Exam text content

 

 

Tuomas lumita 27570

Tampereen Teknillinen Yliopisto DEE-33020 Tasa- ja Vaihtosuuntaajat 30.3.2015
Sähkötekniikka
Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ & 6 p

Kysymys 1. — Kuvassa 1 esitetään = yksivaiheisen kokosilta-tyristoritasasuuntaajan — jännite
(v, = Yas sin of) ja virta (i, ), jossa 1,on virran huippuarvo ja sytytyskulma aon

30%n/6 rad) kuten kuvassa 1. Virta voidaan esittää harmonisten komponenttien avulla
seuraavasti:

i = Ye sin((or-a)) n=1,3.5.7..
= nn
n=1

 

Vs

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Voltage/Current

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

o 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0,014 0.016 0.018 0.02
Time (seconds)

Kuva. 1 Yksivaiheisen kokosilta-tyristoritasasuuntaajan vaihejännite ja vaihevirta
Laske symbolisesti yllä annetun informaation pohjalta a) virran tehollisarvo (RMS) (1Pp), b)

näennäisteho S (1p), ) pätöteho P (1p), d) loisteho O (1p), €) tehokerroin (power factor PF)
(1p). ja f) vaihe-erokerroin (displacement power factor DPF) (1p).

Kysymys 2. — Ideaalisen laskevan hakkurin (buck) (kuva 2a) kelavirran aaltomuoto on annettu kuvassa 2b.
Kelavirran lisäksi tiedetään, että hakkurin tulojännite on 20 Vja M(D) = D. a) Mikä on sen
pulssisuhteen (duty ratio) arvo? (1P), b) Mikä on sen kelavirran keskiarvo? (1p), e) Mikä on
kytkimen S kytkentätaajuus? (1p), d) Mikä on hakkurin ulostuloteho kun kondensaattorin
jännite v. oletetaan vakioksi?%(1p), e) Piirrä diodin D virran periaatteellinen käyrämuoto, (1p)
ja f) Mikä on lähtö-kondensaattorin virran keskiarvo? (1p)

 

 

 

Kuva. 2 a) Ideaalinen laskeva hakkuri b) Kelavirran aaltomuoto

163)
M =—=—<<0-s ESAN SKE SETS SSS SSN ES EIINAEEK DELS < TASAEISTIN 3.38 S STEIN

Tampereen Teknillinen Yliopisto 'DEE-33020 Tasa- ja Vaihtosuuntaajat 30.3.2015
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) Diodin sijaiskytkentä johtotilan häviöiden laskemiseksi on esitetty kuvassa 4. Diodin Us =
0,7V, rp = 22m2, diodin läpi kulkevan virran tehollisarvo 7, s =0,8A ja keskiarvo 1,v=
1,3A. Laske diodin johtotilan tehohäviö. (1 p)
€) Laske MOSFETin johtotilan häviöt, kun johtotilan resistanssi on ras.on = 80m2 ja virran
keski- ja tehollisarvot ovat samat kuin edellä diodilla. (1p)
d) Mitä etua tyristoritasasuuntaajalla saavutetaan dioditasasuuntaajaan verrattuna? (1p)
€) Mitä tarkoittaa diodin estosuunnan toipumisaika (reverse recovery time)? (1p)
£) Miksi IGBT:n kytkentätaajuus ei ole yhtä suuri kuin MOSFETin? (1p)

A A + — Wh)

E n

  

Kuva. 3 Kuva. 4

Kysymys 4. — Yksivaiheisen suuntaajan ohjaamiseen käytetty unipolaarinen PWM- modulointi on esitetty
kuvassa 5. Oleta DC-jännitteeksi 10V.

a) Piirrä kuva suuntaajasta, jonka ohjaamiseen ko. modulointia voidaan käyttää. (1p)
b) Mikä on ko. vaihtosuuntaajan modulointi-indeksi kuvan 5 tapauksessa? (1p)

c) Kuinka suuri on ulostulojännitteen tehollisarvo ko. tilanteessa? (1p)

d) Kuinka suuri on ulostulojännitteen taajuus? (1p)

e) Kuinka suuri on suuntaajan aktiivisten kytkinten kytkentätaajuus? (1p)

f) Kuinka paljon suurempi ulostulojännitteen tehollisarvo voisi korkeintaan olla lineaarisella
modulointialueella? (1p)

 

 

 

 

 

 

 

Voltage (V)

hs am ea

 

 

 

 

[=
|

|
|

+ =
V0.008 001 0.012 0,014 0,016 0018 0.02
Time (seconds)

Kuva. 5

 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    

 

8
g!
3
8

20)
 

 

 

Tampereen Teknillinen Yliopisto DEE-33020 Tasa- ja Vaihtosuuntaajat 30.3.2015
Sähkötekniikka

Jenni Rekola

Kysymys 5.

Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ ä 6 p

Kolmivaiheinen vaihtosuuntaajasilta on esitetty kuvassa 6a. Oleta DC-jännitteeksi 540V.
a) Kuinka pitkiä aktiivivektorit ovat (kuva 6b)? (1p)

7x
b) Vaihtosuuntaajasillan hetkellinen ohjejännite on v? =100 vet.
Mitä aktiivivektoreita kuvassa 6b esitetystä diagrammista ko. ohjejännitteen tuottamiseksi
käytetään? (1p)

c) Esitä vaihtosuuntaajasillan kytkentäsekvenssi tavanomaista avaruusvektorimodulointia
käytettäessä (space-vector pulse-width modulation SV-PWM) kun ohjejännite on sama
kuin edellä. (2p)

d) Mikä on vaihtosuuntaajasillan suurin mahdollinen ulostulojännite lineaarisella
modulointialueella kun käytetään vektorimodulointia? (2p)

Kolmivaiheisen suureen kompleksinen avaruusvektori määritellään
2x

x=3(% ta + a). where = a=e3. (1)

 

Kuva. 6 2) Kolmivaiheinen vaihtosuuntaussilta b) vektoridiagrammi

3(3)