Exam text content

DEE-32000 Tehoelektroniikan perusteet Tentti, 25.11.2014
Tampereen Teknillinen Yliopisto
Sähkötekniikka
Tuomas Messo Tentissä saa käyttää laskinta.
Tehtävä 1 (8p)
Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:
1. Mikäon MOSFET ja mihin sen toiminta kytkimenä perustuu? (1p)

2. Miten tyristori voidaan ohjata johtavaan tilaan ja miten se ohjataan johtamattomaan tilaan? (2p)

3. Selitä mitä ovat kytkentähäviöt (switching losses) sekä johtotilan häviöt (conduction losses)? (2p)

4. Mitä tarkoitetaan termillä Continuous Conduction Mode (CCM)? (1p)

5. Mikäon driver-piiri? (1p)

6. Mitä tarkoittaa termi Sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) ja missä sitä käytetään? (1p)
Tehtävä 2 (4p)

Kuvassa 1 on esitetty hakkurin päävirtapiiri eräässä kytkentätilanteessa. Johda yhtälöt kelavirran derivaatalle
sekä kondensaattorin jännitteen derivaatalle.

o

+ a

 

Kuval: Päävirtapiiri eräässä kytkentätilanteessa.
Tehtävä 3 (4p)
- — Määritä-kuvan 2-hakkurin lähtöjännite-tulojännitteenssekä-puissisuhteen funktiona: u=f (Dan) käyttäen

volttisekunti-tasapainon periaatetta (volt-second balance). Voit olettaa että kelavirta ei putoa nollaan
kytkentäjakson aikana ja että kondensaattorin jännite pysyy kytkentäjakson aikana vakiona. Transistoria
kytketään päälle ja pois pulssisuhteella D.

L D,

Vin O O;

o

Kuva 2: Jännitettä nostava hakkuri.
Tehtävä 4 (4p)
Kuvassa 3 on esitetty yksivaiheinen dioditasasuuntaaja. Lähteen tuottama jännite on sinimuotoinen.

a) Piirrä kuorman jännitteen ja virran periaatteellinen aaltomuoto kun diodit oletetaan häviöttömiksi.
Piirrä myös verkkojännitteen ja virran aaltomuodot.

b) Hahmottele a-kohdan aaltomuodot myös tilanteelle, jossa kuorman rinnalle kytketään kondensaattori.

 

Kuva 3: Yksivaiheinen dioditasasuuntaaja.

Käännä!
 

DEE-32000 Tehoelektroniikan perusteet Tentti, 25.11.2014
Tampereen Teknillinen Yliopisto

Sähkötekniikka

Tuomas Messo Tentissä saa käyttää laskinta.

Tehtävä 5 (4p)

Kuvassa 4 on esitetty kytkinmatriisi, jonka kytkimiä voidaan ohjata vapaasti.

a) Selitä / piirrä miten kytkimiä on ohjattava päälle / pois kun halutaan, että kuorman yli näkyy
kuvan 5 mukainen aaltomuoto.

b) Kytkin 5 vikaantuu. Miten sama aaltomuoto nyt tuotetaan?

c) Hahmottele myös kuormavirran aaltomuoto.

 

 

 

 

 

U,
Uin
0 >
= a

 

Kuva 5: Kytkinmatriisin tuottama jännitteen aaltomuoto.
Tehtävä 6 (6p)
Kuvassa 6 on esitetty Boost-hakkurin kelan yli vaikuttavan jännitteen aaltomuoto.

a) Piirrä kelavirran aaltomuoto. Voit olettaa, että alkutransientti on ohi ja hakkuri toimii jatkuvuustilassa.
Kelavirran keskiarvo 71, on positiivinen. Merkitse kuvaan myös kelavirran derivaattojen arvot.

b) Merkitse kuvaan myös kelavirran peak-to-peak rippeli. Johda aaltomuodon perusteella yhtälö, jolla
voidaan mitoittaa kelan induktanssi siihen arvoon jolla haluttu kelavirran rippeli toteutuu.

% (1)

 

Kuva 6: Hakkurin kelan yli vaikuttava jännite.