TENTAMENSUPPGIFTER I ELEKTROTEKNIK MED SVAR

Transkript

1 ELEKTROTEKNIK Inlämningstid Kl: 1 MSKINKONSTRUKTION KTH TENTMENSUPPGIFTER I ELEKTROTEKNIK MED SVR Elektroteknik MF Kl: 14:00 17:00 Du år lämna salen tidigast 1 timme eter tentamensstart. Du år, som hjälpmedel, använda räknedosa, kursens lärobok (utan andra anteckningar än understrykningar och korta kommentarer) samt Betatabell eller liknande. Övningshäten, lab PM, anteckningar etc är inte tillåtna. LTERNTIVT läroboken år ett eget ormelblad användas, 4, med valri inormation. Lösningar anslås på hemsidan kl Tentamensresultatet anslås Eternamn, örnamn (texta) Namnteckning Personnummer OBS! Inga lösblad år användas. lla svar ska göras i tentamenshätet. Räkna örst på kladdpapper och ör sedan in svaret samt så mycket av resonemanget att man vid rättning kan ölja Dina tankegångar. Svar utan motivering ger poängavdrag. (Gäller ej lervals och kryssrågor). Vid behov kan Du skriva på baksidan Poäng

2 1() Så länge strömbrytaren i iguren står i tilläge (sluten) är I 1 =3. Hur stor blir I 1 om strömbrytaren slås irån (bryts)? U är oörändrad. 0 U I 1 () Strömbrytaren B i iguren har under lång tid varit i tilläge. Spänningskällan E ger en likspänning. Utgå irån att E = 10 V E U B - B I C R C = 1 μf R C R = 0 Ω RC = 900 Ω Beräkna a) Spänningen över motståndet R b) Spänningen över kondensatorn C ntag att spänningskällan E istället ger en växelspänning med rekvensen 50 Hz och eektivvärdet 10 V. c) Beräkna spänningen över strömbrytaren B d) Beräkna Spänningen över kondensatorn C

3 3 3() 4() En gokart skall drivas med en likströmsmotor. Energin tas rån två seriekopplade blybatterier som vardera är märkta 1 V /70h och 50 (kortslutningsström). Mellan likströmsmotorn och batteriet är ett matningsdon inkopplat som omvandlar batterispänningen till den spänning som matar motorn. Spänningen till motorn kan därör varieras kontinuerligt mellan 4V och 4V. Likströmsmotorn har nedanstående märkdata: (,5 hp) eller 1865 W, 4V, 97, 5,9Nm, 16 kg Gokarten har ett lutmotstånd och ett rullmotstånd enligt nedan: kg m F lut 0, v och F rull 18N I denna uppgit gör vi det optimistiska antagandet att alla ingående komponenter i såväl transmission som eldistribution har verkningsgraden 100%. Rull samt lutmotstånd inns enligt ovan. Gokarten körs rakt ram på plan mark. a) Beräkna strömmen rån de seriekopplade batterierna vid hastigheten 30 km/h. b) Beräkna den sträcka som gokarten kan köras på ulladdade batterier. I ett kurslaboratorium används ett treassystem som av säkerhetsskäl har låg spänning. Tre lampor, vardera med resistansen 100 utgör en Y kopplad treasbelastning enligt schemat. Treassystemet har huvudspänningen 4 V. Från början är alla lampor urskruvade Däreter skruvas en lamporna i en i taget och de tre linjeströmmarna mäts ( I 1, I och I 3 ) och returströmmen i nolledningen ( I N ).Beräkna det örväntade utallet av ovanstående experiment genom att ylla i de beräknade strömmarna i nedanstående tabell. L1 L L3 N I 1 I I 3 I N Iskruvade lampor I1 [m] I [m] I3 [m] IN [m] lampa 1 lampa 1 och lampa 1, och 3

4 4 5(1)En bilägare tänker ladda ett 1 V bilbatteri med en krets enligt iguren. Batteriets emk antas vara 1 V. Serieresistansen är totalt 0,5 (summan av batteriets inre resistans, ledningsresistansen och ett yttre seriemotstånd). Kretsen matas med 1 V sinusspänning med rekvensen 50 Hz. Bryggans dioder antas ha spänningsallet 0,7 V vardera. 1 V sinus - I R=0,5 E=1 V Beräkna toppvärdet hos laddningsströmmen I. 6() En likströmsmotor har bland annat öljande data: R = 18 Rth = 35 C/W momentkonstant = 1,4 mnm/ maximalt tillåten lindningstemperatur = 100 C Det år ör enkelhets skull antas att R är oberoende av temperaturen. a) Beräkna temperaturstegringen i lindningen om motorn belastas så att strömmen blir 0,33 kontinuerligt. b) Beräkna temperaturen i lindningen om motorn belastas med momentet 4mNm kontinuerligt vid omgivningstemperaturen 30 C. c) Beräkna den maximala örlusteekt som kan utvecklas i motorn kontinuerligt vid omgivningstemperaturen 45 C. d) Beräkna det maximala moment som motorn kan belastas med kontinuerligt vid omgivningstemperaturen 45 C.

