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Klausuren

Verfasst: 26.07.2008 00:22
von zman
Klausur Leistungselektronik 2 (Prof. Bernet), 25. Juli 2008

1. Aufgabe:
ICE-Antrieb
(6 Punkte)

1.1
Zeichnen Sie das Schaltbild eines kompletten ICE-Antriebs nach dem 16,7Hz-Transformator!

1.2
Berechnen Sie den Effektivwert des Netzstromes (die Stromwelligkeit sei vernachlässigbar) auf der Sekundärseite des 16,7Hz-Trafos, wenn folgendes bekannt ist:
Netzeingangsspannung des Vierquadrantenstellers: U_{Netz}= 1430V (effektiv),
Wirkleistung des Fahrmotors: P_{W,Motor} = 1MW,
Phasenwinkel des Netzstromes: \varphi = 15^o (kapazitiv).

2. Aufgabe:
Leistungselektronische Bauelemente
(21 Punkte)

2.1
Geben Sie die Beziehungen zur näherungsweisen Berechnung der Durchlassverlustleistung im periodischen Betrieb von IGBT und MOSFET an!

2.2
Berechnen Sie die Gesamtverluste (Ansteuer- und Sperrverluste seien vernachlässigt) eines MOSFET mit R_{DS,on} = 5m\Omega, wenn folgendes gegeben ist:
U_{DS} = 200V wenn der MOSFET ausgeschaltet ist,
I_D = 50A wenn der MOSFET eingeschaltet ist,
t_{on} = t_{off} = 250ns, U und I steigen linear an,
f = \frac {1}{T}=500kHz
ohmsch-induktive Last mit Freilaufdiode (I = const.)

2.3
Warum wird ein GTO (IGCT) bei sinusförmiger Strombelastung während seiner gesamten Leitphase angesteuert?

2.4
WIe sind Abschaltstromverstärkungen von GTOs und IGCTs definiert und in welchen Größenordnungen liegen sie?

2.5
Welche Beschaltungsmaßnahmen sind für GTOs und IGCTs notwendig und welche Größen beeinflussen sie?

2.6
Nennen Sie Vor- und Nachteile von 1200V-IGBTs und MOSFETs?

2.7
Nennen Sie Anwendungsgebiete von IGBTs und MOSFETs!

2.8
Warum werden GTOs nicht mehr bei Neuentwicklungen eingesetzt?

2.9
Welche Unterschiede bestehen zwischen IGBT und MOSFET beim harten Ausschalten?

3. Aufgabe:
Selbstgeführter, spannungsgespeister dreiphasiger Wechselrichter mit Blocksteuerung, \pi-Einschaltung und in Stern geschalteter Last
(12 Punkte)

3.1
Geben Sie das Schaltbild eines spannungsgespeisten Wechselrichters mit symmetrischer induktiver Last, Nummerierung der Ventile und geteiltem Zwischenkreis sowie den relevanten Zählpfeilen an!

3.2
Skizzieren Sie das Zünddiagramm!

3.3
Leiten Sie aus den Erkenntnissen aus 3.1 und 3.2 die Phasenspannungen, die Konverterausgangsspannungen und die verketteten Spannungen ab und zeichnen Sie sie!

3.4
Berechnen Sie die notwendige Zwischenkreisspannung, wenn der Effektivwert der verketteten Spannungen 400V betragen soll!

4. Aufgabe:
Wechselspannungssteller mit Triac
(9 Punkte)

4.1
Zeichnen Sie das Schaltbild eines Wechselspannungsstellers mit ohmscher Last (z. B. Dimmer für Glühlampen) und allen relevanten Zählpfeilen!

4.2
Skizzieren Sie den Spannungsverlauf über der Last, wenn \alpha = 45^o ist!

4.3
Berechnen Sie für diese Schaltung das Steuergesetz!

5. Aufgabe:
Einphasiger selbstgeführter Vierquadrantensteller mit aktiv ausschaltbaren Leistungshalbleitern als Batterieladeeinrichtung (Gegenspannung!)
(8 Punkte)

5.1
Zeichnen Sie die Schaltung eines Vierquadrantenstellers mit Last (Reihenschaltung aus Spule, Batterie und Widerstand)!

5.2
Berechnen Sie das notwendige Tastverhältnis für unipolares Schalten, wenn
der Ladestrommittelwert I_{L,AV} = 10A betragen soll,
die Eingangsspannung U_0 = 36V,
die Batteriespannung U_B = 12V,
R = 1,2 \Omega
und eingeschwungener Zustand erreicht ist!

5.3
Berechnen Sie näherungsweise (R=0, linearer Stromanstieg) die Induktivität der Spule, damit bei 20kHz eine Stromwelligkeit von (I_{L,max} - I_{L,min}) = 1A gewährleistet ist!

