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Fachhochschule Stralsund
Fachbereich Elektrotechnik und Informatik
Prof. Dr. Cremer
23.06.2004
Fragen
zur Wiederholung und Prüfungsvorbereitung
für das Fach
"Leistungselektronik "
1.
Grundlagen
1.1
1.9.
1.10
1.11.
Erläutern Sie die Realisierung der "Wandlung" und "Steuerung" als Grundaufgaben der
Leistungselektronik!
Erläutern Sie die Unterscheidung von Stromrichtern nach ihrer "äußeren" und "inneren" Funktion!
Erklären Sie die Begriffe "netzgelöscht" und "selbstgelöscht"!
Nennen Sie die wichtigsten leistungselektronischen Halbleiter-Bauelemente! Charakterisieren Sie sie
durch ihr statisches Verhalten!
Erläutern Sie anhand von Diagrammen den Ausschaltvorgang bei einem Thyristor!
Was versteht man unter "Freiwerdezeit" und "Schonzeit" eines Thyristors?
Welche Verluste treten bei einem steuerbaren Halbleiterventil auf?
Welche Arten der Kühlung von Halbleiterventilen sind Ihnen bekannt?
Erläutern Sie die Bestimmung der Temperatur (z.B. Sperrschichttemperatur) mittels des thermischen
Widerstandes!
Erläutern Sie die wichtigsten Beschaltungsmaßnahmen am Thyristor!
Was ist bei der Reihenschaltung und Parallelschaltung von Halbleiterventilen zu beachten?
Erklären Sie die Begriffe "Triac", "GTO", "Frequenzthyristor", "Netzthyristor
2.
Netzgelöschte Stromrichter
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
Erläutern Sie die Begriffe "Pulszahl", "Kommutierungszahl"!
Worin unterscheiden sich Einwegschaltungen und Zweiwegschaltungen?
Erläutern Sie den Unterschied zwischen einer M2- und einer B2-Schaltung!
Erläutern Sie, wie durch gleichstromseitige Reihenschaltung zweier Mittelpunktschaltungen eine
Brückenschaltung entsteht!
Erklären Sie die Begriffe "Stromflußwinkel", "Steuerwinkel", "ideeller Gleichspannungswert"!
Erläutern Sie an einer Zweipulsschaltung den Verlauf der Spannungen und Ströme für α > 0° bei
ohmscher und ohmsch-induktiver Belastung! Mit welcher Spannung wird der Thyristor maximal
belastet?
Wie groß ist bei der Einpulsschaltung bei ohmscher Last die ideelle Gleichspannung Udio und der
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
1.8.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
2.13.
2.14.
2.15.
Effektivwert Udeff (α = 0°)?
Was drückt die Steuerkennlinie eines Stromrichters aus und wie verläuft sie beim Einpulsgleichrichter
mit ohmscher Belastung?
Erläutern Sie beim ungesteuerten Einpulsgleichrichter den Verlauf der Spannungen und Ströme bei
ohmsch-kapazitiver Last! Mit welcher Spannung wird der Thyristor maximal belastet?
Erläutern Sie die Wirkung einer Freilaufdiode am Beispiel des ohmsch-induktiv belasteten
Einpulsgleichrichters!
Erläutern Sie die Begriffe "ideelle Gleichstromleistung", "netzseitige" und "ventilseitige
Scheinleistung", "Bauleistung" eines Stromrichtertransformators!
Wie groß ist die Bauleistung bei einem Einpulsgleichrichter und welche Schlußfolgerungen ergeben
sich daraus für die Anwendung bei größeren Leistungen?
Erklären Sie, warum beim Einpulsgleichrichter eine Vormagnetisierung des Transformators auftritt!
Skizzieren Sie den elektrischen Aufbau einer M3-Schaltung bei ohmsch-induktiver Belastung!
Skizzieren Sie in Liniendiagrammen den Verlauf von Gleichspannung, Ventilströmen und Gleichstrom
bei idealer Glättung und α > 0°! Wie lautet der Ansatz zur Berechnung des
Gleichspannungsmittelwertes? Wie lautet das Ergebnis? Wie hoch ist die spannungsmäßige Belastung
der Ventile?
Erklären Sie bei der M3-Schaltung das Auftreten einer Vormagnetisierung der Trafoschenkel!
1
2.16.
2.17.
2.18.
2.19.
2.20.
2.21.
2.22.
2.23.
2.24.
2.25.
2.26.
2.27.
2.28.
2.29.
2.30.
2.31.
2.32.
2.33.
2.34.
2.35.
2.36.
2.37.
2.38.
2.39.
2.40
2.41.
2.42.
2.43.
2.44.
Welche Harmonische des sekundären Transformatorstromes ist für die Übertragung der Wirkleistung in
den Gleichstromkreis verantwortlich?
