Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Relevanta dokument
Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. Exempeltentamen

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk, ETEF15. den 14 jan :00-13:00

Tentamen i Elektronik - ETIA01

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 17 dec 2007 klockan 8:00 13:00 för inskrivna på elektroteknik Ht 2007.

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15

Tentamen i Elektronik, ESS010, del1 4,5hp den 19 oktober 2007 klockan 8:00 13:00 För de som är inskrivna hösten 2007, E07

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 21 oktober 2008 klockan 8:00 13:00

Tentamen i Elektronik, ESS010, den 15 december 2005 klockan 8:00 13:00

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 1 den 18 oktober, 2010, kl

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 6 mars 2006 SVAR

Tentamen i Elektronik, ESS010, del 2 den 16 dec 2008 klockan 8:00 13:00.

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Tentamen i Elektronik fk 5hp

Tentamen i Elektronik grundkurs ETA007 för E1 och D

Tentamen i Elektronik, ESS010, och Elektronik för D, ETI190 den 10 jan 2006 klockan 14:00 19:00

Tentamen på del 1 i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

AD-DA-omvandlare. Mätteknik. Ville Jalkanen. 1

Hambley avsnitt

5 OP-förstärkare och filter

A/D D/A omvandling. Lars Wallman. Lunds Universitet / LTH / Institutionen för Mätteknik och Industriell Elektroteknik

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

A/D- och D/A- omvandlare

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

Tentamen på elläradelen i kursen Elinstallation, begränsad behörighet ET

Tentamen i Elektronik för F, 2 juni 2005

Självstudieuppgifter om effekt i tre faser

Tentamen i Elektronik för E, ESS010, 12 april 2010

Tentamen Elenergiteknik

Elektroteknikens grunder Laboration 3. OP-förstärkare

Laboration - Va xelstro mskretsar

Resttentamen i Signaler och System Måndagen den 11.januari 2010, kl 14-19

TENTAMEN Elektronik för elkraft

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Fö 2 - TMEI01 Elkraftteknik Trefas effektberäkningar

Tentamen i ESS 010 Signaler och System E3 V-sektionen, 16 augusti 2005, kl

1 Grundläggande Ellära

Tentamen del 1 Elinstallation, begränsad behörighet ET

Du behöver inte räkna ut några siffervärden, svara med storheter som V 0 etc.

Elektronik 2018 EITA35

Tentamen i Digitala system - EITA15 15hp varav denna tentamen 4,5hp

Ett urval D/A- och A/D-omvandlare

Hambley avsnitt

Elektronik 2017 EITA35

Laboration II Elektronik

Tentamen i Elektronik för F, 13 januari 2006

TENTAMEN Elektronik för elkraft HT

Föreläsning 10, Egenskaper hos tidsdiskreta system

Tentamen i TMA 982 Linjära System och Transformer VV-salar, 27 aug 2013, kl

Läsinstruktioner. Materiel

Signalbehandling, förstärkare och filter F9, MF1016

Laboration 4: Tidsplan, frekvensplan och impedanser. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

IDE-sektionen. Laboration 5 Växelströmsmätningar

A156TG Elkrafttekniska beräkningar och elkvalitet. 7,5 högskolepoäng. Lycka till!

Ström- och Effektmätning

Tentamen Elektronik för F (ETE022)

Tentamen i Elektronik 5hp för E2/D2/Mek2

A/D D/A omvandling. EEM007 - Mätteknik för F 2015 CHRISTIAN ANTFOLK

Strömtänger för AC ström

Fö 3 - TSFS11 Energitekniska system Trefassystemet

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

Elektronik Dataomvandlare

Tentamen i Elkraftteknik 3p

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen oktober 2006

Elektronik. Dataomvandlare

Frekvensplanet och Bode-diagram. Frekvensanalys

Tentamen i Grundläggande ellära och digitalteknik ETA 013 för D

2E1112 Elektrisk mätteknik

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 3 RC- och RL-nät i tidsplanet. Elektronik för D ETIA01

Elektronik. Viktor Öwall, Digital ASIC Group, Dept. of Electroscience, Lund University, Sweden-