6. Aufgabe:
Schwingkreiswechselrichter
(10 Punkte)

6.1
Zeichnen Sie jeweils die Schaltung eines parallel- und eines reihenkompensierten Wechselrichters mit Thyristoren und allen relevanten Zählpfeilen!

6.2
Geben Sie die Relation zwischen Steuer- und Resonanzfrequenz beider Schaltungen an!

6.3
Skizzieren Sie für beide Schaltungen den Verlauf der Lastgrößen (u, i)!

Zusatzaufgabe (4 Punkte)

Berechnen Sie gemäß 5.3 die Induktivität der Spule exakt (R > 0), damit bei 20kHz ein Stromrippel (I_{L,max} - I_{L,min}) = 1A gewährleistet ist!



Inklusive der Zusatzaufgabe waren also insgesamt 70 Punkte zu erreichen. Hinzu kommen maximal 8 Punkte für den ICE-Beleg.

Re: Klausuren

Verfasst: 13.08.2009 02:03
von nnv_2511
von bRaInLaG:

LE II Klausur SS09

1.2.
Skizzieren Sie UGE, iC und UCE während eines harten Ausschaltvorganges eines IGBT bei ohmsch-induktiver Last mit idealer Freilaufdiode und nicht lückendem Strom sowie unter Vernachlässigung von Kommutierungsinduktivitäten.

1.3.
Wodurch unterscheiden sich GTO und IGCT im Aufbau?

1.4.
Wie sind die Abschaltstromverstärkungen von GTOs und IGCTs definiert und in welchen Größenordnungen liegen sie?

1.5.
Wieso kann ein IGCT ohne Ausschaltentlastungsnetzwerk hart Ausschalten?

1.6.

Geben Sie jeweils die Schaltung eines Tiefsetzstellers einschließlich des mindestens benötigten Beschaltungsnetzwerkes an, wenn als aktiver Schalter ein GTO bzw. ein IGCT verwendet wird. Welche Größen werden durch die Beschaltungsnetzwerke jeweils beeinflusst?

1.7.
Welche Komponente eines IGCTs verursacht statistisch mehr als 50% aller auftretenden Fehler?

1.8.
Erklären Sie die Funktion des Schutzes eines IGCT-Zweipunkt-Spannungswechselrichters bei Auftreten eines Kurzschlusses im Stromrichter!
Worauf ist bei der Dimensionierung der Clamp-Induktivität bezüglich des Stromrichterschutzes zu achten?

1.9.
Nennen Sie die Funktion einer IGBT Gate Unit!

1.10.
Zeichnen und beschriften Sie das Schnittbild eines IGBT Moduls auf einem Kühlkörper.

1.11.
Geben Sie mindestens 6 Eigenschaften der Gehäusebauform Modul (z.B. IGBT Modul) an.

1.12.
Zeichnen Sie das Symbol eines Thyristors mit seiner üblichen Beschaltung!

2.
Geben Sie die Schaltung eines Stromrichter-Synchronmotors (Load Commutated Inverter (LCI)) an.

3. ICE Antrieb
3.1.
Zeichnen des kompletten Schaltbildes nach dem Trafo

3.2.
Berechnen Sie den Effektivwert des Netzstromes (Stromwelligkeit vernachlässigen) auf der Sekundärseite des 16,7Hz Trafos, wenn folgendes bekannt ist:

Netzeingangsspannung des 4-QS: UNetz = 1500V (effektiv)
Wirkleistung des Fahrmotors: PWMotor = 1MW
Phasenwinkel des Netzstromes: φ = 5°

3.3.
Welcher ohmsche Widerstand müsste dem Zwischenkreiskondensator parallel geschaltet werden, damit dieser die gleiche Wirkleistung wie der Fahrmotor umsetzt? (UZK=2800V)

3.4.
Welche Konsequenzen hätte eine nicht ausgeglichene Leistungsbilanz zwischen Netz und Last?

3.5.
Wie wird das Problem aus 3.4. in der Praxis gelöst?

5.2.
Wodurch wird sichergestellt, dass die Thyristoren im stationären Arbeitspunkt kontinuirlich induktive Kommutierungen durchführen können? (Schwingskreis-WR)

Re: Klausuren

Verfasst: 02.06.2012 14:53
von Mietzekatze<3
Hier die von 2011 :)

Re: Klausuren

Verfasst: 24.07.2014 15:52
von mkj
Die Klausur Juli 2014 war an die bereits bekannten angelehnt. Anbei findet ihr Aufgaben, die mir neu erschienen.

Re: Klausuren

Verfasst: 31.08.2015 13:20
von Hans Oberlander
Upload von tommes.

Re: Klausuren

Verfasst: 25.07.2017 16:20
von wasted
Hier ein Gedächtnisprotokoll der Klausur LE 2 vom SS 16

Re: Klausuren

Verfasst: 13.08.2018 08:22
von Robsen1991
Anbei das Gedächtnisprotokoll zur Prüfung im SS17