Exam text content

Tampere University of Technology — Tasa- ja vaihtosuuntaajat DEE-33020 — 9.12.2014
Electrical Engineering

Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ ä 6 p

1. Kolmivaiheisen dioditasasuuntaajan vaihejännitteen (v, ) ja vaihevirran (i, ) aaltomuodot on

annettu kuvassa 1, jossa 7, on vaihevirran huippuarvo ja i, sen perustaajuinen komponentti.
Vaihevirta voidaan esittää harmonisten komponenttien avulla seuraavasti:

 

— 2831,
i =y Val inno) n=1,5,7,11,13,...
s nn

=

 

Kuva 1. Kolmivaiheisen dioditasasuuntaajan vaihejännitteen ja vaihevirran aaltomuodot

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

2. Ideaalisen nostavan hakkurin (boost) (kuva 2b) kelavirran aaltomuoto on annettu kuvassa 2a.
Kelavirran lisäksi tiedetään, että hakkurin tulojännite on 50 V ja M(D) = 1/(1-D). a) Mikä on
hakkurin toimintatila (CCM, DCM, BCM)? (1p), b) Mikä on sen tulovirran keskiarvo? (1p),
€) Mikä on sen lähtöjännitteen arvo? (1p), d) Mikä on sen pulssisuhteen (duty ratio) arvo?
(1p), e) Mikä on kelan induktanssin L suuruus, (1p) ja f) Mikä on hakkurin lähtövirran

 

 

 

keskiarvo? (1p)
SA -
I
4A
0 |
0 6.7 us 10ys 16.7 us 20 us

Kuva 2. — a) Kelavirran aaltomuoto b) Ideaalinen nostava hakkuri

 
 

 

Tampere University of Technology — Tasa- ja vaihtosuuntaajat DEE-33020 — 9.12.2014
Electrical Engineering
Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ä 6 p

35 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 77, ,,. Jos
MOSFETin läpikulkevan virran tehollisarvo (Tays) and keskiarvo (1,,) tunnetaan, niin
miten lasket johtotilan tehohäviön? (1p) c) Diodin johtotilan sijaiskytkentä on esitetty
kuvassa 4. Diodin läpi kulkevan virran tehollisarvo (pys ) ja keskiarvo (1,v) tunnetaan.
Laske symbolisessa muodossa diodin johtotilan tehohäviö. (1p) d) Tyristoriin liittyy pitovirta
(hold current) termi. Mitä se tarkoittaa? (1p) e) IGBT:n eräs ominaisuus ns. current tailing
ilmiö. Mitä se tarkoittaa? (1p), f) MOSFETin rakenteessa on ns. "Body" diodi. Piirrä ko.
diodi MOSFETin symboliin näkyviin. (1p)

AKE. = a ;

Kuva 3. Kuva 4.

4. Yksivaiheinen kokosilta vaihtosuuntaaja on esitetty kuvassa Sa ja sen modulointiperiaate
(PWM) ja sillan tuottama aaltomuoto kuvassa 5b. Kantoaallon (Vm) huippujännite on 2 V ja
ohjausjännitteen (V1er) huippujännite on 1.5 V. DC-linkin jännite on 500 V.

a) Kumpi modulointitavoista on käytössä - bipolar vai unipolar- ko. vaihtosuuntaajassa?
Perustele vastauksesi. (1p)

b) Mikä on ko. vaihtosuuntaajan modulointi-indeksi? (1p)

c) Mikä on ko. vaihtosuuntaajan tuottaman perustaajuisen jännitteen suurin mahdollinen
huippuarvo (peak amplitude), kun toimitaan lineaarisella modulointialueella? (1p)

d) Mikä on ko. vaihtosuuntaajan kytkimien kytkentätaajuus (Kuva 54)? (1p)

€) Oletetaan, että verkkovirta i, on sinimuotoista ja samassa vaiheessa kuin ohjausjännite

Vt Hahmottele IGBT:n 7; läpikulkevan virran aaltomuoto yhden verkkojakson
aikana. (2p).

 

 

 

 

 

 

Kuva 5b.

23)

 
Tampere University of Technology — Tasa- ja vaihtosuuntaajat DEE-33020 — 9.12.2014
Electrical Engineering
Jenni Rekola Ohjelmoitava laskin sallittu 5 kysymystä/ ä 6 p

5. Kolmivaiheinen vaihtosuuntaajasilta on esitetty kuvassa 6. Oleta dc-linkin jännitteeksi
600 V.

a) Montako aktiivista kytkentätilaa kuvan 6 sillalla voidaan muodostaa? (1p)

b) Montako nolla-kytkentätilaa kuvan 6 sillalla voidaan muodostaa? (1p)

c) Määritä kuvan 6 sillan verkkopuolen jännitteen avaruusvektori, kun sillan kytkentätila on
100 (ts. Sa+ on, Sb+ off, Sc+ off). Avaruusvektori on määritetty yhtälössä (1). (1p)

d) Määritä kuvan 6 sillan verkkopuolen jännitteen avaruusvektori kytkentätilalle 110 ja
piirrä se, sekä kohdan c) avaruusvektori kompleksitasossa. (1p)

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

v" =200 V-e's.(2p)

Kolmivaiheisen suureen kompleksinen avaruusvektori määritellään

2 5
250 +a +4'x,), missä = a=e?. (1)

 

Kuva 6.

30)