Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Transkript

1 ISY/Fordonssystem Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet Datum för tentamen Sal TER Tid 8-1 Kurskod Provkod Kursnamn Institution Antal uppgifter som ingår i tentamen Antal sidor på tentamen (inkl. försättsbladet) Jour/kursansvarig TSFS11 TEN1 Energitekniska System ISY 6 3 sidor 6 blad Per Öberg Telefon under skrivtid alt Besöker salen ca och Tillåtna hjälpmedel TeFyMa, Beta Mathematics Handbook, Physics Handbook, formelblad (bifogat i tentamen), miniräknare, gradskiva/linjal samt lexikon. Övrigt Poäng och betygsgränser (preliminära) Visning meddelas vid utskick av tentamensresultat. Lösningar anslås på kurshemsidan efter avslutad tentamen. Totalpoäng - 60 poäng. Betyg 3-7 poäng Betyg 4-39 poäng Betyg 5-49 poäng

2

3 Uppgift 1. En trefasig ugn har märkeffekten 30 kw vid 400V/50Hz. Dess effektfaktor är cos ϕ = 0.6 ind. Ugnen skall faskompenseras med ett D-kopplat kondensatorbatteri så att cos ϕ T ot a) Beräkna ugnens märkström, storlek och vinkel. ( p) b) Beräkna minsta kapacitans hos de D-kopplade kondensatorerna för att kravet cos ϕ T ot 0.85 skall uppfyllas. (4 p) c) Beräkna kondensatorbatteriets ström, storlek och vinkel. (4 p) Uppgift. En trefastransformator är Yyn-kopplad med märkomsättning 10,4/0,4 kv (huvudspänning). Märkeffekt för transformatorn är 1 MVA, belastningsförlusterna P F B M = 9.36 kw och tomgångsförlusterna P F 0 =.13 kw. (OBS: P F K M är samma sak som P F B M ) a) Beräkna primär och sekundär linjeström vid märklast. ( p) b) Beräkna transformatorns verkningsgrad vill halv last, antag cos ϕ = 0, 8. (4 p) c) För vilken belastningsgrad uppnås maximal verkningsgrad? (4 p) Uppgift 3. Nedanstående frågor rör avsnittet om batterier samt egenskaper hos elnätet. För respektive deluppgift, svara med några få rader text, maximalt ett par stycken för varje uppgift. Många olika svar kan vara rätt. (Svara på engelska om det är lättare att uttrycka sig kortfattat.) a) Rangordna följande 4 batterityper efter energiinnehåll per kilogram batteri: Bly-syra (Lead- Acid), Ni-Cd, Ni-MH, Li-Ion. Börja med det energitätaste. ( p) b) Vad gör elektrolyten i ett batteri? ( p) c) Vad innebär balansering av battericeller i ett pack och varför är det viktigt? ( p) d) Vad är HVDC? ( p) e) Vad är spänningskollaps (Voltage stability) och hur kan det uppstå? ( p) 1

4 Uppgift 4. En trefas släpringad asynkronmaskin är märkt 400/690 V, 0 kw, 60Hz, 178 rpm. Motorn har rotor-resistansen R = 0. Ω/fas. a) Hur många poler har maskinen? ( p) b) Hur stora blir förlusterna i rotorn för märkfallet om friktion försumma? (4 p) c) Motorn skall varvtalsstyras med hjälp av en yttre rotorresistans R Y (Y=yttre), hur stor resistans skall kopplas in för att få märkmomenten vid 130 rpm istället för 178 rpm? (4 p) Uppgift 5. En synkrongenerator är inkopplad till ett starkt trefasnät med spänningen 690V. Generatorn levererar 43 kw vid strömstyrkan 300A (statorström). För det här driftsfallet gäller att om magnetiseringsströmmen ökas ökar även statorströmmen. Resistansen R a och andra förluster är försumbara. a) Är generatorn över- eller under-magnetiserad? Använd figur med visardiagram och beskrivning som motivering! (4 p) b) Hur mycket reaktiv effekt upptas eller levereras till elnätet? (OBS: Endast storleken är viktig, här är det OK att vara osäker på tecknet.) (4 p) c) Nu till tecknet, levererar eller upptar generatorn reaktiv effekt? Motivera! ( p) Uppgift 6. Nedanstående frågor rör avsnittet om kraftkällor samt Sveriges elsystem. För respektive deluppgift, svara med några få rader text, maximalt ett par stycken för varje uppgift. Många olika svar kan vara rätt. (Svara på engelska om det är lättare att uttrycka sig kortfattat.) a) Hur stor del av den svenska elkraften kommer från Vattenkraft? (Fö-siffror från 010, viss felmarginal accepteras) ( p) b) Hur stor del av den svenska elkraften kommer från Vindkraft? (Fö-siffror från 010, viss felmarginal accepteras) ( p) c) När man konstruerar ett vindkraftverk så dimensioneras det normalt sett inte för att kunna köras vid maximal vindhastighet på platsen där det skall stå. Varför? ( p) d) Vad är skillnaden mellan en vanlig turbin (reaction turbine) och en impulsturbin (peltonturbin)? ( p) e) Vad gör moderatorn i ett kärnkraftverk? ( p)

