Lösungen Aufgabe 1 - Institut für Leistungselektronik und ...

Universität
Stuttgart
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
Prof. Dr.-Ing. J. Roth-Stielow
Aufgabe 1
Lösung
1.1 Berechnung des arithmetischen Mittelwerts I A pro Ventil:
2π q=
2
1 1 2⋅π
1 1
IA = ∫ i A( τ)dτ= ⋅ IdN = ⋅ IdN
= ⋅ 20A = 10A
2π
0 2π
q q 2
Berechnung des Effektivwerts I Aeff pro Ventil:
2 π q = 2
1 2 1 2π
2 1
IAeff =
A()d τ τ = ⋅ ⋅ IdN = ⋅ IdN
= 14.1A
2π
∫ i 2π
q q
0
Mittlere Durchlassverlustleistung eines Thyristors:
2
P = U ⋅ I + R ⋅ I 16 W
T T0 A D Aeff =
1.2 Nenn-Durchlassverluste des Stromrichters
a) in Mittelpunktschaltung:
P = 2 ⋅ P 32 W
Vges T =
b) in Brückenschaltung:
PVges = 4 ⋅ PT
= 64 W
1.3 a) Ersatzsperrschichttemperatur der Ventile:
ϑ = PT
⋅ (R thJC + R thCA)
+ ϑA
= 128
Gehäusetemperatur:
ϑ = P ⋅ R + ϑ = 96 C
J °
C T thCA A °
b) Zeitdauer bis ϑ J,max = 150°C erreicht wird:
Endwerte:
2
P = U ⋅ I + R ⋅ I
T 2 T0 A2 D A2eff =
27 W
ϑ J 2 = PT2
⋅ (R thJC + R thCA)
+ ϑA
= 188.5°
C
Exponentielle Temperaturerhöhung mit Anfangswert ϑ = 128 C und dem Endwert
ϑ = 188.5 C :
J 2 °
t
−
τJ
ϑ( t) = ( ϑJ
− ϑJ2)
e + ϑ
mit ϑ ( t) = 150°
C ergibt sich:
∆ t = 27.1s
1.4 Maximal zulässige Durchlassverluste: ( ϑ = 128 C )
P
ϑ −ϑ
J A
Tmax
= =
RthCA2
+ RthJC
Maximal zulässiger Gleichstrom: ( I d ≥ 0)
!
J2
J °
P = U ⋅ I + R ⋅ I 2
I
24.4 W
Tmax T0 Amax D Aeff,max
dmax
2
C
J °
− UT0 + UT0 + 8⋅PTmax ⋅RD
= IAmax
= = 27.8 A
2R ⋅
D
Übungen Leistungselektronik 2
Aufgabe 1 Lösung
Blatt 1

1.5 Wirkungsgrad des Stromrichters im Nennbetrieb:
PdN
η =
PdN
+ PVges
a) in Mittelpunktschaltung:
2.4 kW
η =
= 98.68 %
2.4 kW + 32 W
b) in Brückenschaltung:
2.4 kW
η =
= 97.24 %
2.4 kW + 64 W
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Aufgabe 1 Lösung
Blatt 2