Tentamen den 14 januari 2005 Elkraftteknik och kraftelektronik TEL202

Transkript

1 Karlstads universitet / Avd för eletroteni / Elraftteni TEL / Tentamen / 19 / BHn 1 (7) Tentamen den 14 januari 5 Elraftteni och rafteletroni TEL Examinator och ursansvarig: Bengt Hällgren Hjälpmedel: Näslund, Formler och fata Ränedosa Denna tentamen består av två delar: Del 1 omfattar frågor. Varje rätt besvarad fråga ger 1 poäng. Del omfattar 4 räneuppgift, var och en uppdelad i 5 delfrågor. Varje rätt besvarad delfråga ger 1 poäng. Det går imalt att få = 4 poäng. För betyget 3 fordras poäng För betyget 4 fordras 7 poäng För betyget 5 fordras 34 poäng På frågorna vill jag ha ortfattade svar, som du sriver diret i frågehäftet. På räneuppgifterna sall fullständiga lösningar och motiveringar redovisas. Lämna in frågehäftet tillsammans med lösningarna. Bengt H Namn: Personnummer:.. -

2 Karlstads universitet / Avd för eletroteni / Elraftteni TEL / Tentamen / 19 / BHn (7) Namn:.. Del 1 Frågor 1. En trefastransformator är märt 13/1 V. Vilet effetivvärde har fasspänningen på transformatorns seundärsida? Svar: V.. Hur stor apacitiv reatans har en ondensator på 1. µf när den är ansluten till i ett 6 Hz växelströmsnät? Svar:. 3. En resistans, en apacitans och en indutans är anslutna i serie till en växelspänningsälla. Spänningen över resistansen är 4 V, över apacitansen 7 V och över indutansen 1 V. Hur stor är spänningen över spänningsällans poler? Svar: V. 4. En belastning är anslutna till ett växelströmsnät och förbruar 4. W och 3. VAr. Hur stor senbar effet förbruar belastningen? Svar: VA. 5. Tre lia stora resistorer är genom y-oppling anslutna till ett trefasnät. De förbruar 1. W tillsammans. Hur stor effet förbruar de om de ansluts till samma nät genom d-oppling? Svar: W. 6. En transformator är märt 1 V, 5 Hz. Vad händer om man ansluter den till 1 V, 5 Hz? 7. En trefastransformator är märt 13/4 V. Den seundära märströmmen är 35 A. Hur stor är den primära märströmmen? Svar: A. 8. En trefastransformator är märt 13/4 V. Hur stor är transformatorns impedansomsättning? Svar:. 9. Figuren visar en styrd liritarrets med resistiv last. Diagrammet visar spänningen U AC. Rita in spänningen U DC i diagrammet. y-axeln är graderad i grader. Tyristorns styrvinel är 6 grader U AC U DC

3 Karlstads universitet / Avd för eletroteni / Elraftteni TEL / Tentamen / 19 / BHn 3 (7) 1. Från vilen typ av omritaroppling ommer utspänning (den feta urvan) i figuren? Ange pulstal, om opplingen är styrd eller ostyrd, om det rör sig om en växel- eller liritare och om utspänningen är glättad och i så fall hur. 11. Figuren visar utsignalen från en frevensomritare. Vad allas styrprincipen? Svar:.... u t 1. Rita i diagrammet här nedanför strömmen som funtion av spänningen för en tyristor med försumbart framspänningsfall, imal ledström lia med 5. A och både imal spärrspänning och imal boceringsspänning lia med 4. V. Marera med bostäver vila delar av urvan som motsvarar tyristorns spärrtillstånd (a), boceringstillstånd (b) och ledtillstånd (c). A V