5 ISY/Fordonssystem Formelblad för TSFS11 Energitekniska system Växelspänning - jω metoden u = û sin(ωt ϕ) U = û Ū = U e jϕ Ū = Z Ī = (R + j X) Ī Z = R + j X Effekt Resistans: Z = R (Dvs: R = R, X = 0) Kapacitans: Z = 1 jωc = j ωc (Dvs: R = 0, X = j ωc ) Induktans: Z = jωl (Dvs: R = 0, X = jωl) P = U I cos ϕ Q = U I sin ϕ S = U I P = R I = U R Q = X I = U X S = Z I = Z I = U P 3fas = 3 U H I L cos ϕ Q 3fas = 3 U H I L sin ϕ S 3fas = 3 U H I L P 3fas = 3 R I Q 3fas = 3 X I S 3fas = 3 Z I = 3 Z I Trefassystemet U H = 3 U F U 1 = U F e j 0 U = U F e j 10 U 3 = U F e j 40 U 1 = U H e j 30 U 3 = U H e j 90 U 31 = U H e j 10 Tvåwattmetermetoden - Symmetrisk last P = P I + P II P I = U H I L cos(30 + ϕ) [W] P II = U H I L cos(30 ϕ) [W] Q = 3 (P II P I ) Z

6 Transformatorn U 1 U = N 1 N I 1 I = N N 1 Z = Z ( ) N1 N x P M η = x P M + P F 0 + x P F KM Z K = u z UM [Ω], där u z anges i % 100 S M Trefas (spänningar är huvudspänningar) P F 0 = U 0 R 0 P F KM = 3 R 1K I1M = 3 R K IM U 0 U + I (R K cos (ϕ) + X K sin (ϕ)) 3 3 Enfas (spänningar är fasspänningar) P F 0 = U 0 R 0 P F KM = R 1K I1M = R K IM U 0 U + I (R K cos (ϕ) + X K sin (ϕ)) Likströmsmaskinen E a = k 1 Φ n = k Φ ω M = k Φ I a k 1 = k π 60 Φ = k I m för linjär motor P avg = E a I a P F 0 P F 0 = tomgångsförluster Motordrift Generatordrift U = E a + R a I a n = U R a I a k 1 Φ U = E a R a I a n = U + R a I a k 1 Φ Trefas asynkronmaskinen s = n 1 n n 1 ω = π n 60 M = k 1 U s M = k 1 U R s R R + (s X ) P = ω M P 1 = P 1 P F e1 P Cu1 = ω 1 M P = P 1 P Cu = (1 s) P 1 P F = P Cu = s P 1 = s P 0.11 J ( n P a = P P F R t ST = 1 s m ST P M P L 100 Spänningsfall i trefasledningar U 1 = U ( 1 + P R L + Q X L U ) ( P X L Q R L + U ) ) U 1 U (1 + P R L + Q X L U ) P F = R L P + Q U R LCu = 17, Ω/km och fas (a = tvärsnittsarea i mm ) a Synkronmaskinen (OBS: X d och X s är samma sak, E och E r är samma sak) E r = R a I a + j X d I a + U F (generatordrift) f = p n Q F = X L P + Q U P = 3E ru f X d sin Θ Q = 3U f X d 3E ru f cos Θ X d Reaktiv effekt i en kondensator Q = U ω C [VAr] Likriktat medelvärde U L = 1 T T 0 û sin(ωt) dt