Tentin tekstisisältö

TTY/ Sähköenergiatekniikka
TEL-1040 Tasasuuntaajat
Heikki Tuusa tentti 18.01.2010

TENTISSÄ SAA KÄYTTÄÄ TIEDEKUNNAN LASKINTA!

1. Kunjännite oletetaan säröytymättömäksi, miten määritellään ja lasketaan
a) Mielivaltaisen suureen tehollisarvo (1 p)
b) Pätöteho P, loisteho O, näennäisteho S (1 p) S
c) Säröteho D (1 p)
d) Perusaallon tehokeroin (DPF) (1p)
e) Särökerroin (THD) (1p)
f) Kokonaistehokerroin (PF) (1p)

 

2. Piirrä esimerkkikuvat seuraavista tasasuuntaajakytkennöistä, niiden tuottamista tasa-
jännitteistä sekä a-vaiheen verkkovirroista vastaaviin verkkojännitteisiin nähden,
kun kuormana on ideaalinen vakiovirtakuorma ja kun tyristorisuuntaajien sytytyskulma
a on 45". Piirrä eri kohtiin liittyvät käyrämuodot alekkain siten, että päällekkäiset pis-
teet vastaavat hetkellisesti toisiaan. Laske myös verkkovirtojen säröt eri tapauksissa.
a) Yksivaiheinen diodisilta (2p)

b) Yksivaiheinen täysinohjattu tyristorisilta (2p)
e) Yksivaiheinen puoliksiohjattu tyristorisilta (2p)

3. Kuvassa esitettyä kokoaaltotasasuuntaajaa, jonka dc-puolelle on kytketty sarjaan
kuormavastus ja vastajännitelähde, syötetään 230 V:n ja 50 Hz:n yksivaiheverkosta.
a) Piirrä samaan kuvaan jännitteiden ||, 14c, ur sekä virta iac. (2p)
b) Laske virran ia. aritmeettinen keskiarvo. (2p)
c) Laske vastajännitelähteeseen virtaava teho. (2p)
Kuormavastuksen resistanssi R = 5 £2 ja vastajännite E = 230 V. Diodit oletetaan ideaali-
siksi.
[3
a
R 5

/ 1

10 % (€

 

3
E

 

 

 

4. Ideaalinen kolmivaiheinen tyristorisilta syöttää vakiovirtakuormaa Jy. = 100 A. Suun-
taaja on kytketty 50 Hz:n kolmivaiheverkkoon, jonka pääjännitteen tehollisarvo on 400V.
Suuntaajaa ohjataan siten, että Ua. on 350 V.

a) Mikäon tyristorien ohjauskulma a? (1p)

b) Määritä perusaallon tehokerroin DPF (1p).

c) Laske yhden tyristorin läpi kulkevan virran aritmeettinen keskiarvo. (1p)
d) Mikäon vaihevirran i; keskiarvo? (1p)

e) Mikäon vaihevirran i; tehollisarvo? (1p)

£) Laske verkosta otettava keskimääräinen pätöteho. (1 p)

5. Kolmivaiheista tyristoritasasuuntaussiltaa syötetään kolmivaiheverkosta, jonka pää-
jännite on 400 V ja taajuus 50 Hz. Sillan ja verkon välissä on kommutointikuristimet, joi-
den induktanssi L on 2,5 mH. Sillan sytytyskulma a = 60? ja sen kuormana on 50 A
vakiovirtakuorma.

a) Piirrä kytkentä. (1 p)

b) Selitä lyhyesti, mitä kommutoinnilla tarkoitetaan, ja esitä yhteen kommutointitapah-
tumaan osallistuvat virtapiirin osat. (1 p)

e) Piirrä verkkovirran ja tasajännitteen käyrämuodot, kun kommutointi huomioi-
daan.(1p)

d) Laske kommutointikulman suuruus. (2 p)

e) Laske kommutoinnin vaikutus sillan tuottamaan tasajännitteeseen. (1 p)
TTY/ Sähköenergiatekniikka

TEL-1040 Tasasuuntaajat Ni

Heikki Tuusa N tentti 22. 10.2009

TENTISSÄ SAA KÄYTTÄÄ LASKINTA!