Wie groß ist die Bauleistung des Transformators bei der M3-Schaltung?
Geben Sie die Steuerkennlinie eines M3-Stromrichters bei nichtlückendem Strom an! Charakterisieren
Sie die Arbeitsbereiche!
Erläutern Sie die Begriffe "Gleichrichterbetrieb" und "Wechselrichterbetrieb"!
Was versteht man unter dem "Kippen" eines Wechselrichters? Warum kann der Steuerwinkel nicht bis
180° ausgedehnt werden? Benutzen Sie zur Erläuterung das Liniendiagramm zum Verlauf der
Spannung am Ventil!
Erklären Sie am Beispiel des Dreipulsgleichrichters das Auftreten induktiver Blindleistung beim
Steuerwinkel α > 0°! Wie groß ist der Verschiebungsfaktor? Wie verläuft die Blindlastkurve?
Erklären Sie das Auftreten von Verzerrungsblindleistung!
Geben Sie die Beziehungen zwischen den einzelnen Leistungsgrößen in einen Stromkreis mit
sinusförmiger Spannung und nichtsinusförmigen Strom an!
Erklären Sie den Vorgang der Kommutierung! Wodurch wird eine ideale Kommutierung verhindert?
Wie verlaufen Kommutierungsspannung und Kommutierungsstrom?
Diskutieren Sie qualitativ die Abhängigkeit des Überlappungswinkels u vom Steuerwinkel α, von der
Kommutierungsspannung, von den Kommutierungsinduktivitäten und vom Gleichstrom Id!
Was versteht man unter dem Anfangsüberlappungswinkel uo?
Welche Bedeutung hat der Überlappungswinkel für die maximale Wechselrichteraussteuerung?
Erklären Sie die Begriffe "Löschwinkel", "Voreilwinkel" und "Trittgrenze" des Wechselrichters!
Welche Bedingungen bestehen hinsichtlich der Freiwerdezeit der Ventile?
Erläutern Sie das Auftreten eines induktiven Gleichspannungsabfalls Dx! Von welchen Größen hängt er
ab? Was versteht man unter dem bezogenen Gleichspannungsabfall dx?
Geben Sie die Belastungskennlinie des realen Stromrichters bei idealer Glättung an und erläutern Sie
die Ursachen für das Abfallen der Spannung!
Welche Auswirkungen hat die verzögerte Kommutierung auf das Blindleistungs- und
Spannungsverhalten des Stromrichters?
Welche Probleme können sich bei einer im Bremsbetrieb arbeitenden stromrichtergespeisten
Gleichstrommaschine ergeben, wenn es zu Einbrüchen in der Netzspannung kommt? Wie wirkt sich
eine Überlastung der Gleichstrommaschine aus?
Skizzieren Sie den Schaltplan einer Drehstrom-Brückenschaltung (B6)! Erläutern Sie den zeitlichen
Verlauf der Gleichspannung und der Strangströme bei idealer Glättung anhand von Liniendiagrammen!
Wie groß ist bei der B6-Schaltung der arithmetische Mittelwert der ideellen Gleichspannung? Wie groß
ist die maximale Spannungsbelastung der Ventile?
Warum kann bei der B6-Schaltung unter welchen Umständen auf einen Stromrichtertrafo verzichtet
werden?
Warum müssen in einer Stromrichterschaltung Kommutierungsinduktivitäten vorgesehen werden?
Wie groß ist die Bauleistung des Stromrichtertransformators bei der B6-Schaltung?
Was ist bei der B6-Schaltung bezüglich der Aussteuerung der Ventile zu beachten, um ein Anlaufen der
Schaltung zu erreichen?
Welche Aussagen hinsichtlich der Ordnungszahl der Oberschwingungen der Gleichspannung lassen
sich treffen? Wie ist das Verhältnis der Amplituden einer Oberschwingung bei α > 0° zu der
bei α = 90°?
Welche Netzrückwirkungen können beim Betrieb eines Stromrichters auftreten?
Welche Aussagen hinsichtlich der Ordnungszahl der Stromoberschwingungen auf der
Wechselstromseite (Leiterströme) eines Stromrichters mit idealer Glättung lassen sich treffen? Welche
Beziehung besteht zwischen dem Effektivwert der Grundschwingung und dem der m-ten
Oberschwingung? Welchen Einfluß hat der Steuerwinkel α? Welchen Einfluß hat der
Überlappungswinkel u ?
Welche Auswirkungen haben die netzseitigen Oberschwingungsströme eines Stromrichters?
Erklären Sie am Beispiel der B6-Schaltung, welche Auswirkungen die Kommutierungvorgänge
(XNetz ≠ 0) auf den Spannungsverlauf an den Netzanschlußpunkten des Stromrichters haben!
