Calculul convertorului

Calculul convertorului

In indus : doua redresoare trifazate cu nul : 2 RdTP

In excitatie : un chopper cu varianta de stingere D

Reglarea tensiunii indusului se realizeaza cu :

-doua convertoare cu comutatie de la retea de 2 cadrane , tip redresor-invertor trifazat in punte ;

Reglarea fluxului de excitatie se realizeaza cu :

-un variator de tensiune continua cu pulsuri unipolare , cu chopper varianta de stingere D ;

Sistemul convertor-M.CURENT CONTINUU va functiona in 4 cadrane prin inversarea curentului in indus .

Schema desfasurata de forta a redresorului din indus :

Calculul rezistentelor suplimentare si a tensiunii de scurtcircuit la transformator :

Rezistenta unei faze a transformatorului :

-valoare procentuala :

1.78     %

-valoarea absoluta :

0.845 W

Tensiunea de scurtcircuit la transformator :

3.98 %

Rezistenta bobinei de netezire a curentului motorului de CURENT CONTINUU :

-in indus :         -valoarea procentuala : 3,1 %

-valoarea absoluta : 1.472W

-in excitatie : -valoarea procentuala : 5,8 %

-valoarea absoluta :     MASINA DE CURENT CONTINUU755 W

Rezistenta sursei de CURENT CONTINUU care alimenteaza VTC-ul din excitatie :

3,16     %

-pentru indus : 1.548 W

-pentru excitatie :        6.86  W

Alegerea tiristoarelor si diodelor:

Alegerea tiristoarelor se face pornind de la curentul mediu maxim al tiristorului ( din catalog )

unde reprezinta numarul pulsurilor pe perioada a tensiunii . Pentru redresorul trifazat in punte 6.

in indus : , rezulta ca :

3.027 A

se alege din catalog tiristorul T 6 N 50…500 .

Datele tiristorului :

-curentul mediu in stare de conductie : 6 A

-temperatura             45 C

-viteza critica de crestere a curentului in stare de conductie : 50 A/ms

-viteza critica de crestere a tensiunii de blocare : 50  V/ms

Capacitatea de blocare a dispozitivului este exprimata prin parametrii -tensiunea de varf repetitiva in stare blocata si - tensiunea inversa de varf repetitiva . Acesti parametrii sunt alesi astfel incat tiristorul sa suporte atat tensiunile repetitive de blocare cat si tensiunile tranzitorii de varf , accidentale.

Coeficientul de siguranta : .

-durata de polarizare inversa     50 ms

-tensiunea de prag in stare de conductie 1.5 V

-tensiunea maxima inversa pe tiristor V_DRM=V_RRM=50…500 V

Calculul paramatrilor de conductie ai dispozitivului semiconductor :

Dupa ce s-a ales tiristorul la clasa de curent , se copiaza din catalog graficele care arata caracteristicile de conductie tipica , limita pentru tiristorul ales , . Se alege un punct arbitrar 'x' intre cele doua curbe si se noteaza valorile si ;

Se calculeaza rezistenta dinamica a tiristorului :

                         

24    mW

Calculul tensiunii ideale maxime redresate si a unghiului de comanda nominal

Schema echivalenta in CURENT CONTINUU cu date :

									Rm
							Um
			Udg
					Ue

Trans    forma tor

Filtru

Masina de c.c.

valoarea medie a tensiunii redresate ideale

rezistenta fictiva de comutatie

rezistenta unei faze a transformatorului

nr. secundarelor parcurse de curentul redresat intr o etapa de functionare ideala

rezistenta statica a tiristorului, in cazul in care este bine netezit

caderea de tensiune pe tiristor cand este parcurs de curentul

rezistenta dinamica a tiristorului

-variatiile in jurul punctului, determinat de domeniul de variatie al

curentului

numarul tiristoarelor in serie cu sarcina intr-o etapa de functionare ideala a convertorului:

tensiunea de prag in stare de conductie

valoarea medie a tensiunii redresate luand in considerare fenomenul de suprapunere anodica

Valoarea medie a tensiunii redresate

caderea de tensiune datorita comutatiei

caderea de tensiune pe rezistenta transformatorului:

caderea de tensiune pe tiristoare

tensiunea de prag in stare de conductie

Tensiunea medie pe masina la bornele indusului

rezistentele suplimentare (exterioare) in serie cu masina electrica

3.212 

Impunem ca la si sa obtinem punctul nominal de functionare

Artificii de calcul

Admitem temporar

=1 coeficient caracteristic convertorului monofazat in punte

436.658 V (supradimensionat)

0.952

MASINA DE CURENT CONTINUU6 Verificarea tensiunii inverse maxime pe tiristorul ales

, unde , si p=6 pentru convertorul trifazat in punte .

