Opgaven elektrische machines ACE 2013 1a. Geef de relatie tussen koppel en stroom bij een gelijkstroommachine 1b. Geef de relatie tussen hoeksnelheid en geïnduceerde spanning van een gelijkstroommachine 2. Een gelijkstroommachine is aangesloten op een spanning van 80 [V]. Er geldt dan: nullast toerental = 4000 [rpm] nullast stroom = verwaarloosbaar. koppel bij stilstand = 150 [Nm]. a. Geef in een grafiek de koppel-toeren kromme van de gelijkstroommachine bij 80 [V]. b. Geef in een grafiek de koppel-toeren kromme van de gelijkstroommachine bij 40 [V]. c. Bepaal de ankerweerstand en koppelconstante (in [Nm/A]) van deze machine. 3a. Een gelijkstroommotor is aangesloten op een H-brug (zie figuur).
Er geldt: Ui = 150 [V] Ra = 0.2 [] km = 0.35 [Nm/A] Er geldt: de machine draait rechtsom als de spanning op de A aansluiting postief is tov de spanning op de B-aansluitingen. a) Bereken de duty-cycle van de 4 mosfets om een koppel te genereren van 20 [Nm] bij een toerental van 3000 [rpm] rechtsom. De machine werkt als motor. b) Bereken de duty-cycle van de 4 mosfets om een koppel te genereren van 20 [Nm] bij een toerental van 3000 [rpm] rechtsom. De machine werkt als motor. c) Bereken de duty-cycle van de 4 mosfets om een koppel te genereren van 20 [Nm] bij een toerental van 3000 [rpm] rechtsom. De machine werkt als generator. d) Bereken de duty-cycle van de 4 mosfets om een koppel te genereren van 20 [Nm] bij een toerental van 3000 [rpm] rechtsom. De machine werkt als generator. e) Bereken de efficiency van de motor in het geval van vraagstuk a en b. d) Bereken het maximale toerental bi een belasting van 20 [Nm].
Question 4 A 36V fuel cell is used as a range extender in a hybrid electric vehicle. The battery pack in the vehicle has a voltage of 96V. A dc-dc converter is used to connect the fuel cell to the battery. Assume that the fuel cell charges the battery with a current of 5A (see figure).
a. What is the name of the dc-dc converter? b. Calculate the duty-cycle to obtain a conversion from 36V input to 96V output. c.
Calculate the average input current.
d. Show in a graph the current through the mosfet as a function of the time. e. Show in a graph the current through the diode as a function of the time. f.
A mosfet is used in the circuit above. What other component could be used as switching component instead of the mosfet?
Opgave 5 Nevenstaande figuur toont het statorhuis van een draaistroom machine. Door de 3 statorspoelen U, V en W lopen 3 sinusvormige stromen met een frequentie van 33.333 [Hz]. Er geldt: IU(t)=60*sin(t), IV(t)=60*sin(t-120°) en IW (t) =60*sin(t+120°) a. Hoeveel polen heeft de machine? b. Teken het veld op de momenten t=0[ms], t=5[ms], t=10[ms], t=15[ms], t=20[ms], t=25[ms] en t=30[ms]. c.
Stel dat we de stroom door de spoelen IV en IW verwisselen, dus:
IU(t)=60*sin (t) , IV(t)=60*sin (t+120°) en IW (t) =60*sin (t-120°). Teken opnieuw het veld op de momenten t=0[ms], t=5[ms], t=10[ms], t=15[ms], t=20[ms], t=25[ms] en t=30[ms]
Opgave 6 In nevenstaande figuur is voor 6 verschillende situaties het statoren rotorveld van een synchrone machine gegeven. Het toerental en de statorstromen zijn bij alle figuren even groot. a. In welke figuren werkt de machine als generator? b. In welke figuren is er sprake van veldverzwakking? c. Bij welke figuren is het koppel 0 [Nm]? d. Bij welke figuren is het koppel absoluut gezien maximaal? e. Bij welke figuur is de spanning over de statorspoelen het grootst? f. Bij welke figuur is de spanning over de statorspoelen het kleinst? Opgave 7 Een 6-polige synchrone machine is aangesloten op een 3-fase systeem met een frequentie van 40 [Hz]. Bereken het toerental van het draaiveld. Opgave 8 a. Geef aan wat de verschil is in de constructie van een synchrone en asynchrone machine? b. Verklaar de naamgeving van synchrone en asynchrone machine. c. Geef aan waarom een asynchrone machine over het algemeen een lager rendement heeft. d. Geef aan wat de voordelen van een asynchrone machine zijn boven een synchrone machine. Opgave 9 Een 4-polige asynchrone machine is aangesloten op een 3-fase systeem. De volgende gegevens gelden: - nominaal toerental = 1440 [rpm] - nominale frequentie = 50 [Hz] - nominaal vermogen = 20 [kW] a. Bepaal het nominale koppel b. Bepaal het nominale synchrone toerental c. Bepaal het toerental als de machine belast wordt met een koppel van 60 [Nm]. Het koppel mag gelineariseerd worden in het werkgebied.
Opgave 10 Onderstaande figuur toont het maximum piek koppel en continue koppel van een synchrone machine als functie van de tijd. De grafiek geldt bij een batterij spanning van 500 [V].
a. Verklaar waarom het maximum koppel inzakt als het toerental groter wordt dan 3000 [rpm]? b. Maak een schets van het maximum continue koppel als functie van het toerental bij een batterijspanning van 300 [V].
c. Vraag 11 Onderstaande figuur toont de efficiency map van een asynchrone machine.
De motor is aangesloten op een batterij van 250 [V] die een maximale stroom kan leveren van 160 [A]. De inverter efficiency is 98%. a. Bepaal het maximale asvermogen dat de motor kan leveren bij een toerental van 1500 [rpm]. b. Bepaal het maximale asvermogen dat de motor kan leveren bij een toerental van 3000 [rpm].
Opgave 12 Toon de signalen UH, UL, VH, VL, W H en W L als functie van de tijd om de brushless DC-motor in onderstaande figuur te laten draaien met 1500 [rpm] tegen de klok in. Geef de schaalverdeling langs de tijd-as.
Opave 13 Teken het schema van een 3-fase inverter waarin MOSFET’s zijn opgenomen in plaats van IGBT’s. Opgave 14 Nevenstaande figuur toont het schema van een 3-fase inverter. De batterijspanning is 240 [V]. De B- aansluiting van de batterij is de nul ( 0 [V]). De schakelfrequentie van de IGBT’S is 10 [kHz]. a. Teken de signalen g1 t/m g6 om de volgende spanningen te genereren: spanning U = 60 [V] spanning V = 120 [V] spanning W = 180 [V] b. Geef formules voor de signalen g1 t/m g6 als we een 3-fase spanningssysteem op de spoelen willen met amplitude van 80 [V], dus als: UU(t) = 120 + 80 * sin (t) UV(t) = 120 + 80 * sin (t-120°) UW(t) = 120 + 80 * sin (t+120°) c. Wat is de maximale waarde van de amplitude en effectieve waarde van een sinusvormige spanning die we kunnen genereren bij een batterijspanning van 240 [V].
