Vermogenselektronica en aandrijvingen: oefenopgaven en tentamenvragen

DC-DC-omzetters: een schakelaar S staat gedurende de fractie D van elke periode T = 1/f aan. In de stationaire toestand is de gemiddelde spoelspanning nul (volt-secondebalans), wat de ideale omzettingsverhoudingen geeft bij continue geleiding: buck V_o = D·V_in, boost V_o = V_in/(1 − D), inverterende buck-boost |V_o| = V_in·D/(1 − D). Een ideale omzetter behoudt het vermogen: V_in·I_in = V_o·I_o. Zolang S aan staat, stijgt de spoelstroom met ΔI_L = V_L·D·T/L, met V_L = V_in − V_o voor de buck en V_in voor de boost en de buck-boost. De uitgangsrimpel is ΔV_o = ΔI_L/(8fC) voor de buck en I_o·D/(fC) voor de boost en de buck-boost. De spoelstroom raakt net nul (de grens van continue geleiding) als de gemiddelde spoelstroom gelijk is aan ΔI_L/2.

Gelijkstroommotor: het anker is een weerstand R_a in serie met de tegen-EMK E, dus V = E + I_a·R_a. De tegen-EMK groeit met het toerental, E = k·ω, en het koppel met de stroom, T = k·I_a, met dezelfde motorconstante k (V·s/rad = N·m/A) in SI-eenheden. Reken toerentallen om met ω = 2π·n/60. Het ontwikkelde vermogen is E·I_a = T·ω; het ingangsvermogen is V·I_a, en het koperverlies I_a²R_a en het rotatieverlies vormen het verschil. Het toerental daalt lineair met het koppel, ω = V/k − R_a·T/k², van het onbelaste toerental V/k tot nul bij het blokkeerkoppel k·V/R_a. In stilstand is E = 0, dus de aanloopstroom V/R_a is groot, tenzij een weerstand hem beperkt.