Kraftelektronikk (Elkraft 2 høst), øvingssett 2, høst 2005 - Of the Clux

Kraftelektronikk (Elkraft 2 høst), øvingssett 2, høst 2005© Ole-Morten MidtgårdHiA 2005Ingen innlevering. Det gis veiledning tirsdag 27. september og tirsdag 11. oktober.Oppgave 1Figuren nedenfor viser en enkel likeretter. Anta at dioden er ideell. Gitt at( t)= 2 ⋅ 230 ⋅ sinωt, hvor ω = 2π 50 .v sa)• Tegn spenningen v d (t) over lastmotstanden R som en funksjon av tiden. (Dette erutgangsspenningen fra likeretteren.)• Tegn spenningen over dioden som en funksjon av tiden.• Beregn gjennomsnittsverdien V d av utgangsspenningen v d (t).En reell komponent har alltid et spenningsfall i på-tilstanden. Hvis dette spenningsfalletsynker med økende temperatur, sier vi at komponenten har negativ temperaturkoeffisient forpå-motstanden.b)Forklar hvordan det kan oppstå behov for å parallellkople krafthalvledere, og redegjørfor hvorfor en eventuell negativ temperaturkoeffisient vanskeliggjør slikparallellkopling.Side 1 av 5

Oppgave 2En enfase diodelikeretter vises i figuren under. Nettspenningen er 230 V (rms). Lasten kanrepresenteres som en konstant dc-strøm I d = 10 A. Nettfrekvensen er 50 Hz.+v si sL sv dI d-I den første del av oppgaven antas at kraftnettet er stivt, det vil si at L s = 0.a)b)c)d)e)f)g)Tegn dc-spenningen v d (t).Beregn gjennomsnittlig dc-spenning V d0 .Tegn nettstrømmen i s (t). Angi hvilke dioder som leder i de forskjellige intervallene.Beregn rms-verdien I s av nettstrømmen.Beregn rms-verdien til den førsteharmoniske av nettstrømmen, I s1 .Beregn aktiv effekt P, tilsynelatende effekt S og effektfaktor PF = P/S for dennelikeretteren. Er det noen forskjell i aktiv effekt på ac-siden og dc-siden?Hvorfor er tilsynelatende effekt større enn aktiv effekt selv om den 1. harmoniskestrømmen er i fase med nettspenningen?Videre i oppgaven antas L s = 5 mH, ellers ingen endringer.h)Forklar hva kommuteringsintervallet u er, og hvorfor det oppstår.Side 2 av 5

i)j)Beregn kommuteringsintervallet u og gjennomsnittlig dc-spenning V d . Hvor stort erkommuteringsspenningsfallet?Finn et uttrykk for nettstrømmen i s (t) mens kommuteringen pågår. Tegn dcspenningenv d (t) og nettstrømmen i s (t) i samme diagram.Oppgave 3: Forvrengning av spenningStuder figuren under – figur 5-25 i læreboka. Følgende gjelder:• V s = 230 V (rms-verdien til v s )• f = 50 Hz• L s1 = 2.5 mH• L s2 = 2.5 mH• R s = 0Videre erstattes dc-siden med en strømkilde i denne oppgaven, slik at• i d = I d = 10 A(L s1 representerer nettinduktans, mens L s2 representerer induktans til en mulig transformatoreller annen magnetisk komponent som brukes sammen med diodelikeretteren. Spenningenv PCC representerer derfor spenningen vi får i stikkontakten. Verdiene som er brukt er ikkenødvendigvis realistiske i forhold til en reell situasjon, men er brukt for å illustrere poengene.)Se i første omgang bort fra ”other equipment”.a)b)Finn kommuteringsintervallet u for omformeren.Skisser i s og v s i samme figur. Indiker kommuteringsvinkelen u.Side 3 av 5

c)d)Finn og skisser spenningen v PCC .Anta nå at dc-siden er som vist i figuren (altså ikke lengre en konstant strøm, men enkondensator i parallell med en resistans). Anta diskontinuerlig strøm i s , og tegn enskisse av hvordan i s og v PCC kan bli seende ut nå. Forklar.Oppgave 4: Strøm i nøytrallederenStuder figuren under – figur 5-28 i læreboka. Systemet tilsvarer det vi i Norge kaller et TNsystem.(I Norge vil spenningene være henholdsvis 400 V (linjespenning) og 230 V(fasespenning), men det er ikke så viktig i denne sammenhengen.) De tre spenningskildeneutgjør et symmetrisk trefasesystem. Den fjerde lederen kalles nøytrallederen.a)b)c)d)e)Anta først at hver av lastene er impedanser, R + jX. Hva blir strømmen i n inøytrallederen?Anta nå at hver av lastene er en enfase diodelikeretter. Som vi kjenner til, inneholderstrømmen fra slike mye forvrengning. Anta at strømmen er større enn null i 60º ellermindre for hver halvperiode (180º) av spenningen. Skisser en mulig strøm for fase a, bog c. Tegn disse under hverandre. (For å gjøre tegningen enkel kan du godt lastrømmen se ut som en firkantpuls.)Tegn strømmen i nøytrallederen i n basert på svaret i oppgave b.Hva er i n sin grunnharmoniske frekvens?I dette tilfellet er I n = 3I line , der I n er rms-verdien til i n og I line er rms-verdien tillinjestrømmen. Vis dette. Har dette resultatet noen praktisk betydning?Side 4 av 5

Oppgave 5Gjør oppgavene i det utdelte notatet ”Introduction to three-phase line-commutated rectifiersand inverters”.Side 5 av 5