Transcript Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings

Försättsblad till skriftlig tentamen vid
Linköpings Universitet
Datum för tentamen
2014-03-18
Sal
TER3 / TERF
Tid
14-18
Kurskod
TMEI01
Provkod
TEN1
Kursnamn
Elkraftteknik
Institution
ISY
Antal uppgifter som ingår i 5
tentamen
Antal sidor på tentamen
(inkl. försättsbladet)
10 sidor / 5 blad
Jour/kursansvarig
Per Öberg
Telefon under skrivtid
013-282369 alt. 0734618989
Besöker salen ca.
15.00 och 16.30
Tillåtna hjälpmedel
TeFyMa, Beta Mathematics Handbook, Physics Handbook, ett handskrivet A4-papper med valfritt
innehåll, formelblad (bifogat i
tentamen), miniräknare, gradskiva/linjal samt lexikon.
Övrigt
Visning meddelas vid utskick av
tentamensresultat. Lösningar anslås på kurshemsidan efter avslutad tentamen.
ISY/Fordonssystem
Tentamen (TEN1)
TMEI01 Elkraftteknik
18:e Mars, 2014, kl. 14.00-18.00
Tillåtna hjälpmedel: TeFyMa, Beta Mathematics Handbook, Physics
Handbook, ett handskrivet A4-papper med valfritt innehåll, formelblad (bifogat i tentamen), miniräknare, gradskiva/linjal samt lexikon.
Ansvarig lärare: Per Öberg
Visning av skrivningen annonseras vid utskick av tentamensresultat.
Lösningar anslås på kurshemsidan efter avslutad tentamen.
Totalt 60 poäng.
Preliminära betygsgränser:
Betyg 3: 27 poäng
Betyg 4: 39 poäng
Betyg 5: 49 poäng
Uppgift 1. I en 400/231 V elanläggning finns installerat ett antal olika laster enligt följande
1. En resistiv last, R1 , på 1.5 kW kopplad mellan fasledare 1 och 2.
2. En resistiv last, R2 , på 2 kW kopplad mellan fasledare 1 och noll-ledaren.
3. En trefasbelastning, ZY bestående av tre st likadana och Y-kopplade impedanser med cos (ϕ) =
0.8 induktivt.
4. En D-kopplad trefasbelastning, ZD , med cos (ϕ) = 0.6 induktivt.
Man vill nu mäta effektförbrukningen för alla faser samtidigt med hjälp av ett antal wattmetrar
under några olika driftsfall.
a) Vilket är det minsta antalet wattmetrar som behövs för att mäta effekten i alla tre faserna
när all utrustning är påslagen? Motivera!
(1 p)
b) ... när endast den Y-kopplade lasten är påslagen. Motivera!
(1 p)
c) ... när den D-kopplade lasten samt lasten med R2 är påslagen. Motivera!
(1 p)
d) Den totala aktiva effektförbrukningen när all utrustning är påslagen visar sig vara P = 9
kW medans den totala reaktiva effektförbrukningen visar sig vara 5 kVAr. Rita figur över
kopplingen och beräkna linjeströmmen i fasledare 1, IL1 .
(9 p)
Uppgift 2. En 120 kVA, 20/3,2 kV trefastransformator har uz = 5, 0% och PF KM = 3, 0 kW.
Beräkna sekundärspänningen U2 då transformatorn ansluts till 20 kV och belastas med 50 kW
(uteffekt) med effektfaktorn cos ϕ = 0, 8.
(12 p)
Uppgift 3. En shuntkopplad likströmsmotor är ansluten till konstant spänning 24 V. När motorn
belastas till märkmoment drar den 14 A från nätet och varvtalet blir då 630 rpm. Magnetiseringseffekten i magnetlindningen är 30 W, ankarresistansen Ra = 0, 3 Ω. I tomgång drar motorn 2 A
från nätet. Motorn är magnetiskt omättad. Beräkna:
a) Motorns tomgångsförluster PF 0 och tomgångsvarvtal n0 .
(6 p)
b) Motorns avgivna moment Mavg vid märklast.
(4 p)
c) Motorns effektivitet η vid märklast.
(2 p)
1
Uppgift 4. I nedanstående figur visas ett utdrag från ett datablad för en elmaskin. Maskinen skall
kopplas in på ett 400V 50Hz växelspänningsnät. Lös följande uppgifter utifrån data från databladet
a) Hur stor är eftersläpningen vid märkdrift?
(1 p)
b) Skall motorn Y- eller D-kopplas? Motivera!
(3 p)
c) Vad blir motorns varvtal om den belastas med halva märkmomentet?
(4 p)
d) Beräkna approximativ startid givet att maskinen kopplas till en varvtalsoberoende last med
trögheten J = 1.5 kgm2 som lastar med märkmoment.
(4 p)
2
Uppgift 5. Nedanstående kretsschema visar en serieregulator med variabel utspänning. Spänningen på ingången är 20V med en överlagrad brummspänning med amplitud 1V så att inspänningen
varierar mellan 19-21V. Antag ideal Zenerdiod med zenerspänning 5.3V, ideal OP-förstärkare samt
bortse från OP-förstärkarens matningsspänning och anta att basströmmen är försumbar.
IU t
RZ
R1
10 kΩ
Uin
Uut
5.3 V
R2
a) Beräkna R1 och R2 så att spänningen kan varieras mellan 6-12 V.
(4 p)
b) Strömmen genom Zenerdioden bör inte understiga 5 mA, beräkna ett största värde på resistansen RZ
(3 p)
c) Beräkna effektförlusten i Zenerdioden för Uin = 20 V.
(2 p)
d) Beräkna regulatorns verkningsgrad givet Uin = 20 V, Uut = 10 V och Iut = 1A. Antag att
RZ valts enligt tidigare uppgift.
(3 p)
3
4