5 5 7() Strömbrytaren S har varit tillslagen en längre tid, och bryts vid tiden t = 0. Följande data gäller: E = 15 V L = 1 H E S i i 1 R L R = 5 Diodens ramspänningsall kan örsummas. a) Beräkna strömmen i1 omedelbart eter tiden t = 0. b) Beräkna strömmen i vid tiden t = 0,10 s. 8() 5 V Vridpot. 5 V Lysdiod (3 st) Skjutpot. 5 V 3 5 V pc.3-5 p.0 p.1 METkontrollern DISPLY 6-4 V Knapp 1-3 pc.0- pb.4pb.7 PWMutgång 0 H-brygga M p.-7 pb.5 pe.0-7 PWM-utgång 1 Studera programmet vridpot1.c. Dig. In- och utgångar /D-ingångar a) Vad skrivs på displayens rad om vridpotentiometern är i sitt mittläge? b) Du skall modiiera programmet så att även skjutpotentiometern avläses. Skriv ut vridpotentiometerns värde på rad 1 på displayen och skriv ut skjutpotentiometerns värde på rad på displayen. När spänningsnivån på skjutpotentiometern överstiger.5 Volt skall den örsta lysdioden (ansluten till pc.3 se iguren ovan) tändas. När sedan spänningsnivån understiger.5 Volt skall lysdioden släckas. Modiiera programmet nedan genom att lägga till stryka rader

6 #include "gnu_met3.h" int ad_value_0; //Deklaration heltalsvariabeln ad_value_0 6 int main(void) init_met(); // Själva programslingan // Initierar MET-kontrollern while(1) // Evighetsloop ad_value_0 = GET_D(0); // D-omv ingång 0 (p.0) move_cursor(1,); // Displaymarkören till rad dprint("%i ", ad_value_0); } } // Programslingans slut

7 7 SVR TILL TENTMEN I ELEKTROTEKNIK Elektroteknik MF () () Tilläge: Strömgrening ger 10 1 I1 I I I 3I1; I Total resistans:r 0 ; U RI V Frånläge:Total resistans 0 0 U R 0 30 ; I 0 0 R Strömgrening: I a) Spänningen över motståndet R är E=10 V. b) Etersom strömbrytaren stått i tilläge under lång tid är kondensatorn ulladdad till E volt. Ingen ström går genom den och således är spänningen över motståndet RC=0 V Spänningen över kondensatorn är E=10 V. c) Spänningen över en sluten kontakt är alltid 0V. 1 d) Kondensatorns reaktans X C 1/ C Strömmen E 10 I 3m Spänningen över kondensatorn U C I X C , 6 V 3() a) Erorderlig drivkrat vid 30 km/h = 8,3 m/s blir kg F driv 0, (8,3m / s) 18N 3N m Erorderlig driveekt P driv 3N 8,3m / s 66W (driv) Ström rån det seriekopplade batteripaketet. Pdriv 66 I 11 U 4 b) Vid konstant ström gäller: Q I t 70 h 11 t km t 6, 3h s 30 6,3h 190km h

8 8 4() Huvudspänningen är 4 V. Då är asspänningen U F V Varje lampa har resistansen R 100 Iskruvade lampor I1 [m] I [m] I3 [m] IN [m] lampa 1 U F / R 4 /100 =40 m m lampa 1 och 40 m 40 m 0 40 m lampa 1, och 3 40 m 40 m 40 m 0 5(1) Strömmen har sitt toppvärde när matningsspänningen har sitt toppvärde, ,7 1 17V. lltså är toppvärdet I topp 7,1 0,5 6() I ortvarighet är den örlusteekt som avges till omgivningen lika med den utvecklade örlusteekten. Därör gäller: R Ö th P kyl R th P a) Förlusteekten blir P R I 18 0,33 W 1,88 W Temperaturstegringen (övertemperaturen) blir b) M K I ger I = 4/1,4 = 0,33 Ö R th P ( 30 5) 1,87 C 66 C Tydligen blir det samma temperaturstegring som i a). Temperaturen i lindningen blir: (3066) C = 96 C. c) Tillåten temperaturstegring blir: (100 45) C = 55 C. Detta motsvarar örlusteekten P 55 / 35 W 1,57 W d) Från c) erhålls örlusteekten som ger strömmen enligt: P R I 18 I 1,57 W ger I = 0,95. 7() Momentet blir: a) i 1 b) T E 15 =3 R 5 L R M K I 1,4 0,95 mnm 3,7 mnm 1 5 s, T t i t i i i e e 15 / () , 0 01,

9 8() a) 511 (103*,5/5 trunkerat) b) // vridpot1.c, ett program ör MET-kontrollern #include "gnu_met3.h" 9 int ad_value_0; int ad_value_1; int main(void) init_met(); // Deklaration heltalsvariabeln ad_value_0 // Själva programslingan // Initierar MET-kontrollern while(1) ad_value_0 = GET_D(0); ad_value_1 = GET_D(1); // Evighetsloop // D-omv ingång 0 (p.0) move_cursor(1,1); // Displaymarkören till rad 1 dprint("%i ", ad_value_0); move_cursor(1,); // Displaymarkören till rad dprint("%i ", ad_value_1); i (ad_value_1 > 511) CLR_BIT(pc,3); } else SET_BIT(pc,3); } } } // Programslingans slut