizarea inegala a curentului prin diodeKn
= 1Kc = coef tine cont de sch. red ,arata cit dintr-o per.cond o
dioda180gradeKc monof 0.5120gradeKc trifaz0.33Curentul dir. mediu
-maxim suportat pe o perioada IFavM Ks* IFavIFavM =
17.3913043478[A]Ks = coeficient de supradimensionarese alege val
{1.1 .1.8}Ks = 1.1
IN TENSIUNE
Tensiunea inversa de virf repetitiva VRRM 1.05 * Kv * VrM
[V]VRRM 2069.2419291252[V]monofazatVrM = rad(2)*Us =VrM =
1313.8043994446trifazat VrM = rad(2)*rad(3)*Us =VrM =
2275.5759710456Kv = coef ce tine cont de suprat de comutatie Kv si
se alege intre{1.5 ..si 2.5}Kv = 1.5
TjMAX = temp max la care rez.dioda 150Tj = temperatura in
jonctiuneTstg =-40 150 gradeIN REGIM STATIONAR
Pentru verificare trebuie indeplinita conditia Tj = Ta + P
Fav*(Rthjc + Rthcs + R'thRA + R) TjMAXTj =24.42R'thRA (TjMAX -Ta)/P
Fav-(Rthjc-Rthcs - R)R'thRA =6.5389064936DATE ALESE DIN
CATALOGDIODA TIP IRRE 235
In incaperile climatizate Ta = [grade]20grade40gradeRthjc =
rezist termica jonctiune -capsula ( din CATALOG )Rthjc
=0.17[K/W]Rthcs = rezistenta termica capsul radiator (din
CATALOG)Rthcs =0.035[K/W]P Fav = puterea disipata in jonctiune se
calc in functie de Ifav, ,P Fav =20[w]P Favs = puterea disipata in
jonctiune se calc in functie de Ifav, ,P Favs =50[w] = durata de
conductie = 180monof = tipul impulsului sinusoidalgreutateaWt
=500grameR se alege din tabel in functie de tipul impulsului ,si de
ptr. 180 gradeR =0.016V ins =3000[V]IRRM =35[mA]VFM =1.26r.t1
=0.64r.t2 =0.49VF(to)1 =0.79VF(to)2 =0.92I^2 t =214[KA^2S]I^2 t
=2140[KA^2S]IFsM =6540[A]IF(RmS) =360[A]T =4 to 6
Se face pentru curentul Idm > Idtf = tp = 1[sec]Kd =0.5IFaVs
= curentul mediu pe o peri. la suprasarcina = (Kd*Idm)/Kn*nIFaVs
=47.4308300395[A]P = P FavS - P FavP =30Armonica de rang 2 ptr.
Redresor monofazat se noteaza cu 2 V(2)' =0.667Tinta este sa
atingem valoarea lui 2 V ptr redresorul cu 2 pulsuri (2)' =
0.02Coeficientul de aten. K1 = 2 Vptr red(2) /2 Vptr redr val
tinta(2)' K1 = 33.35Dimensionarea preliminara a filtrului P * L f
2.5* RsP * L F 62.7766005272L F 0.0999627397Dimensionarea
preliminara a filtrului P * C f 2.5* RsP * C f 0.3982375565C f
0.0006341362unde P = P * P = 628P^2 = 39438410/Rs =0.3982375565P
=2Rs * 2.5 =62.7766005272 =314Rezistenta echivalenta a sarcinii Rs
= Vd / IdRs = 25.1106402109Calculul coeficientului de atenuare K1 '
= (1-(P^2/0^2)^2 + (Q*(P/0))^2K1 ' =24.129857024Pulsatia de
rezonanta a filtrului 0 = 1 / Lf * C f 0 =125.60
^2=15775.36Factorul de calitate Q = 0 * (L f /Rs)Q =0.5evitare
fenomen de rezonanta5Z th = impedanta termica a diodei Z th = in
functie de tp, tf Fig Termal Zth =0.1Se calculeaza cresterea de
temperatura Ts = P * Z th Ts =3Se verifica daca Tj + Ts
TjMAX27.42
Sheet3