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