Grundläggande A/D- och D/A-omvandling. 1 Inledning. 2 Digital/analog(D/A)-omvandling

Tentamen ellära 92FY21 och 27

Tentamen i Digitala system - EDI610 15hp varav denna tentamen 4,5hp

Videoförstärkare med bipolära transistorer

A/D D/A omvandling Mätteknik för F

Trefassystemet. Industrial Electrical Engineering and Automation

Svar till Hambley edition 6

Definition av kraftelektronik

Förstärkning Large Signal Voltage Gain A VOL här uttryckt som 8.0 V/μV. Lägg märke till att förstärkningen är beroende av belastningsresistans.

TSTE20 Elektronik Lab5 : Enkla förstärkarsteg

Strömtänger för AC. DN serien 5.00 (1/2) DN series

Elektro och Informationsteknik LTH. Laboration 6 A/D- och D/A-omvandling. Elektronik för D ETIA01

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen april 2006

Tentamen i Signaler och kommunikation, ETT080

Tentamen ETE115 Ellära och elektronik för F och N,

Umeå universitet Tillämpad fysik och elektronik Ville Jalkanen mfl Laboration Tema OP. Analog elektronik för Elkraft 7.

Tentamen i Elektronik för E, 8 januari 2010

Mätning av biopotentialer

Mät kondensatorns reaktans

GRUNDKURS I SIGNALBEHANDLING (454300), 5sp Tentamen

ETE115 Ellära och elektronik, tentamen januari 2008

Grundläggande signalbehandling

TRANSISTORER. Umeå universitet Institutionen för tillämpad. fysik och elektronik. Patrik Eriksson

TENTAMENSUPPGIFTER I ELEKTROTEKNIK MED SVAR

Cédric Cano Uppsala Mätsystem F4Sys. Pulsmätare med IR-sensor

LTK010, vt 2017 Elektronik Laboration

Tentamen i Elkraftteknik för Y

Lösningar till tentamen i styr- och reglerteknik (Med fet stil!)

Enchipsdatorns gränssnitt mot den analoga omvärlden

Transkript:

Tentamen i Krets- och mätteknik, fk - ETEF15 Institutionen för elektro- och informationsteknik LTH, Lund University 2016-10-27 8.00-13.00 Uppgifterna i tentamen ger totalt 60. Uppgifterna är inte ordnade på något speciellt sätt. Läs därför igenom alla uppgifter innan du börjar lösa dem. Några uppgifter är uppdelade i deluppgifter. Av totalt 60 möjliga poäng fordras minst 30 för godkänt. Tillåtna hjälpmedel: Formelsamling i krets- och mätteknik Räknare Observera! För att rättning av lösning skall komma i fråga fordras att den är läslig samt klart och tydligt uppställd. Glöm inte att skriva logo och ID-kod på alla blad. Lycka till! Bertil Larsson 1

Krets- och mätteknik, fk - ETEF15, 2016-10-27 2 1. [mv] 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 v v 1 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 [ms] Figur 1: Uppmätta signaler från en differentiell givare Från en givare med differentiell utsignal kommer två signaler, v 1 och v 2 enligt figur 1. De kopplas till en differentialförstärkare och dess utsignal kopplas till en AD-omvandlare med inspänningsområdet 0 5V. (a) Ange v DM och v CM för insignalerna. (2 p) (b) Utsignalen från differentialförstärkaren för signalerna ovan är 0, 1 + 2 cos(2πf t). Beräkna A DM och A CM. (4 p) (c) Vilket CM RR har förstärkaren? (1 p) (d) Beräkna det maximala A DM,max som kan användas med förutsättningarna ovan om man antar att A CM = 0. (2 p) (e) Hur många bitar krävs i AD-omvandlaren för att klara en onoggrannhet på max 1%? Visa hur du kommit fram till ditt svar. (2 p) (f) Nämn minst två principer för ADomvandling och välj en typ som passar för uppgiften i exemplet om figur 1 ovan visar maximal frekvens på insignalerna. Motivera ditt val. (2 p) (g) Vid AD-omvandling används ett lågpassfilter mellan förstärkaren och AD-omvandlarkretsen. Varför använder man ett sådant filter och vilken brytfrekvens ska det ha om figur 1 ovan visar maximal frekvens på signalerna. (2 p) (h) I ett allmänt fall, vad är vinsten med differentiell ingång vid mätning? (1 p)