4 Karlstads universitet / Avd för eletroteni / Elraftteni TEL / Tentamen / 19 / BHn 4 (7) 13. Man an minsa behovet av reativ effet hos en asynronmotor med hjälp av så allad reativ ompensering. Vila fördelar medför det? 14. Hur beror eftersläpningen av belastningsmomentet för en asynronmotor som arbetar nära synront varvtal? 15. Hur beror den avgivna ativa effeten av magnetiseringsströmmen för en synrongenerator i ett vattenraftver som örs med onstant vattenflöde genom turbinen? 16. Den totala elförbruningen i Sverige uppgic år 4 till 14 TWh, vilet motsvarar en genomsnittseffet på 15 9 MW (timmedelvärde). Den sammanlagda märeffeten hos alla Sveriges elprodutionsanläggningar uppgår till 33 4 MW. Varför behövs så stor överapacitet? 17. Hur definieras begreppet utsatt anläggningsdel? 18. En jordfelsbrytare är avsedd att sydda en trefasgrupp. Vila ledare måste gå genom brytarens mätslinga? 19. Var är N- och PE-ledarna förbundna med varandra i ett 4-ledarsystem?. Vad menas med begreppet vagabonderande strömmar?

5 Karlstads universitet / Avd för eletroteni / Elraftteni TEL / Tentamen / 19 / BHn 5 (7) Del Räneuppgifter (fullständiga lösningar och motiveringar rävs) 5114 Uppgift 1 Ett eletrist värmeaggregat ( byggtor ) är uppbyggd av ett eletrist värmeelement och en asynronmotor som driver en flät. Värmeelementet som är rent resistivt förbruar 1. W. Motorn förbruar. W vid cos =.75. Aggregatet ansluts till 4 V trefas. a) Hur stor reativ effet drar aggregatet? b) Hur stor senbar effet drar aggregatet? c) Hur stor ström drar aggregatet? d) Hur stor ström drar aggregatet om motorn förses med ompenseringsutrustning som höjer cos för motorn till.95? e) Kompenseringen görs med tre Y-opplade ondensatorer. Hur stor apacitans sall var och av ondensatorerna ha? Nätfrevensen är 5 Hz Uppgift En trefasig asynronmotor är märt 4 V, 5 Hz, 19. A, 1 45 rpm, 1. W, cos =.8. Ledning: Märeffeten avser avgiven effet. a) Hur många poler har motorn? b) Vad är motorns eftersläpning vid märlast? c) Vilen verningsgrad har motorn vid märlast? d) Vad är motorns vridmoment vid märlast? e) Vad blir motorns varvtal om den belastas med ett bromsande moment på 15. Nm. Den meanisa effet som överförs av en roterande axel: P = överförd meanis effet [W] n = axelns varvtal [varv/s] M = vridmomentet i axeln [Nm] För asynronmasinen gäller: P = π n M s << s s = R X M = m U X 1 M = M s s s + s M s s s = masinens eftersläpning vid imalt vridmoment [dimensionslös] R = resistansen i rotorlindningen [/fas] X = reatansen i rotorlindningen vid stillastående rotor [/fas] M = imalt vridmoment [Nm] m = masinonstant [s] U 1 = masinens matningsspänning [V] M = masinens vridmoment [Nm] s = masinens eftersläpning [dimensionslös]