Amplitudinea tensiunii din secundarul transformatorului care alimenteaza convertorul

264.004V

Tensiunea maxima inversa pe tiristor :

457.268 V

Verificarea tensiunii inverse maxime :

500>U_Tmax

Din inegalitatea precedenta rezulta ca am ales tiristorul corect: T 6 N 500 .

MASINA DE CURENT CONTINUU7 Calculul datelor transformatorului

Tensiunea nominala in primarul transformatorului:

380 V

Tensiunea nominala in secundarul transformatorului:

U_sN = a U_d0 = 457.268 V

unde: =1.047

Raportul de transformare:

k_tr = U_pN /U_sN = 0.831 .

Curentii din primar si secundar :

I_pN 7.86 A  unde

I_sN = I_aN * k_tr=6.648 A

Rezistenta unei faze a transformatorului, raportata la primar:

0.584 W

Tensiunea de scurtcircuit a transformatorului

tensiunea de scurtcircuit activa:

0.02

tensiunea de scurtcircuit reactiva:

0.04

tensiunea de scurtcircuit totala:

0.045

Inductivitatea de scapari:

L_s 7.241 mH

Inductivitatea de scapari a transformatorului, raportata la primar:

L’_s 6.125 mH

Inductivitatea de scapari a transformatorului, raportata la secundar :

L”_s 8.869 mH

10. Puterea aparenta a transformatorului:

kVA

MASINA DE CURENT CONTINUU8 Calculul protectiei tiristoarelor

Protectia la supratensiuni inverse de comutatie

Se instaleaza in paralel cu fiecare tiristor cate un grup RC serie, pentru protectie la supratensiuni inverse pe tiristor.

Se instaleaza cate un grup RC serie intre fazele secundarului.

Calculul elementelor de protectie:

condensatorul de protectie:

C MASINA DE CURENT CONTINUU016 mF

I_0N = 0.093 A

U_invT = U_{T max} = 457.268V

rezistenta de protectie

R 3.79 W

puterea rezistentei:

P = 2 (U_ef 2 π f C)² R 10^-2 = 6MASINA DE CURENT CONTINUU07W

MASINA DE CURENT CONTINUU9 Calculul comutatiei si a unghiului de maxim de comanda, verificarea timpului de revenire

Prin comutatie se intelege procesul de trecere a curentului dintr-o ramura de circuit in alta ramura. Pe durata comutatiei apare un curent de comutatie (i_k), care se inchide prin ambele ramuri de circuit. Pentru desfasurarea corespunzatoare a comutatiei trebuie sa existe o tensiune de comutatie (u_k) potrivita.

In cazul nostru, convertorul este cu comutatie naturala, deoarece pentru comutatie se utilizeaza tensiunea “naturala” a retelei.

Procesul de comutatie intre doua laturi , care contin dispozitive semiconductoare, se mai numeste suprapunere anodica.

In figura de mai jos se poate vedea fenomenul comutatiei, curentul de comutatie si tensiunea de comutatie. Pentru exemplificare am considerat starea initiala in care conduce tiristorul T₁. In acest moment curentii prin tiristoare au valorile:

In momentul in care aplicam impulsul de amorsare pe grila tiristorului T₂ apare fenomenul suprapunerii anodice intre T₁ si T₂, cand conduc ambele dispozitive, iar curentii prin tiristoare vor deveni:

Fenomenul comutatiei

Tot din figura se poate vedea ca tensiunea de comutatie, u_k, este de fapt tensiunea de linie din secundarul transformatorului.

Durata comutatiei poate fi exprimata prin unghiul de comutatie (sau de suprapunere anodica), γ

, unde α este unghiul de comanda si I^*_d curentul de sarcina raportat la curentul nominal. Unghiul de comutatie minim este dat de relatia:

si apare la unghiul

iar unghiul de comutatie maxim este dat de relatia:

si apare la unghiul α = 0

Se observa ca unghiul de comutatie creste odata cu cresterea curentului sarcinii.

