Exam text content

 

DEF-32000 Tehoelektroniikan perusteet Tentti, 28.11.2016
Tampereen Teknillinen Yliopisto

Sähkötekniikka

Tuomas Messo ja Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu.

Tehtävä 1 (6p)

Vastaa lyhyesti seuraaviin kysymyksiin:

a) Tampereella sijaitseva taloyhtiö haluaisi tuottaa kaiken kuluttamansa energian itse aurinkopaneelien
avulla. Auringosta saatava säteilyenergia on esitetty kuvassa 1. Mitä ongelmia havaitset käytännön
toteutuksen kannalta ja miten ne voidaan ratkaista tehoelektroniikkaa hyödyntäen? (2p)

   

 

MT

Kuva 1: Mitattu auringosta saapuva säteilyenergia Tampereella.
b) Selitä MOSFET:n toimintaperiaate kytkimena. (1p)

o) Mitä tarkoittaa termi ”continuous conduction mode” (CCM) ja miten se liittyy tehoelektronisten
laitteiden analysointiin. (1p)

d) Mitä ovat kytkentähäviöt ja mistä ne syntyvät? (1p)

e) Kuvassa2 on esitetty hakkurin kelan yli vaikuttava jännite käynnistystilanteessa. Hahmottele kelan läpi
kulkevan virran aaltomuoto, kun pinta-alalle pätee: A; < A. (1p)

jännite (V)
A

15

 

! ge

A,

 

=25-)

 

 

 

 

10us 20ps
Kuva 2: Kelan yli vaikuttavan jännitteen aaltomuoto.
Tehtävä 2 (6p)

Kuvassa 3 on esitetty DC-DC hakkuri.

a) Johda hakkurin tasajännitevahvistus V, = f (DV, )- Voit olettaa, että hakkurin kelavirta ei putoa

 

nollaan kytkentäjakson aikana ja että lähtöjännitteen rippeli voidaan j huomiotta. (2p)

b) Mikä on kytkentätaajuuden vähintään oltava, jotta kelavirran rippeli pysyy alle 20 % kelavirran
keskiarvosta? (2p) (Huom! Hakkuri on häviötön. Kelavirran keskiarvo on sama kuin kuorman ottama
virta.)

c) Miten hakkurista saadaan muokattua jännitettä nostava hakkuriteholähde? (2p)

Z

Jatkuu toisella puolella.
 

DEE-32000 Tehoelektroniikan perusteet Tentti, 28.11.2016
Tampereen Teknillinen Yliopisto

 

 

 

Sähkötekniikka
Tuomas Messo ja Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu.
=100W
V, =30V
V,=6V
L=100uH
Kuva 3: DC-DC -hakkurin päävirtapiiri.
Tehtävä 3 (6p)

Nelinapaisella kolmivaiheisella oikosulkumoottorilla on seuraavat parametrit: Nimellinen teho on 10 kW,
nimellinen jännite on 400V, nimellistaajuus on 50Hz, ja täydellä kuormalla jättämä on 5 %.
Nimellistoimintapisteessä verkkovirta on 20A ja verkosta otettu teho 11,5kW.

a) Mikäon moottorin synkroninen pyörimisnopeus?

b) Mikäonroottorin pyörimisnopeus nimellisellä kuormalla?
c) Mikäonroottorin taajuus nimellisellä kuormalla?

d) Mikäon moottorin momentti nimellisellä kuormalla?

e) Mikäon moottorin tehokerroin?

f) Mikäon moottorin hyötysuhde?

Tehtävä 4 (6p)
Vaihtosuuntaajan modulointiperiaate (SPWM) ja sillan tuottama aaltomuoto on esitetty kuvassa 4. Kantoaallon
(V:n) huippujännite on 3V ja ohjausjännitteen (Vrer) huippujännite on 2.5 V. Ohjausjännitteen taajuus on 50Hz.
a) Piirrä vaihtosuuntaajan päävirtapiirikaavio, jolle ko. modulointiperiaatetta voidaan käyttää
b) Mikäon ko. vaihtosuuntaajan modulointi-indeksi?

c) Kuinka suuri DC jännitteen on vähintään oltava, jotta vaihtosuuntaajalla voidaan tuottaa 230 Vrms
ulostulojännite ko. modulointimenetelmällä?

d) Kuinka suuri DC jännitteen on vähintään oltava, jotta vaihtosuuntaajalla voidaan tuottaa 230 Vrms
ulostulojännite modulointi-indeksi ollessa suurin mahdollinen lineaarisella modulointialueella?

e) Mikäon ko. vaihtosuuntaajan kytkimien kytkentätaajuus (Kuva 4)?

f) Millä taajuudella sijaitsevat vaihtosuuntaajan tuottamat alimmat harmoniset yliaaltokomponentit?

 

 

 

 

 

 

 

 

Kuva 4: DC-DC -hakkurin päävirtapiiri.