TENTAMENSUPPGIFTER I ELEKTROTEKNIK MED SVAR

Transkript

1 Personnummer: 1 ELEKTOTEKNK MASKNKONSTKTON KTH TENTAMENSPPGFTE ELEKTOTEKNK MED SVA Elektroteknik för MEDA och CL, MF :00 18:00 Du får lämna salen tidigast 1 timme efter tentamensstart. Du får, som hjälpmedel, använda räknedosa, kursens läroböcker (utan andra anteckningar än understrykningar och korta kommentarer) samt Elfymatabell eller liknande. Övningshäften, lab PM, anteckningar etc är inte tillåtna. ALTENATVT läroböckerna får ett eget formelblad användas, A4, med valfri information. Lösningar läggs ut på kurshemsidan kl 18:00 OS! nga lösblad får användas. Alla svar ska göras i tentamenshäftet. äkna först på kladdpapper och för sedan in svaret samt så mycket av resonemanget att man vid rättning kan följa Dina tankegångar. Svar utan motivering ger poängavdrag. (Gäller ej flervals och kryssfrågor). Vid behov kan Du skriva på baksidan. OS! Skriv personnummer på varje sida.

2 Personnummer: 1(1p) Ett 1 V batteri matar ett motstånd med resistansen 6Ω. atteriet kan ses som en ideal spänningskälla. a) eräkna strömmen genom batteriet. b) Ett till motstånd kopplas parallellt med det tidigare. Strömmen genom det nya motståndet blir 4A. eräkna den nya strömmen genom batteriet. (p) 1 1 kretsen ovan är = 18 V och = 5. a) eräkna totala resistansen tot mellan kretsens två anslutningspunkter. b) eräkna strömmen. c) eräkna spänningen 1. d) eräkna spänningen. 3(p) En växelspänningskälla med effektivvärdet och frekvensen 0 khz är ansluten till nedanstående krets. Komponentvärdena är: = = 0 k, L = 10 mh L L Strömmen L är 1 ma. a) eräkna. b) eräkna. c) eräkna. d) eräkna.

3 Personnummer: 3 4(p) eräkna strömmen för de två fallen 10 0 E = 6V Z a) = 6 V b) = 1 V. 5(p) ref 4 4 ut OP färstärkaren kan betraktas som ideal med den inskränkningen 10 V och CN 5 ma. tgå ifrån att =15 V, 58k, k, 36k, k a) eräkna. b) eräkna 4. c) eräkna. d) eräkna T. ref CN

4 Personnummer: 4 6(p) En elmotorcykel för sle of Man Tourist Trophy (TT) Zero race. Motorcykeln har ett batteri uppbyggt av ett antal celler. Den har även ett matningsdon som innehåller en H brygga och två likadana elmotorer. Elmotorerna är PM likströmsmotorer och har bland annat följande data (var och en): No Load Current A Torque Constant Nm/A Armature esistance DC mω Voltage Constant V/pm ated Power kw ated Speed pm ated Current A ated Torque Nm Nedanstående figur visar kopplingen i princip. atteri 94V Matnings don Vänster motor Höger motor Vid ett tillfälle levererar de båda motorerna kw i mekanisk uteffekt. Strömmen till vardera motorn är 145 A. atterispänningen uppmäts till 94V. a) eräkna det sammanlagda vridmomentet. Motorernas axlar är ihopkopplade och driver bakhjulet. b) eräkna motorspänningen. Varvtalet är 3690 varv/minut. c) eräkna den elektriska effekt som tillförs motorerna. d) eräkna strömmen från batteriet (vi antar att matningsdonet är förlustfritt). 7(p) En viss värmealstrande kemisk reaktion ger bäst utbyte då den kyls till ca 17 C. En varvtalsstyrd fläkt kyler reaktionsbehållaren och en termistor nedsänkt i lösningen mäter dess temperatur.

5 Personnummer: 5 5V 5V 1V 5V VCC VEF C3H5(N03)3 MC PC.3 PWM0 T GND ADC0 in = 1 kohm esistansen hos termistorn T varierar med temperaturen och vid 16 C uppmäts den till 54 ohm och vid 18 C blir den 135 ohm. a) eräkna spänningen in för de två fall då lösningens temperatur är 16 C respektive 18 C. (AD omvandlarens ingång ADC0 kan antas vara mycket högohmig.) Mikrokontrollerns AD omvandlare arbetar med 10 bitar och referensspänningen 5 V. b) eräkna AD omvandlarens numeriska utvärden (heltal) som motsvarar de två värden på in som beräknades i a). För enkelhets skull varieras fläktens varvtal i tre steg, beroende på temperaturen T, på följande sätt: T 16 C => fläkten stannas (varvtalet är 0%) 16 C < T < 18 C => fläkten går med halvfart (varvtalet är 50%) T 18 C => fläkten går med maxfart (varvtalet är 100%) Värdet på T vid dessa temperaturer är T(16) = 54 ohm och T(18) = 135 ohm.