Unghiul maxim de comanda va fi α_maxM = 180 γ_0M , unde γ_0M este unghiul de comutatie maxim la curent de sarcina maxim.

Avand in vedere faptul ca un tiristor are nevoie de un timp de dezamorsare, t_q, pentru a trece din starea de conductie in starea blocata, trebuie sa luam in considerare si o rezerva de comutatie inversa:

0.45 grade

unde t_q = 25[μs] s-a luat mai mare decat t_{q catalog} (vezi paragraful MASINA DE CURENT CONTINUU4).

Din considerentele anterioare rezulta ca unghiul maxim de comanda va fi:

α’_maxM = 180 γ_0M ω t_q

Pe urmatoarea pagina sunt redate tabelul si graficul pentru variatia unghiului de comutatie in functie de unghiul de comanda si curentul prinsarcina, precum limitele de comanda

g 

g_0M

g_min

g_0N

g_0m

a 

I^*_dM = I_dM /I_dN = 2 : curentul maxim raportat;

I^*_dN = I_dN /I_dN = 1 : curentul nominal raportat;

I^*_dm = I_0N /I_dN = 0,093 : curentul minim raportat;

α _max 180 – γ_0M ω t_q = 158.59 : unghiul maxim de comanda al convertorului.

Aleg unghiul maxim de comanda:

α_M = 158 < α’_max .

Panta de crestere a curentului prin tiristor la α = 90

7.292*10⁴ A/s

unde 23MASINA DE CURENT CONTINUU101A este amplitudinea maxima a curentului de comutatie i_k. Se vede ca panta de crestere a curentului este mult mai mica decat panta de crestere maxima admisibila a tiristorului.

COMUTATIA CURENTULUI SI SUPRAPUNEREA ANODICA

U_k=a*U_Smax*sinwt a=

I_k=I_kmax*(cosa-coswt)

I_kmax=23MASINA DE CURENT CONTINUU101 A

MASINA DE CURENT CONTINUU10 Caracteristicile externe de comanda

In figura sunt reprezentate caracteristicile externe de comanda ale convertorului trifazat cu nul, pentru I_d = 0, I_dN, I_{dM .} Pentru realizarea graficelor am utilizat relatiile urmatoare:

U_d = U_d0 cos α;

U_dγ = U_d – R_γ I_d ;

R_γ = 0.941 [Ω].

Tensiunea pe indusul MCC va fi:

U_a = U_dγ – R_s I_d – n_T U_To

U_{dg [V]}

U_dg a_max a’_max=157.69 

MASINA DE CURENT CONTINUU11 Caracteristici externe

Pentru construirea caracteristicilor externe ale convertorului, vom folosi relatiile urmatoare:

U_d = U_d0 cosα -- tensiunea ideala redresata, la iesirea redresorului;

U_dγ = U_d - R_γ I_d -- tensiunea redresata reala, la iesirea redresorului;

U_a = U_dγ – n_T U_T0 – R_s I_d -- tensiunea pe indusul MCC;

E = U_a – R_a I_d -- tensiunea electromotoare din indusul MCC.

Asa cum se vede din figura am construit caracteristicile externe pentru mai multe unghiuri de comanda: α = , si pentru variatii ale curentului de sarcina intre 0 si I_dM = 2 I_dN.

U [V

a=0                          Ud

Udg

Ua

a a_N=21,74             E

a=60

a=90                 IdN=35,1IdM=70,2 Id [A]

a=120

a aM=151,5 Udg a^Mmax

-Ud0

MASINA DE CURENT CONTINUU12 Calculul bobinei de netezire

Bobina de netezire are rolul de a reduce pulsatiile curentului redresat. Am urmarit sa se realizeze conditia:

I_{d critic} < I_{d min} ,

unde I_{d critic} este curentul de sarcina cand convertorul se afla la limita conductiei permanente. Am ales I_{d min} = I_0N = MASINA DE CURENT CONTINUU63 [A] si rezulta:

L_d = L_B + L_a este inductivitatea totala a circuitului de sarcina. L_B reprezinta inductivitatea bobinei de netezire, iar L_a este inductivitatea indusului MCC. Rezulta deci ca inductivitatea bobinei de netezire este:

L_B = L_d – L_a = 0.063H