1. Piirrä esimerkkikuvat seuraavista tyristorikytkennöistä ja niiden tuottamista tasa jän-
nitteistä yhden syöttöjännitejakson aikana ( yksi ruutu vastaa 30%:a), kun kuormana on
ideaalinen vakiovirtakuorma ja sytytyskulma & on 90”.

E)
b)
o)
d)
e)
£)

w

Nolladiodilla varustettu yksipulssisuuntaaja (1p)
Täysin ohjattu yksivaiheinen silta (1p)

Puoliksi ohjattu yksivaiheinen silta (1p)

Täysin ohjattu kolmivaiheinen silta (1p)

Puoliksi ohjattu kolmivaiheinen silta. (1p)
Nolladiodilla varustettu kolmivaiheinen silta.(1p)

Ideaalisen, yksivaiheisen ja nolladiodilla varustetun tyristorisillan kuormana on 10

A:n vakiovirtakuorma. Siltaa ohjataan 60':n sytytyskulmalla.

a)
b)

o)
d)
o)
”

Piirrä kuva kytkennästä. (1p)

Hahmottele alekkain sillan tuottaman tasajännitteen ja verkkovirran käyrämuodot
(yksi ruutu vastaa 30':a). (1 p)

Laske verkkovirran tehollisarvo (1 p)

Laske verkkovirran perusaallon tehollisarvo (1 p)

Määritä perusaallon tehokeroin (DPF) (1p)

Kokonaistehokerroin (PF) (1 p)

p

3. Kolmivaiheista dioditasasuuntaussiltaa syötetään kolmivaiheverkosta, jonka pääjännite
on 400 V ja taajuus 50 Hz. Sillan ja verkon välissä on kommutointikuristimet, joiden in-
duktanssi L, on 2,5 mH. Sillan kuormana on 50 A vakiovirtakuorma.

2)
b)

o)
9)

o)
n

Piirrä kytkentä ja selitä lyhyesti, mitä kommutoinnilla tarkoitetaan. (1 p)

Esitä yhteen kommutointitapahtumaan osallistuvat virtapiirin osat ja nimeä ne vas-
taavaan kuvaan. (1 p)

Esitä kommutointitapahtumaa kuvaavat jännite- ja virtayhtälöt. (1 p)

Piirrä verkkovirran ja tasajännitteen periaatteelliset käyrämuodot, kun kommutointi
huomioidaan. (1 p)

Laske kommutointikulman suuruus. (1 p)

Laske kommutoinnin vaikutus sillan tuottamaan tasajännitteeseen. (1 p)

4. Yksivaiheinen tyristorisilta, jonka sytytyskulma on 45 %, syöttää erilaisia dc-kuormia.
Esitä kytkennät sekä verkkojännitteen, tasajännitteen, tasavirran ja verkkovirran periaat-
teelliset käyrämuodot alekkain, kun

a)
0
o)
d)
o)

Kuorma on puhtaasti resistiivinen. (1p)

Kuorma muodostuu kondensaattorin ja kuormavastuksen rinnankytkennästä. (2p)
Kuorma on vakiovirtatyyppinen. (1p)

Laske syöttövirran särö kohdan c) tapauksessa. (1p)

Miten edelliseen kohtaan nähden syöttövirran särö muuttuu kohtien a) ja b) tapauksis-
sa. (1p)

5. 12-pulssinen tasasuuntaaja, joka muodostuu sarjaankytketyistä diodisilloista ja tarvitta-
vasta muuntajakytkennästä. Muuntajan toision kierrosluvut on valittu siten, että siltoja
syöttävät vaihejännitteet vastaavat ensiön vaihejännitteitä. Suuntaajan kuormaksi olete-
taan vakovirtakuorma.