6 Personnummer: 6 c) Skriv in C kod nedan som styr fläktens varvtal som en funktion av temperaturen. Använd GET_AD för att läsa in temperaturen och PWM0 för att styra fläktens varvtal. (Tips: Det behövs inte fler är fem programrader för detta.) int main(void) { int x; while (1) { } d) För säkerhets skull vill man att en lysdiod kopplad till mikrokontrollerns pinne PC.3 ska tändas om T 18 C och släckas annars. Använd lämpliga funktioner för att styra lysdioden och skriv ett koduttryck nedan som gör detta. (Portpinnen har tidigare definierats som utgång, så det behöver du inte göra.) 8(p) En resistiv last drivs med hjälp av en transistor av typen Z73L, se vidstående figur. Omgivningstemperaturen är 40 C. Matningsspänningen Vss = 4 V, 1= 4Ω, VGS = 0 eller 3,3 V. a) Hur stor blir strömmen in i Drainpinnen vid VGS = 3,3 V? b) Vilken termisk resistans skall en kylfläns ha för att substratet (chip på engelska, vanligen indexerad j) ej skall bli överhettat? Du kan anta att kylflänsen sitter monterad direkt mot transistorn utan termisk resistans emellan de två.

7 Personnummer: 7

8 Personnummer: 8

9 Personnummer: 9 LÖSNNGA TLL TENTAMEN ELEKTOTEKNK FÖ MEDA OCH CL, MF (1p) (p) a) A b) 6A 4 a) tot tot b) 0,4A strömgrening tot 0, 0,4 0, 08 A 45 4 tot 3(p) a) Det vore smartast att låta vara riktfas (reell) för den är gemensam för två komponenter, spolen (induktansen) och motståndet. Nu tar vi L istället, man behöver inte vara så smart om man kan metodiken. 3 3 j L L j j15v pekar i j riktning som även syns i visardiagrammet. = 15 V j15v j0,00075 A j0,75 ma ligger i fas med och pekar även den i j 0000 riktning. 0,75 ma c)kirchhoffs strömlag ger: L j0,75ma 1mA Strömsummationen syns även i visardiagrammet = 1,5 ma d) 0 k ( j0,75 ma 1mA) 0V j 15V L Ligger i fas med eftersom är reell. Kirchhoffs spänningslag ger: j 15V 0V j 15V 0V j 30V Spänningssummationen syns även i visardiagrammet. = 36 V

10 Personnummer: 10 4(p) 5(p) a) Vid = 6 V är strömmen i zenerdiodgrenen = 0. Då gäller , A b) Vid 1 V flyter den ström i zenerdiodgrenen och då gäller ,6 0,6 1,A 0 10 a) Oändlig inimpedans gör att det inte flyter in någon ström i ingången. Samma ström flyter därför genom 1 och. Dessa blir därför seriekopplade och ref 15 0, 5V 58 1 b) Om OP arbetar i linjära området är spänningen mellan och ingångarna = 0 och därför blir 0, 5V 4 c)strömmen genom 3 flyter även genom 4 då ingen ström flyter in i ingången. 4 0,5V 0, 5mA k 4 d) ut ( 4 ) (36 ) 0,5 9, 5V 3 6(p) a) M K A två motorer och tomgångsström ger M 0,07 (145 7,36) 57Nm P 000 b) 386 rad/s eller n = 3690 varv/minut. M 57 3 A A A K A A K n 16, , , 4V 1 c) P 8,4V 145A 3, kw tillmotorer A A 9 Pfrånbatteri Ptillmotorer 3889 d) batteri 54A 94 batteri

11 Personnummer: 11 7(P) a) b) c) in in T 1000 (18) 5 4,40V x V in EF ( 4,40 x(18) ( 5 n in 1000 (16) 5 3,4V ,4 1) x(16) ( 5 10 int main(void) { int x; while (1) { x = GET_AD(0); 1) 901, ) 663,4 663 } if (x <= 663) PWM0(0) // in=3,4v => 663 else if (x >= 901) PWM0(100) // in=4,40v => 901 else PWM0(50); d) if (x >= 901) CL_T(pc, 3) else SET_T(pc, 3); 8(p) a) D söks och VGS=3,3 V är givet. 4 V Ett preliminart värde på DS kan beräknas som Dprel = 4/4=6 A 1 Med hjälp av detta värde och diagrammet kan DS bestämmas till DS 0,45 Ω vilket ger ett mer realistiskt värde på DS= 4/(40,45)=5,4 A. b) Tj= PD(ӨjC ӨCA) TA ӨjC = 3,1 K/W enligt databladet G 0 eller 3,3 V D S D PD=5,4 0,45=13,1 W Tjmax=150 ger 150=13,1(3,1 ӨCA) 40 ӨCA=(150 13,1 3,1 40)/13,1=5,3 K/W

12 Personnummer: 1