6 Karlstads universitet / Avd för eletroteni / Elraftteni TEL / Tentamen / 19 / BHn 6 (7) 5114 Uppgift 3 En transformator består av två spolar på en järnärna. Av märplåten framgår att transformatorns märeffet är 5 VA och den primära märspänningen 3 V. a) Primärsidan ansluts till en variabel 5 Hz växelspänningsälla. Seundärsidan lämnas öppen. Matningsspänningen varieras och sammanhörande värden på spänningarna U 1 resp U plottas med Excel (se diagram). Vad blir seundärspänningen om primärsidan matas med 3 V? Primärsida Seundärsida 1 1 y =,149x -,87 8 U, V U1, V b) Matningsspänningen ställs in på 5 V. Ett vridmotstånd ansluts till seundärsidan. Motståndet varieras, och sammanhörande värden på lindningsströmmarna I 1 resp I noteras. Rita ett diagram över I som funtion av I 1. Axlarna sall vara graderade. I 1 sall variera mellan och 1 A. Bortse från eventuell tomgångsström hos transformatorn. c) Resistansen i primärlindningen mäts upp till 1.37 och i seundärlindningen till.15. Beräna transformatorns ortslutningsresistans R sedd från primärsidan. d) Seundärlindningen ortsluts och primärlindningen matas med. V växelspänning. Strömmen i primärlindningen avläses till.413 A. Beräna transformatorns ortslutningsreatans X sedd från primärsidan. e) Beräna transformatorns procentuella ortslutningsimpedans. Dimensioneringsvillor för järnärnan i en spole: U < π f N A B U = den matande spänningens effetivvärde [V] f = den matande spänningens frevens [Hz] N = antalet varv i spolen [dimensionslös storhet] A = järnärnans tvärsnittsarea [m ] B = den imala magnetisa flödestäthet som järnärnan tål utan att gå i mättning [T] Beräning av en transformators ortslutningsimpedans: Z = z 1 Z = transformatorns ortslutningsimpedans [] z = procentuella ortslutningsimpedansen [dimensionslös storhet] U n = transformatorns märspänning [V] S n = transformatorns märeffet [VA] Beräning av procentuella spänningsfallet i en transformator: u = x r cos + x sin ) U S n n ( ϕ ϕ u = procentuella spänningsfallet [dimensionslös storhet] x = transformatorns belastningsgrad [dimensionslös storhet] r = procentuella ortslutningsresistansen [dimensionslös storhet] x = procentuella ortslutningsreatansen [dimensionslös storhet] = fasförsjutning mellan ström och spänning på seundärsidan [dimensionslös storhet]

7 Karlstads universitet / Avd för eletroteni / Elraftteni TEL / Tentamen / 19 / BHn 7 (7) 5114 Uppgift 4 Du har fått i uppgift att öra en svens vattenraftstation med ett aggregat (turbin + synrongenerator). Generatorn är ansluten till ett start nät, dvs nätets spänning och frevens påveras inte märbart av generatorn. Generatorns syrona reatans är 1. /fas. Du arbetar vid en ontrollpanel som har två reglage och fyra mätinstrument, nämligen Reglage Ledseneöppning, styr tillförd meanis effet ( 1 %) Magnetiseringsström, styr inducerad spänning ( 1 %) Mätinstrument Varvtal [rpm] Nätspänning [V huvudspänning] Avgiven ativ effet [MW] Avgiften reativ effet [MVAr] Observera att effetmätarna visar avgiven effet (positivt tecen betyder att effet avges till nätet). Reglagen förutsätts vara linjära. a) Du läser av varvtalsmätaren som visar rpm. Hur många poler har generatorn? b) Hur stor är den av rotorn i statorlindningarna inducerad fasspänningen med nedanstående inställningar och avläsningar? Ledseneöppning = % Magnetiseringsström = 55 % Nätspänning = 19.5 V Avgiven ativ effet = MW Avgiften reativ effet = MVAr c) Vad visar mätaren för avgiven reativ effet med nedanstående inställningar och avläsningar? Ledseneöppning = % Magnetiseringsström = 1 % Nätspänning = 19.5 V Avgiven ativ effet = MW Avgiften reativ effet =? MVAr d) Vad visar mätaren för avgiven reativ effet med nedanstående inställningar och avläsningar? Ledseneöppning = 6 % Magnetiseringsström = 1 % Nätspänning = 19.5 V Avgiven ativ effet = 33 MW Avgiften reativ effet =? MVAr e) Kan du med reglaget för magnetiseringsströmmen ställt på 1 % öa ledseneöppningen till 1 % utan att masinen går ur fas? Motivera! Ledning: Bortse från förluster i turbin och generator. Ativa och reativa effeten från en synronmasin (positivt tecen betyder att effet upptas från nätet): 3 U E 3 U P = sinθ Q = ( U E cosθ ), där X X P = upptagen ativ effet [W] Q = upptagen reativ effet [VAr] U = nätets fasspänning [V] E = av rotorn i statorlindningarna inducerad fasspänning [V] X = masinens synrona reatans [] θ = masinens belastningsvinel [rad eller grader] - o -