Energoelektronika i napędy: zadania i pytania egzaminacyjne

Przekształtniki impulsowe i napędy elektryczne: przetwornice obniżające, podwyższające i odwracające wraz z tętnieniami i trybami przewodzenia, silniki prądu stałego i regulacja ich prędkości oraz prąd przemienny, który je zasila.

Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.

Zestaw na powtórkę (PDF)Wzory, kroki metod i zadania z pełnymi rozwiązaniami, gotowe do wydruku.

Tematy w tym przedmiocie

  1. Przetwornice DC-DCidealne przekładnie napięciowe · tętnienia prądu cewki i prądy · tętnienia wyjścia i granica pracy z prądem ciągłymobliczenia
  2. Silniki prądu stałegosiła przeciwelektromotoryczna, prąd i moment · charakterystyka prędkość–moment i sprawność · rozruch i regulacja prędkościobliczenia
  3. Moc AC i współczynnik mocyP i Q odbiornika · prąd linii · kompensacja mocy biernejobliczenia
  4. Moc w układach trójfazowychnapięcia i prądy w symetrycznych układach Y i Δ · moc trójfazowa · kompensacja mocy biernejobliczenia

Wskazówki egzaminacyjne: Energoelektronika i napędy

  • Użyj bilansu woltosekundowego na cewce: średnie napięcie na cewce w ciągu okresu jest równe zero.
  • Pilnuj jednostek: µH, µF i kHz trzeba zamienić na H, F i Hz.
  • Dla silnika zamień obr/min na rad/s, zanim użyjesz E = k·ω lub P = T·ω.

Przykłady z rozwiązaniami

Przetwornice DC-DCŁatwy
+−12 VD = ?LCR−+48 V

Idealna przetwornica odwracająca ma wytworzyć −48 V z 12 V w trybie prądu ciągłego. Wyznacz współczynnik wypełnienia D.

Vin​ = 12 VVo​ = −48 V

Oblicz D

Pokaż podpowiedzi
  1. Zacznij od idealnej przekładni napięciowej: |Vo| = Vin·D/(1 − D).
  2. Rozwiąż ją względem D.
  3. D = |Vo|/(Vin + |Vo|).
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Przetwornice DC-DC: klucz S jest załączony przez ułamek D każdego okresu T = 1/f. W stanie ustalonym średnie napięcie na cewce jest równe zero (bilans woltosekundowy), co daje idealne przekładnie napięciowe przy prądzie ciągłym: przetwornica obniżająca Vo = D·Vin, podwyższająca Vo = Vin/(1 − D), odwracająca |Vo| = Vin·D/(1 − D). Idealna przetwornica zachowuje moc: Vin·Iin = Vo·Io. Gdy klucz S jest załączony, prąd cewki rośnie o ΔIL = VL·D·T/L, gdzie VL = Vin − Vo w przetwornicy obniżającej oraz Vin w podwyższającej i odwracającej. Tętnienia napięcia wyjściowego wynoszą ΔVo = ΔIL/(8fC) w przetwornicy obniżającej oraz Io·D/(fC) w podwyższającej i odwracającej. Prąd cewki tylko dotyka zera (granica pracy z prądem ciągłym), gdy średni prąd cewki jest równy ΔIL/2.

Przekładnia napięciowa

|Vo| = Vin·D/(1 − D)

Rozwiąż względem D

D = |Vo|/(Vin + |Vo|) = 0,8

Odpowiedź

D = 0,8
Silniki prądu stałegoŚredni
T (N·m)n (rpm)20 N·mn0​n = ?

Silnik prądu stałego (k = 0,8 N·m/A, Ra = 0,4 Ω) jest zasilany napięciem 110 V i napędza obciążenie o momencie 20 N·m. Wyznacz jego prędkość n w obr/min.

V = 110 Vk = 0,8 N·m/ARa = 0,4 ΩT = 20 N·m

Oblicz n (rpm)

Pokaż podpowiedzi
  1. Moment wyznacza prąd: Ia = T/k.
  2. Ia = 20/0,8 = 25 A.
  3. ω = (V − IaRa)/k.
Pokaż odpowiedź i rozwiązanie krok po kroku

Silnik prądu stałego: twornik to rezystancja Ra połączona szeregowo z siłą przeciwelektromotoryczną E, więc V = E + Ia·Ra. Siła przeciwelektromotoryczna rośnie z prędkością, E = k·ω, a moment z prądem, T = k·Ia, przy tej samej stałej silnika k (V·s/rad = N·m/A) w jednostkach SI. Prędkości zamieniaj wzorem ω = 2π·n/60. Moc wytworzona to E·Ia = T·ω; moc wejściowa to V·Ia, a różnicę stanowią straty w miedzi Ia²Ra oraz straty mechaniczne. Prędkość maleje liniowo z momentem, ω = V/k − Ra·T/k², od prędkości biegu jałowego V/k do zera przy momencie utyku k·V/Ra. W spoczynku E = 0, więc prąd rozruchowy V/Ra jest duży, o ile nie ogranicza go rezystor.

Prąd twornika

Ia = T/k = 20/0,8 = 25 A

Siła przeciwelektromotoryczna i prędkość

E = 110 − 25·0,4 = 100 V
ω = E/k = 125 rad/s → n = 1194 rpm

Odpowiedź

n = 1194 rpm

Jak wygląda ćwiczenie

  • „Ćwicz ten przedmiot” miesza zadania ze wszystkich jego tematów, jak na prawdziwym egzaminie.
  • Każde zadanie ma nowe wartości, więc uczysz się metody, a nie odpowiedzi.
  • Utknąłeś? Najpierw otwórz małą podpowiedź, a pełne wyjaśnienie dopiero wtedy, gdy go potrzebujesz.
  • Egzaminy próbne są mierzone czasem i nie mają podpowiedzi, a na końcu dostajesz wynik i pełne omówienie.

Kalkulatory do tego kursu

Kalkulator kompensacji mocy biernejKalkulator mocy trójfazowejKalkulator spadku napięcia

Powiązane przedmioty

Systemy elektroenergetyczne i maszyny elektryczneTeoria obwodów 2: obwody prądu przemiennegoPodstawy elektrotechnikiPrzygotowanie do egzaminu FE Electrical and ComputerElektronika 1Systemy mechatroniczneTeoria obwodów 1Automatyka 1
Ćwicz ten przedmiot za darmoĆwicz ten przedmiotNapisz egzamin próbny5 darmowych zadań dziennie. Bez karty.