← Back to CoursesStemExpert
StemExpert
Expert · Werkboek · 24. Vermogenselektronica en elektrische machines
StemExpert · Brecht Corbeel · schoolium.me
StemExpert
E24. Vermogenselektronica en elektrische machines — werkboek
EExpert · deel E4 · Elektrotechniek en elektronica

Werkboek · hoofdstuk 24Vermogenselektronica en elektrische machines

Buck, boost, MPPT en motorbrug binnen hun grenzen

Je begint met ideale omzettingen, voegt rimpel en broncurves toe en werkt naar een verifieerbaar energienet met warmte- en stroomgrenzen.

4× oefenen4× toepassen4× uitdagen± 425 min0/12 gedaan
LElektriciteit en elektronicaEEnergieRRegelen en robotica
Elk bron- en lastpad heeft eigen stroom-, spannings- en temperatuurgrenzen.
Elk bron- en lastpad heeft eigen stroom-, spannings- en temperatuurgrenzen.
Hoe lees je een opdracht?
Drie tredenOefenen Toepassen Uitdagen

Elk hoofdstuk bouwt op: eerst oefenen (één stap, direct toepassen), dan toepassen (meerdere stappen, in een context), dan uitdagen (transfer, open problemen, andere leerlijnen erbij).

De StemExpert-schaal5

Eén moeilijkheidsschaal van 1 tot 9 over de drie niveaus heen: Fundamental loopt van 1 tot 4, Intermediate van 3 tot 7, Expert van 6 tot 9. Zo zie je dat de uitdaging van het ene niveau de oefening van het volgende is.

Oefenen

Oefenen

één stap, direct toepassen
24.1

Buckverhouding

Oefenen6Rekenen25 min
Een ideale CCM-buck krijgt 24 V en moet 9 V leveren.
  1. a
    Bereken D en ideale ingangsstroom bij Io = 4 A.
24.2

Boostverhouding

Oefenen6Rekenen25 min
Ideale CCM-boost 12→48 V.
  1. a
    Bereken D en Ii bij Po=96 W en η=0,90.
24.3

Maximum is geen Voc

Oefenen6Begrijpen25 min
Een paneel heeft openklemspanning 42 V en kortsluitstroom 10 A.
  1. a
    Waarom is 420 W geen bewezen maximumvermogen?
24.4

Rendement en verlies

Oefenen6Rekenen25 min
Een omzetter neemt 500 W op en levert 470 W.
  1. a
    Bereken η, verlies en temperatuurstijging bij Rθ=1,2 K/W.
Toepassen

Toepassen

meerdere stappen, in een context
24.5

Volt-seconden bewijzen

Toepassen7Analyseren25 min
Ideale CCM-buck: uLaan=Ui−Uo,uLuit=−Uo.
  1. a
    Leid Uo=DUi af en leg uit wat DCM verandert.
24.6

Rimpel en piekstroom

Toepassen7Rekenen25 min
Buck 48→12 V, Io=8 A, fs=50 kHz, L=100 µH, C=470 µF; ESR voorlopig 0.
  1. a
    Bereken D, ΔIL, minimum/piek en capacitieve rimpel.
24.7

Koude strings

Toepassen7Rekenen25 min
Vier panelen in serie; Voc bij 25 °C=42 V per paneel;αVoc=−0,0028/K; laagste celtemperatuur −15 °C; marge 3 %.
  1. a
    Bereken koude string-Voc inclusief marge en beoordeel een 200 V-limiet.
24.8

BLDC-sectoren

Toepassen7Rekenen25 min
Motor 4 poolparen, 1500 tpm; zes sectoren per elektrische omwenteling.
  1. a
    Bereken elektrische frequentie, sectorfrequentie en sectorduur.
  2. b
    Waarom werkt sensorloze back-EMF-bepaling bij stilstand moeilijk?
Uitdagen

Uitdagen

transfer, open problemen, leerlijnen combineren
24.9

P&O onder veranderende zon

Uitdagen9Onderzoeken60 min
Een bronspanningsstap verhoogt de eigen curvevermogen met 20 W, maar in hetzelfde interval daalt de bestraling zodat er 100 W minder gemeten wordt.
  1. a
    Geef de P&O-conclusie en verklaar waarom die verkeerd kan zijn.
  2. b
    Ontwerp een simulatie of test die statisch zoeken, schaduw en snelle zonvariatie apart beoordeelt.
Zo wordt dit beoordeeld
BalansVermogen en spoelvolt-seconden consequent; CCM/grenzen benoemd.
OntwerpKoude Voc, stroom, rimpel, warmte en beveiliging gekwantificeerd.
TestMPPT, verzadiging, bronvariatie en veilige energietoestanden afzonderlijk getoetst.
24.10

Warmteafvoer onder foutconditie

Uitdagen9Ontwerpen50 min
Moduleverlies 40 W, Ta = 40 °C, Rθjc = 0,50, Rθcs = 0,20, Rθsa = 0,80 K/W. Ventilatoruitval verdubbelt Rθsa.
  1. a
    Bereken Tj normaal en na uitval; ontwerp een deratingregel.
  2. b
    Welke onafhankelijke hardwaregrenzen zijn nodig?
Zo wordt dit beoordeeld
BalansVermogen en spoelvolt-seconden consequent; CCM/grenzen benoemd.
OntwerpKoude Voc, stroom, rimpel, warmte en beveiliging gekwantificeerd.
TestMPPT, verzadiging, bronvariatie en veilige energietoestanden afzonderlijk getoetst.
24.11

Habitat: de regelaars dimensioneren

Uitdagen9Habitat90 min
Extra PV 4,20 kWp naar 44–56 V; bestaande 1,40 kWp/12 V blijft apart. Wind 59–223 V DC, 3 kW; η = 0,97. Omvormer 4,0 kVA continu en 8 kVA gedurende 5 s.
  1. a
    Bereken maximale PV- en windlaadstromen bij 44 V en 3/4,2 kW; onderscheid gelijktijdige bronstroom van omvormerlaststroom.
  2. b
    Maak een schema met bronregelaars, BMS, zekeringen, rem/dump, lastbeheer en hardwarestop.
  3. c
    Werk volle batterij en de combinatie van 4,48 kVA uit; formuleer tests en benodigde componentgegevens.
Zo wordt dit beoordeeld
BalansVermogen en spoelvolt-seconden consequent; CCM/grenzen benoemd.
OntwerpKoude Voc, stroom, rimpel, warmte en beveiliging gekwantificeerd.
TestMPPT, verzadiging, bronvariatie en veilige energietoestanden afzonderlijk getoetst.
24.12

Hogere PWM-frequentie

Uitdagen9Analyseren25 min
Halfgeleider U = 48 V, I = 20 A, totale schakeltijd rise+fall = 100 ns; schakelfrequentie 20 kHz of 100 kHz.
  1. a
    Bereken overlapverlies en bespreek de winst en prijs van een hogere frequentie.
ZelfevaluatieKleur per doel: lukt al / bijna / nog niet