Tentamen den 22 mars 2003 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

Transkript

1 Karlstads universitet / Avd för elektroteknik / Elkraftteknik TEL202 / Tentamen / / BHä 1 (5) Tentamen den 22 mars 2003 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202 Examinator och kursansvarig: Bengt Hällgren Hjälpmedel: Näslund, Formler och fakta Räknedosa Denna tentamen består av två delar: Del 1 omfattar 20 frågor. Varje rätt besvarad fråga ger 1 poäng. Del 2 omfattar 4 räkneuppgift, var och en uppdelad i 5 delfrågor. Varje rätt besvarad delfråga ger 1 poäng. Det går maximalt att få = 40 poäng. För betyget 3 fordras 16 poäng För betyget 4 fordras 24 poäng För betyget 5 fordras 32 poäng På frågorna vill jag ha kortfattade svar, som du skriver direkt i frågehäftet. På räkneuppgifterna skall fullständiga lösningar och motiveringar redovisas. Lämna in frågehäftet tillsammans med lösningarna. Bengt H Namn: Personnummer:.. -

2 Karlstads universitet / Avd för elektroteknik / Elkraftteknik TEL202 / Tentamen / / BHä 2 (5) Namn:.. Del 1 Frågor (kortfattade svar räcker) 1. Ungefär hur stor del av Sveriges elproduktion kommer från vattenkraft? Svar: Ca.. % 2. De svenska kärnkraftverken kyls med havsvatten. Ungefär hur stor del av den energi som utvecklas i reaktorn hamnar i havet? Svar: Ca.. % 3. Vad kallas ett fjärrvärmeverk som också producerar elkraft? 4. När en framspänd tyristor ges en tändpuls övergår den från ett tillstånd till ett annat. Vad kallas de två tillstånden? och.. 5. Rita kopplingsschema för en ostyrd, spänningsstyv, tvåpulslikriktare. Schemat skall innehålla transformator, likriktarbrygga, glättningsutrustning och last. Svar: 6. Hur många dioder går åt för att bygga a) en enpulslikriktare b) en tvåpulslikriktare? Svar: a) st b) st 7. Inom vilket intervall ligger styrvinkeln hos en styrd tyristorlikriktare? Svar: < < 8. Vad vinner man med reaktiv kompensering? 9. Elnätet i USA drivs med 60 Hz medan elnätet i Canada drivs med 50 Hz. Hur kan man överföra elektrisk kraft mellan länderna?

3 Karlstads universitet / Avd för elektroteknik / Elkraftteknik TEL202 / Tentamen / / BHä 3 (5) 10. En shuntreaktor är via en brytare kopplad till en kraftledning. Vad händer med spänningen i ledningen när brytaren öppnas? 11. Kan en transformator som är avsedd för 400 V, 60 Hz drivas med 400 V, 50 Hz? Varför/Varför inte? 12. Hur stort vidmoment kan en asynkronmotor som mest avge vid synkront varvtal? 13. Vad händer med varvtalet hos en släpringad asynkronmotor om rotorresistansen ökas vid oförändrat belastningsmoment? 14. Vad händer om kraftproduktionen i ett land i ett visst ögonblick är större än förbrukningen? Hur stor kan fasvinkelskillnaden mellan Harsprångets vattenkraftverk och Barsebäcks kärnkraftverk som mest vara vid stabil drift? 16. Hur stor ström tål en människa utan att utsättas för livsfara? 17. Under vilka villkor löser en jordfelsbrytare ut? 18. Vad menas med en utsatt del i en elanläggning? 19. Varför skall neutralpunkten i en anläggning för allmän eldistribution vara jordad? 20. Varför är det farligt att byta från ojordad till jordad stickpropp på en gammal dammsugare?

