Exam text content

 

 

Tampereen Teknillinen Yliopisto — Tasa- ja Vaihtosuuntaajat DEE-33020 — 20.1.2015

Sähkötekniikka
Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ & 6 p
Kysymys 1. Kuvassa 1 esitetään kolmivaiheisen tyristoritasasuuntaajan vaihejännite

Fig. 1

Kysymys 2.

(v, = Jams sin of ) ja vaihevirta ( 1,), jossa 7, on vaihevirran huippuarvo ja sytytyskulma
aon 30? kuten kuvassa 1. Vaihevirta voidaan esittää harmonisten komponenttien avulla
seuraavasti:

2431, sin(19—a) n=1,5,7,11,13,...

 

 

Voltage/Current

 

 

 

 

3
Electrical Degrees (div)

Kolmivaiheisen tyristoritasasuuntaajan vaihejännite ja vaihevirta

Laske symbolisesti yllä annetun informaation pohjalta a) vaihevirran tehollisarvo (RMS)
(1P), b) vaiheen näennäisteho S (1p), c) vaiheen pätöteho P (1Pp), d) vaiheen säröteho D (1p),
€) tehokerroin (power factor PF) (1p), ja f) vaihe-erokerroin (displacement power factor
DPP) (1p).

Ideaalisen laskevan hakkurin (buck) (kuva 2b) kelavirran aaltomuoto on annettu kuvassa 2a.
Kelavirran lisäksi tiedetään, että hakkurin lähtöjännite on 50 V ja M(D) = D. a) Mikä on
hakkurin toimintatila (CCM, BCM, DCM)? (1p), b) Mikä on sen lähtövirran keskiarvo?
(1p), €) Mikä on sen tulojännitteen arvo? (1p), d) Mikä on sen pulssisuhteen (duty ratio)
arvo? (1p), e) Mikä on kelan induktanssin L suuruus, ( Pp) ja f) Mikä on lähtö-
kondensaattorin virran keskiarvo? (1p)

 

 

 

 

Kuva. 2

 

 

a) Kelavirran aaltomuoto b) Ideaalinen laskeva hakkuri

16)
 

 

Tampereen Teknillinen Yliopisto — Tasa- ja Vaihtosuuntaajat DEE-33020 20. 1. 2015

Sähkötekniikka
Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ ä 6 p
Kysymys 3. Tehoelektroniikkalaitteissa käytettävien komponenttien - MOSFET, SCR, IGBT, ja diodi —

symbolit ovat esitetty kuvassa 3. a) Yhdistä määritetyt komponentit ja niiden symbolit
toisiinsa (1p), b) MOSFETin johtotilan häviöt johtuvat sen kanavan vastuksesta A
MOSFETin läpikulkeva virran tehollisarvo on Ipms ja keskiarvo 7 av: Miten lasket
johtotilan tehohäviön symbolisesti? (1p) c) Diodin sijaiskytkentä johtotilan häviöiden
laskemiseksi on esitetty kuvassa 4. Diodin läpi kulkevan virran tehollisarvo on n
keskiarvo I av+ Laske symbolisesti diodin johtotilan tehohäviö. (1p) 4) Tyristoriin liittyy

tailing ilmiö. Mitä se tarkoittaa? (1p), f) MOSFETin rakenteessa on ns. parasiittinen diodi.
Piirrä ko. diodi MOSFETin symboliin näkyviin. (1p)

AKK On

 

 

U, n
Kuva. 3 Kuva. 4
Kysymys 4. Yksivaiheinen puolisilta vaihtosuuntaaja on esitetty kuvassa 5. Kantoaallon (Vm)
huippujännite on 2 V ja ohjausjännitteen (Vier) huippujännite on 1.5 V. Verkkojännitteen
tehollisarvo (RMS) on 230V.
a) Mikon ko. vaihtosuuntaajan modulointiindeksi? (1p)
b) Kuinka suuri DC-jännitteen on oltava, jotta haluttu verkkojännite voidaan tuottaa ko.
modulointi-indeksillä? (2p)
e) Mikä on ko. vaihtosuuntaajan tuottaman jännitteen suurin mahdollinen huippuarvo, kun
toimitaan lineaarisella modulointialueella edellä lasketulla DC-jännitteellä? (2p)
d) Mikä määrittää aktiivisten kytkinten kytkentätaajuuden kuvan 5 suuntaajassa? (1p)
Kuva. 5
26)
s ass
 

 

Tampereen Teknillinen Yliopisto — Tasa- ja Vaihtosuuntaajat DEE-33020 — 20.1.2015
Sähkötekniikka
Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ ä 6 p

Kysymys 5. Kolmivaiheinen vaihtosuuntaajasilta on esitetty kuvassa 6a ja sitä vastaavat
avaruusvektoreiden sektorit (heksagoni) on esitetty kuvassa 6b. Oleta DC-jännitteeksi 600V.
Avaruusvektori on määritetty yhtälössä ( 1).

a) Heksagonin sisään on piirretty ympyrä kuvassa 6b. Mikä on sen merkitys? (1p)

b) Mikäon aktiivivektorien pituus kuvassa 6b? (1p)

c) Laske vaihtosuuntaajasillan AC-puolen jännitteiden avaruusvektorit, jotka määrittävät
sektorin VI. (2p)

d) Esitä vaihtosuuntaajasillan kytkentäsekvenssi tavanomaista avaruusvektorimodulointia
käytettäessä (space-vector pulse-width modulation SV-PWM) kun ohjejännite on

VY =200 V-e's (25)

Kolmivaiheisen suureen kompleksinen avaruusvektori määritellään

2 an
2=5(% ja 140), where = a=e3, (1)

 

3(3)