Exam text content

KIUTYE TEL-1120 Vaihtosuuntaajat

Sähköenergiatekniikka , .
Heikki Tuusa Tentti 12.12.2011 +Le-laskin

5)

Kuormakommutoitu kolmivaiheinen taajuudenmuuttaja syöttää symmetristä kolmivaihekuormaa,

joka koostuu kuristimista ja vastajännitelähteistä (Ui = 90 V ja (= 20 Hz). Suuntaajan välipiiriin

kytketyn kuristimen induktanssi La = 50 mH ja resistanssi Rae = 0,25 £2. Kuristimen läpi kulkee

100 A:n tasavirta. Muuttajaa syötetään kolmivaiheverkosta, jonka vaihejännitteen tehollisarvo on

Us=230 V ja taajuus = 50 Hz. Kommutointia ei tarvitse huomioida.

a) Piirrä järjestelmän päävirtapiirin periaatekuva, merkitse kuvaan valitut ac- ja dc-virtojen suun-
nat sekä dc-jännitteiden suunnat. (1p)

b) Piirrä käyrästöön kuormapuolen tasajännitteen ja kuormavirtojen periaatteelliset käyrämuodot
vastaaviin vaihejännitteisiin nähden, kun kuormasillan ohjauskulma a = 165". (2p)

c) Laske tilannetta vastaava verkkosillan ohjauskulman a arvo. (1 p)

d) Laske verkosta otettu teho sekä kuormalle menevä teho. (2p)

Esitä lyhyesti, mitä tarkoittaa ja miten toteutetaan jännitesyöttöisen vaihtosuuntaajan yhteydes-

sä:

a) Yksivaiheisen sillan bipolaarinen PWM-ohjaus (PWM with bipolar voltage switching).(1 p)

b) Yksivaiheisen sillan unipolaarinen PWM-ohjaus (PWM with unipolar voltage switching). (1p)

c) Kolmivaisen sillan kolmannella yliaallolla modifioitu PWM-ohjaus. (1 p)

d) Yliaaltoja eliminoiva ohjaus (programmed harmonic elimination switching). (1 p)

e) Kuormavirran muuttuvakytkentätaajuinen hystereesisäätö (current-mode tolerance band con-
trol). (1 p)

f) Kuormavirran vakiokytkentätaajuinen säätö (current mode fixed-freguency control). (1 p)

Yksivaiheisella diodisillalla syötetty yksivaiheinen vaihtosuuntaussilta syöttää puhtaasti resis-
tiivistä kuormaa (R = 5 £). Taajuudenmuuttajan suodatettu välipiirin jännite Uae oletetaan pysyvän
vakiona. Vaihtosuuntaussiltaa ohjataan vaiheleikkausohjauksella limityskulman a ollessa 20".
Syöttöjännitteen tehollisarvo on 200V.

a) Piirrä kytkentä ja syntyvän vaihtojännitteen ja -virran käyrämuodot. (1p)

b) Laske kuormavirran iotehollisarvo. (1p)

c) Laske kuorman ottama pätöteho. (1p)

d) Laske kuormavirran perusaallon io(1) kuljettama pätöteho. (2p)

e) Laske kuormavirran 3. ja 5. harmonisen yliaallon kuljettamat pätötehot. (1p)

Kolmivaiheinen, tasajännitevälipiiriin kytketty PWM-verkkovaihtosuuntaaja toimii stationääri-

sessä toimintapisteessä. Suuntaajassa käytetään L-tyyppisiä verkkosuotimia, joiden induktanssit

ovat 5 mH ja sarjaresistanssit 20 m$2. Syöttöverkon vaihejännite on 230 V ja sen taajuus 50 Hz.

a) Esitä kytkentä ja nimeä siihen myöhemmin käyttämäsi suureet.(1p)

b) Esitä toimintapistettä vastaava periaatteellinen osoitinpiirros, kun syöttöverkkoon syötetään 10
KW pätötehoa ja 10 k VAr loistehoa. (2p)

c) Laske suuntaajan tuottaman vaihejännitteen perusaallon tehollisarvo ja kulma verkkojännittee-
seen nähden b-kohdan tapauksessa, kun suotimen häviöitä ei huomioida. (2p)

d) Paljonko suuntaajan dc-puolen tasajännitteen on tällöin vähintään oltava valitsemallasi modu-
lointimenetelmällä, kun suuntaaja toimii lineaarisella modulointialueella? (1p)

Kolmivaiheinen, virtavälipiirilistyyppinen ja virtasyöttöinen sekä IGBT-komponenteilla toteutet-

tu PWM-vaihtosuuntaaja ja sen vektorimodulointi. Suuntaajaa syötetään 100 A:n tasavirralla.

a) Esitä suuntaajan päävirtapiiri, kun kuorma on tähteenkytketty ja muodostuu vaiheittain kelan
ja vastuksen sarjaankytkennästä. (1p)

b) Mitkä ovat suuntaajan eri kytkentätiloja vastaavien virtavektoreiden suunnat ja suuruudet. (1p)

c) Esitä suuntaajan vektorimoduloinnin periaate. (1p)

d) Hetkelliset vaihekohtaiset virtaohjeet ovat iaree = 50 A, dret =-20 A ja iorer= -30 A. Laske virto-
ja vastaava avaruusvektorimuotoinen virtaohje i... (1p)

€) Miten vektorimoduloinnilla toteutetaan kyseinen ulostulon vektoriohje, kun modulointitaajuu-
tena käytetään 5 kHz:ä. (2p)