2)
»)

o)

Piirrä kytkentä ja merkitse kuvaan syötön ja suuntaajien vaihevirrat sekä muun-
tajan käämivirrat. (2p)

Johda muuntajan toisio- ja ensiökäämien virroille yhtälöt yhden vaiheen osalta
lähtien suuntaajien syöttövirroista. (2 p)

Piirrä alekkain siltojen, muuntajakäämien ja syöttävän verkon virtojen periaat-
teelliset käyrämuodot yhden vaiheen osalta. (2 p)
€

TTY TEL-1040 Tasasuuntaajat
Tehoelektroniikka
Heikki Tuusa, Sami Pettersson tentti 15.10.2007

1) Laske kuvassa esitetylle virralle

2)

3)

a) Fourier-sarjan kolme ensimmäistä termiä (2 p),
b) särö (2 p),

c) kokonaistehokerroin (2 p).

a

   

Kuvan kytkennässä tyristoria ohjataan sytytyskulmalla a = 90.

a) Piirrä jännitteiden us, ur, ja ur sekä virran i käyrämuodot. (2 p)

b) Laske jännitteen ur tehollisarvo. (2 p)

c) Laske virran i tehollisarvo. (1 p)

d) Miten virran i ja kuorman yli vaikuttavan jännitteen käyrämuodot muuttuvat,
kun kuormana olevan vastuksen kanssa sarjaan kytketään pieni induktanssi?
(1p)

vcr näin) R

 

Piirrä esimerkkikuvat seuraavista tyristoritasasuuntauskytkennöistä ja niiden
tuottamasta tasajännitteestä, kun kuormama on ideaalinen vakiovirtakuorma ja
sytytyskulma & on 60".

a) Kolmivaiheinen ja kolmipulssinen puolisilta. (1p).

b) Kolmivaiheinen nolladiodilla varustettu kolmipulssinen puolisilta. (1).

c) Kolmivaiheinen täysinohjattu kokosilta. (1p).

d) Kolmivaiheinen täysinohjattu, nolladiodilla varustettu kokosilta. (1p).

e) Kolmivaiheinen puoliksiohjattu kokosilta. (2p).

TEHTÄVÄT 4 JA 5 PAPERIN KÄÄNTÖPUOLELLA!
4)

5)

Ideaalista kolmivaiheista tyristoritasasuuntaussiltaa (kommutointikulma 0?) syöte-
tään 400 V:n ja 50 Hz:n kolmivaiheverkosta. Siltaa ohjataan ohjauskulmalla a =
45% ja kuormana on 20 A:n vakiovirtakuorma.

a) Piirrä kytkentä. (1p)

b) Piirrä samaan kuvaan syöttävän verkon vaihejännitteet sekä sillan positiivisen
ja negatiivisen kiskon jännitteet verkon tähtipistettä vasten. Piirrä tämän perus-
teella sillan tuottaman tasajännitteen käyrämuoto. (2)

o) Johda piirroksen perusteella sillan tuottaman tasajännitteen keskiarvon lause-
ke. (2p)

d) Laske sillan tuottaman tasajännitteen keskiarvo. (1 p)

Yksivaiheisen tyristoritasasuuntaussillan kommutointi. Siltaa syötetään 230

V:n ja 50 Hz:n vaihtojännitteellä. Sillan sytytyskulma a on 60", kommutointi-

induktanssi L, on 1 mH ja kuormaksi oletetaan 10 A:n vakiovirtakuorma.

a) Esitä lyhyesti, mitä kommutoinnilla tarkoitetaan. (1p)

b) Esitä erikseen yhteen kommutointitapahtumaan osallistuvat virtapiirin osat.
(1p)

o) Piirrä verkkovirran ja tasajännitteen periaatteelliset käyrämuodot, kun kommu-
tointi huomioidaan. (1p)

d) Laske kommutointikulman suuruus. (1p)

e) Laske kommutoinnin vaikutus sillan tuottamaan tasajännitteeseen (2 p).

TEHTÄVÄT 4 JA 5 PAPERIN KÄÄNTÖPUOLELLA!