4 Karlstads universitet / Avd för elektroteknik / Elkraftteknik TEL202 / Tentamen / / BHä 4 (5) Del 2 Räkneuppgifter (fullständiga lösningar och motiveringar krävs) Uppgift 1 Två studenter har fått i uppgift att undersöka en liten enfastransformator. De har fått veta att primärsidan är avsedd att anslutas till 230 V. Spänningen på sekundärsidan blir då 24.0 V. Sekundärsidan får som mest belastas med 2.0 A. a) Hur stor är transformatorns märkeffekt? b) Studenterna ansluter transformatorns primärsida till 230 V och lämnar sekundärsidan öppen. Den drar då 50 ma från nätet. Med hjälp av ett oscilloskop lyckas de konstatera att spänningen ligger 64 grader före strömmen. Hur stora är transformatorns tomgångsförluster? c) Studenterna mäter primärlindningen resistans till 5.96 och sekundärlindningens till Hur stor är transformatorns kortslutningsresistans sedd från primärsidan? d) Studenterna kortsluter transformatorns sekundärsida och anpassar spänningen på primärsidan, tills sekundärströmmen blir 2.0 A. Primärspänningen är då 4.17 V. Beräkna transformatorns kortslutningsreaktans sedd från primärsidan. e) Hur stora är de totala förlusterna i transformatorn vid märkspänning och märkström? Uppgift 2 En trefastransformator är märkt enligt rutan till höger. a) Hur stor är transformatorns märkström på primärsidan? b) Primärlindningen har varv/fas. Hur många varv har sekundärlindningen? c) Järnet i transformatorns kärna tål som mest en magnetisk flödestäthet på 1.0 T utan att gå i mättning. Hur stor måste kärnans tvärsnittsarea minst vara? d) Hur stora aktiva förluster utvecklas i transformatorns lindningar vid märkström? 500 kva 24/0.4 kv 50 Hz Yyn z k = 5.0 % r k = 1.0 % e) Transformatorns primärsida ansluts till ett starkt 24 kv-nät. Sekundärsidan belastas med resistiv märklast. Beräkna polspänningen på sekundärsidan. Dimensioneringsvillkor för järnkärnan i en spole: U < 2 π f N A B U = den matande spänningens effektivvärde [V] f = den matande spänningens frekvens [Hz] N = antalet varv i spolen [dimensionslös storhet] A = järnkärnans tvärsnittsarea [m 2 ] B max = den maximala magnetiska flödestäthet som järnkärnan tål utan att gå i mättning [T] Beräkning av en transformators kortslutningsimpedans: Z k = z k 100 Z k = transformatorns kortslutningsimpedans [] z k = procentuella kortslutningsimpedansen [dimensionslös storhet] U n = transformatorns märkspänning [V] S n = transformatorns märkeffekt [VA] Beräkning av procentuella spänningsfallet i en transformator: u = x r k cosϕ + x sin ) U S 2 n n max ( 2 k ϕ 2 u = procentuella spänningsfallet [dimensionslös storhet] x = transformatorns belastningsgrad [dimensionslös storhet] r k = procentuella kortslutningsresistansen [dimensionslös storhet] x k = procentuella kortslutningsreaktansen [dimensionslös storhet] 2 = fasförskjutning mellan ström och spänning på sekundärsidan [dimensionslös storhet]

5 Karlstads universitet / Avd för elektroteknik / Elkraftteknik TEL202 / Tentamen / / BHä 5 (5) Uppgift 3 En trefasig asynkronmotor med kortsluten rotor matas med huvudspänningen 400 V, 50 Hz. Den tillförda elektriska effekten mäts upp till 2.31 kw och strömmen i matningsledningen till 3.93 A. Motorns varvtal är 990 varv/minut. Det mekaniska vridmomentet i motoraxeln avläser till 21.4 Nm. a) Hur många poler har motorn? b) Beräkna motorns effektfaktor i det aktuella fallet. c) Hur stor reaktiv effekt upptar motorn? d) Beräkna de totala förlusterna i motorn. e) Man vill höja motorns effektfaktor till 0.98 med hjälp av tre Y-kopplade kondensatorer som ansluts till statoruttagen. Beräkna kondensatorernas kapacitans. Ledning: Motorns aktiva effektförbrukning är oförändrad. Den mekaniska effekt som överförs av en roterande axel: P = överförd mekanisk effekt [W] n = axelns varvtal [varv/s] M = vridmomentet i axeln [Nm] P = 2 π n M Uppgift 4 Fig 1 visar tre resistiva laster som är anslutna till ett trefasnät med huvudspänning 400 V. Beräkna belopp och fasvinkel för följande strömmar. Använd spänningen på fas L1 som riktfas. a) Strömmen genom last 1. L1 L2 L3 N b) Strömmen genom last 2. c) Strömmen i fasledare L1. d) Strömmen i fasledare L2. e) Strömmen i fasledare L3. Last kw Last kw Fig 1 Last kw Y-kopplad - o -