Wovon hängt die Höhe der durch Kommutierungsvorgänge hervorgerufenen Spannungseinbrüche an
den Netzanschlußpunkten des Stromrichters ab?
2
3.
Elektronische Schalter für Wechsel-und Drehstrom
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise eines elektronischen Schalters für Wechselstrom!
Was versteht man unter einem Wechselwegpaar?
Was versteht man unter der fiktiven Schaltleistung?
Was ist beim Schalten induktiver Verbraucher zu beachten ?
Nennen Sie Anwendungsmöglichkeiten elektronischer Schalter!
Vergleichen Sie die wesentlichsten Eigenschaften elektronischer Schalter mit denen
elektromechanischer Schütze!
4.
Elektronische Steller für Wechsel- und Drehstrom
4.1
4.2
4.3
4.14
Erläutern Sie Aufbau und Wirkungsweise eines elektronischen Stellers für Wechselstrom!
Welche grundsätzlichen Steuermöglichkeiten bestehen für Wechselstromsteller?
Leiten Sie die Steuerkennlinien für ohmsche und für induktive Last bei Anschnittssteuerung ab! Geben
Sie den Verlauf der Steuerkennlinien an!
Geben Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung und des Stromes an der Last bei ohmscher
und bei induktiver Belastung an!
Wie ist die Stromführungsdauer bei den o.g. Lastverhältnissen?
Warum muß bei einer Lastinduktivität L≠0 mit sog. Langimpulsen gearbeitet werden?
Bei welchem Steuerwinkel wird bei ohmsch-induktiver Last Vollausteuerung erreicht?
Wodurch kommt es beim Wechselstromsteller zum Auftreten induktiver Blindleistung?
Wie berechnet sich der Leistungsfaktor bei ohmscher Last?
Wie berechnet sich die Steuerkennlinie bei der Schwingungspaketsteuerung?
Wovon hängt der Leistungsfaktor bei der Schwingungspaketsteuerung ab?
Wo liegen die Anwendungen von Wechselstromstellern?
Geben Sie die wichtigsten Schaltungsvarianten von Drehstromstellern an und
charakterisieren Sie diese!
Nennen Sie Anwendungen für den Drehstromsteller!
5.
Blindleistungsarme Schaltungen
5.1
Erläutern Sie, wodurch es bei netzkommutierten Stromrichtern zum Auftreten von
Blindleistung kommt!
Erklären Sie die Begriffe Leistungsfaktor und Verschiebungsfaktor! Welcher Zusammenhang
besteht zwischen ihnen?
Durch welche Schaltungstechniken kann der Blindleistungsbedarf von netzkommutierten
Stromrichtern verringert werden? Womit wird das in den meisten Fällen erkauft?
Erläutern Sie die Wirkung einer Freilaufdiode an Hand des Einpulsgleichrichters!
Erläutern Sie Schaltung und Funktionsweise einer halbgesteuerten Brückenschaltung (B6H)!
Inwiefern ergibt sich eine Verbesserung des Leistungsfaktors?
Skizzieren und vergleichen Sie die Steuerkennlinien einer vollgesteuerten Brückenschaltung
(B6C) bei 1). nichtlückendem Strom, 2.) bei ohmscher Last und 3.) einer (B6H)-Schaltung
bei nichtlückendem Strom!
Skizzieren Sie die Schaltung eines Stromrichters in Zu-und Gegenschaltung und erläutern
Sie die Funktionsweise! Wie kann erreicht werden , daß auch bei Einhaltung der Wechselrichtertrittgrenze die Spannung Null einstellbar ist?
Skizzieren Sie die Schaltung und erläutern Sie die Betriebsweise eines netzgeführten
Stromrichters mit Folgesteuerung ! Worin besteht der Vorteil dieser Schaltung?
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
6.
Umkehrstromrichter
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
Erläutern Sie den 2-Quadrantenbetrieb eines vollgesteuerten Stromrichters!
Wodurch wird ein 4-Quadrantenbetrieb eines Stromrichters erforderlich?
Wodurch läßt sich der 4-Quadrantenbetrieb des Stromrichters erreichen?
Was versteht man unter Kreisstrom und wie kommt er zustande?
Erläutern Sie die einzelnen Betriebszustände beim Umsteuern des Ankerstromes
eines Gleichstrommotors durch einen kreisstromfreien Umkehrstromrichter!
3
6.6
6.7
Welche Bedingung gilt für die Steuerwinkel der antiparallelen Teilstromrichter eines
kreisstrombehafteten Stromrichters?
Wo liegen die Vor- und Nachteile der kreistrombehafteten Schaltungen?
7.
Wechsel- und Drehstromumrichter
7.1
7.9
7.10
7.11
Welche grundsätzlichen technischen Lösungen für Wechsel- bzw. Drehstromumrichter sind
Ihnen bekannt?
