2. kolokvijum, Zadatak 3

Gubici tiristora i izbor hladnjaka: rešen zadatak

Zadatak sa kolokvijuma iz predmeta Energetska elektronika 1, FTN Novi Sad, 10. februara 2021. Rešenje: Miloš Sarić

Zadatak

Odrediti maksimalne gubitke u kolu koje se razmatra u zadatku 2. Ukoliko se koriste tiristorski moduli (dve komponente u jednom kućištu), odrediti potrebne hladnjake. Maksimalna temperatura komponenti (pn spojeva) je $T_{jmax} = 120$ °C, a termičke otpornosti spoj-kućište i kućište-hladnjak su $R_{thJC} = 1{,}67$ °C/W i $R_{thCH} = 2$ °C/W. Temperatura ambijenta je 20 °C.

Kolo iz zadatka 2: trofazni regulator naizmeničnog napona sa antiparalelnim tiristorima, na mrežnom naponu 3x380 V, 50 Hz, napaja grejač u zvezdi bez nultog voda, sa grejnim telima otpornosti R = 15 Ω.

Jedna faza regulatora: dva tiristora u jednom modulu

Poznato

$U = 380$ V
$R = 15$ Ω
$T_{jmax} = 120$ °C
$T_a = 20$ °C
$R_{thJC} = 1{,}67$ °C/W
$R_{thCH} = 2$ °C/W
$U_T = 1{,}5$ V (usvojeno)

Rešenje

Šta se traži i kojim postupkom

Gubici u tiristoru rastu sa srednjom strujom, a ona je najveća kada regulator propušta ceo napon mreže, $\alpha = 0$ . Sa najvećim gubicima se dimenzioniše hladnjak: toplota iz spoja prolazi kroz niz termičkih otpornosti do ambijenta, a temperatura spoja ne sme preći dozvoljenu.

Struja pri najvećim gubicima

Za $\alpha = 0$ regulator ne menja napon: svaki tiristor vodi celu svoju poluperiodu. Fazni napon je $U_f = 219{,}4$ V, pa je:

\begin{aligned} I_m &= \frac{\sqrt{2} U_f}{R} = 20{,}68\ \text{A} \\ I_{T,sr} &= \frac{1}{2\pi} \int_0^\pi I_m \sin\omega t\, \mathrm{d}(\omega t) = \frac{I_m}{\pi} = 6{,}58\ \text{A} \end{aligned}

Maksimalni gubici

Zadatak ne daje karakteristiku provođenja tiristora, pa usvajamo tipičan pad napona u provodnom stanju, $U_T = 1{,}5$ V, i računamo samo gubitke provođenja:

\begin{aligned} P_T &= U_T I_{T,sr} = 1{,}5 \cdot 6{,}58 = 9{,}88\ \text{W} \\ P_{mod} &= 2 P_T = 19{,}75\ \text{W} \\ P_{uk} &= 6 P_T = 59{,}3\ \text{W} \end{aligned}

To je mali deo snage koja se prenosi potrošaču, 9,63 kW, ali je dovoljno da se spoj bez hladnjaka pregreje.

Izbor hladnjaka

Dve komponente su u jednom kućištu, a svaki modul ima svoj hladnjak. Kroz $R_{thJC}$ i $R_{thCH}$ , koje važe za jednu komponentu, prolazi snaga jednog tiristora, a kroz otpornost hladnjak-ambijent $R_{thHA}$ snaga celog modula:

T_{jmax} - T_a = P_T \left( R_{thJC} + R_{thCH} \right) + P_{mod} R_{thHA}

\begin{aligned} R_{thHA} &= \frac{100 - 9{,}88 \cdot 3{,}67}{19{,}75} \\ &= \frac{100 - 36{,}2}{19{,}75} = 3{,}23\ {}^\circ\text{C/W} \end{aligned}

Bira se hladnjak manje ili jednake termičke otpornosti. Hladnjak se tada greje do 84 °C. Ako su sva tri modula na zajedničkom hladnjaku, njegova otpornost mora biti tri puta manja.

Rezultat

Maksimalni gubici, za $\alpha = 0$ i $U_T = 1{,}5$ V: $P_{uk} = 59{,}3$ W, po modulu 19,75 W.

Hladnjak po modulu: $R_{thHA} \leq 3{,}23$ °C/W.

Metod u predavanju

Tiristorski kontrolisana prigušnica
Kompenzacija reaktivne snage

Slični zadaci

Teme

Regulatori naizmeničnog napona

Ispit u PDF-u, na Drive-u

Folder predmeta Energetska elektronika 1Na Drive-u: Predavanja · Kolokvijumi i ispiti · Studentske beleške

Ako si autor nečega što je ovde i želiš da se ukloni, piši mi na milossaric@outlook.com i uklanjam ga.