Exam text content

DEE-32000 Tehoelektroniikan perusteet Tentti, 14.10.2015
Tampereen Teknillinen Yliopisto

Sähkötekniikka

Tuomas Messo Tentissä saa käyttää laskinta.

Tehtävä 1 (6p)
Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:
a) Miten tyristorin toiminta kytkimenä eroaa tehodiodista?
b) Selitä lyhyesti määritelmä volt-second balance.
c) Mitkä tekijät rajoittavat Boost-hakkurin tuottamaa maksimijännitettä?
d) Mitä tarkoittaa termi SPWM?
e) Mitärajoituksia on digitaalisessa pulssinleveysmoduloinnissa?

f) Mistä kytkentähäviöt johtuvat?

Tehtä

  

ä2 (6p)
”Yksivaiheinen Full-Bridge topologiaan perustuva vaihtosuuntaaja, sen tuottama verkkovirta (ilman
kytkentätaajuista rippeliä) sekä verkon jännite on esitetty kuvassa 1a ja 1b.

a) Hahmottele osoitinpiirros joka kuvaa jännitteen sekä virran perustaajuisten komponenttien amplitudia
ja virran vaihekulmaa jännitteeseen nähden. Pii osoitinpiirrokseen lisäksi vaihtosuuntaajan
lähtöterminaalien jännite vj, sekä kelan yli vaikuttava jännite.

 

b) Mikä on vaihtosuuntaajan induktanssin L suuruus kun vaihtosuuntaajan terminaalien välisen jännitteen
Vinv perustaajuisen komponentin amplitudi on 325.14 V ja verkon taajuus on 50 Hz.

e) Selitä osoitinpiirroksen avulla miten voit käyttää kuvan topologiaa tasasuuntaajana?

 

Voltage (V) / Current (A)

 

0)

 

Kuva 1: a) Yksivaiheinen vaihtosuuntaaja b) vaihtosuuntaajan tuottama virta i, ja verkon jännite vy.

Tehtävä 3 (6p)

Kuvassa 2 on esitetty hakkuriteholähde. Voit olettaa että kelavirta ei putoa nollaan kytkentäjakson aikana ja että
kondensaattorin jännite pysyy kytkentäjakson aikana vakiona. Transistoria kytketään pulssisuhteella d.

a) Määritä kuvan 2 hakkurin lähtöjännite v, tulojännitteen v;n sekä pulssisuhteen d funktiona.

b) Määritä tarvittavan induktanssin suuruus kun kelavirran rippelin maksimi-arvo (huipusta-huippuun
arvo) tulee olla alle 0.1 A. Kyseisessä toimintapisteessä tulojännite vin on 24 V, pulssisuhde 0.3 ja
kytkentätaajuus 200 kHz.

 

 

Kuva 2: Hakkuriteholähde.

 

Käännä!
   

DEE-32000 Tehoelektroniikan perusteet Tentti, 14.10.2015
Tampereen Teknillinen Yliopisto

Sähkötekniikka

Tuomas Messo Tentissä saa käyttää laskinta.

Tehtävä 4 (6p)

Kuvassa 3 on esitetty kytkinmatriisi, jonka kytkimiä voidaan ohjata vapaasti.
a) Miten kytkimiä on ohjattava, jotta saadaan tuotettua kuorman yli kuvan 4 mukainen jännite.
b) Kytkin 5 vikaantuu. Miten sama aaltomuoto nyt tuotetaan?

c) Hahmottele myös kuormavirran aaltomuoto. Kelavirran keskiarvo on nolla.

E LAN
=. [ :
O S. s 3z
S, n =

Kuva 3: Ideaalinen kytkinmatriisi.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S.

Kuva 4: Kytkinmatriisin tuottaman jännitteen aaltomuoto.

Tehtävä 5 (6p)

Kuvassa 5a esitetyn piirin ideaalista kytkintä ajetaan kuvan 5b mukaisella pulssilla johtavaan (on) ja takaisin
johtamattomaan tilaan (off). Voit olettaa diodin häviöttömäksi. Piirrä kelan yli vaikuttava jännite sekä virta ajan
funktiona välillä 0...4 jus. Ajanhetkellä (1 = 0) kelavirran arvo on nolla. Mikä on kelavirran maksimiarvo?

switch state

0 = 1 50

b)

ja b) ideaalisen kytkimen ohjaussignaali ajan funktiona.

   

Kuva 5: 2) tutkittava pii