Wodurch unterscheidet sich die Arbeitsweise eines Direktumrichters von der eines
Umkehrstromrichters?
Erläutern Sie die Schaltung und Betriebsweise eines Trapezumrichters!
Erläutern Sie die Schaltung und Funktionsweise eines Steuerumrichters!
Erklären Sie das Auftreten von Steuerblindleistung beim Steuerumrichter!
Erklären Sie das Auftreten von Modulationsleistung beim Direktumrichter!
Wie ist ein Direktumrichter für Drehstromausgang aufgebaut?
Welche Ausgangsfrequenzen bezogen auf die Eingangsfrequenz lassen sich mit
Direktumrichtern erreichen?
Nennen Sie Anwendungsbeispiele für Direktumrichter!
Wie ist ein netzgelöschter Zwischenkreisumrichter aufgebaut?
Nennen Sie praktische Anwendungen von netzgelöschten Zwischenkreisumrichtern!
8.
Stromrichter mit Zwangskommutierung
8.1
Vergleichen Sie die prinzipielle Arbeitsweise von netzgelöschten und selbstgelöschten
Stromrichtern!
Schildern Sie das Grundprinzip eines Einquadranten-Gleichstromstellers!
Mit welchen technischen Bauelementen kann das Zu- und Abschalten der Spannungsquelle
erreicht werden?
Erläutern Sie die Grundschaltung eines Thyristorgleichstromstellers! Geben Sie die
zeitlichen Verläufe sämtlicher Spannungen und Ströme unter der Bedingung Id= konst an!
Wozu dient die Freilaufdiode?
Wodurch werden minimale und maximale Einschaltzeit begrenzt?
Wozu dient ein Rückladekreis?
Welche Aufgabe hat der Nachladekreis?
Erläutern Sie die Steuerprinzipien zur Stellung der Ausgangsspannung bzw. des
Ausgangsstromes eines Gleichstromstellers anhand von Strom-Zeit-Diagrammen!
Erläutern Sie die Wirkungsweise eines Hochsetzstellers!
Erläutern Sie Schaltung , Funktion und zeitlichen Verlauf der Betriebsgrößen eines
Zweiquadranten-Gleichstromstellers mit Spannungsumkehr!
Geben Sie die prinzipielle Schaltungsanordnung eines Gleichstromstellers für den
4-Quadrantenbetrieb an! Erläutern Sie die Funktion in den vier Quadranten!
Inwiefern kann ein Gleichstromsteller für den 4-Quadrantenbetrieb auch als selbstgeführter
Wechselrichter aufgefaßt werden?
Geben Sie die die Schaltung eines Transistorgleichstromstellers an!
Welche Aufgabe hat das Entlastungsnetzwerk? Schildern Sie die Funktionsweise!
Geben Sie die wesentlichen Strom- und Spannungsverläufe am Transistor-Chopper an!
Leiten Sie die Bedingung für die Größe des Löschkondensators bei Id=konst. eines
Thyristorgleichstromstellers ab!
Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau und erläutern Sie die Funktionsweise eines
einphasigen Spannungs-Wechselrichters!
Wozu sind die Rücklaufdioden erforderlich?
Welche prinzipiellen Steuermöglichkeiten zur Erzielung einer variablen Ausgangsspannung
gibt es beim U-Umrichter und welche Vor- und Nachteile haben Sie?
Was versteht man unter einem Pulswechselrichter?
Skizzieren Sie die Schaltung eines dreiphasigen U-Umrichters und erläutern Sie die
Ansteuerung bei π-Einschaltung der Ventile!
Erläutern Sie die Ermittlung der Schaltwinkel durch die Sinus-Dreieck-Modulation!
Was versteht man unter dem Unterschwingungsverfahren?
7.2
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
8.2
8.3
8.4
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8.21
8.22
8.23
8.24
4
8.25
8.26
8.27
Erläutern Sie das Prinzip der Schaltwinkelbestimmung über die Berechnung der
Harmonischen! Nach welchen Kriterien kann die Bestimmung erfolgen?
Wie erfolgt die Zweipunktregelung?
Wie erfolgt die Anschaltung eines U-Wechselrichters an ein starres Netz und welche
Betriebszustände können mit welchen Parametern eingestellt werden?
9.
Literaturhinweise
9.1
9.2
9.3
9.3
9.4
9.5
9.6
9.7
J. Specovius
Brosch u. a.
Jäger, Stein
Bystron
Kloss
Anke
Michel
Jenni, Wüest
Grundkurs Leistungselektronik
Leistungselektronik
Leistungselektronik-Grundlagen und Anwendungen
Leistungselektronik
Stromrichter-Netzrückwirkungen in Theorie und Praxis
Leistungselektronik
Leistungselektronik
Steuerverfahren für selbstgeführte Stromrichter
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