Krets- och mätteknik, fk - ETEF15, 2016-10-27 3 2. Figur 2a visar en switchkoppling med BJT-transistor. I tabell 1 finns uppmätta data för kopplingen. Matningsspänningen är V CC = 10V, R C = 5Ω, R B = 100Ω och V BE 0.6V. R C R B i B i C v CE V CC V IN v BE (a) Grundkoppling med BJT IC A 2 1 t[ms] 1 2 5 10 (b) Oscilloskopbild av omslag i BJT Figur 2: En transistorswitch med tidsgraf Tabell 1: Uppmätta data för en Bipolärtransistor (BJT) V CE (V ) V IN (V ) I C (A) I B (ma) β F = I C /I B 0.2 5.4 5.0 2.6 10.0 0 (a) Beräkna ur uppmätta data i tabell 1 ett ungefärligt värde på β F, motivera. (2 p) (b) Vilken effektutveckling är det i transistorn när den är bottnad enligt tabell 1? (2 p) (c) Figur 2b visar kollektorströmmen när transistorn används som switch. Basspänningen slås på vid tiden t = 0. Vilken stigtid, t r, har kollektorströmmen I C? (2 p) (d) Nämn något sätt att förkorta omslaget för transistorn i figur 2a (2 p)

Krets- och mätteknik, fk - ETEF15, 2016-10-27 4 3. Två trefasmotorer är inkopplade i Y-koppling på ett trefasnät med huvudspänningen 400V. Data för motorerna ges i tabell 2. Motor 1 Motor 2 Mekanisk effekt 11kW 15kW Verkningsgrad (η) 0,76 0,82 Effektfaktor 0,70 0,80 Tabell 2: Data för motorerna (a) Bestäm resulterande aktiv och reaktiv effekt (6 p) (b) Bestäm resulterande effektfaktor (2 p) (c) Bestäm resulterande strömstyrka i de tre faserna (4 p) (d) Ange ett uttryck för värdet, vilken typ av komponent och hur den ska kopplas in för att eliminera uttaget av reaktiv effekt från trefasnätet. (3 p) 4. Ett RC-nät studeras. R 2 = 99R 1 v i C R 2 R 1 v O Figur 3: En krets med R och C (a) Bestäm överföringsfunktionen för nätet i figur 3 (3 p) (b) Rita BODE-diagrammen för nätet. Diagramblad finns sist i häftet. (4 p) (c) Vilken fasvridning har utsignalen relativt insignalen vid frekvenserna ω 1 = 1 R 1 C ω 2 = 1 100R 1 C (3 p) (d) Om insignalen har amplituden 1V, vilken är amplituden på utsignalen vid ω 2? (2 p) 5. Tre typer av kablar ska karaktäriseras med avseende på deras förmåga att skydda för elektriska och magnetiska störningar. Kablarna är: Koaxialkabel, partvinnad kabel, tvåledare elkabel. Ange för var och en med orden Bra eller Dålig avseende deras förmåga att skydda för elektriska respektive magnetiska störningar samt motivera dina svar. (3 p) 6. I det europeiska regelverket för produkter som säljs inom EU finns CE-märkningen. (a) Vad är den övergripande innebörden av CE-märkningen. (2 p) (b) Vem är ansvarig för att CE-märkningen görs. (2 p) (c) En produktionslinje är CE-märkt. Vid en utbyggnad installeras elutrustning som garanterat uppfyller EM C-direktiven i linjen. Måste hela linjen då CE-märkas på nytt? (2 p)

Krets- och mätteknik, fk - ETEF15, 2016-10-27 5 Diagramblad till uppgift 4 ID-kod... H db arg(h)

Krets- och mätteknik, fk - ETEF15, 2016-10-27 6 1 Svar 1a v DM = v 1 v 2 = {0.009 0.002 cos(2π125t)} {0.009+0.002 cos(2π125t)} = 0.004 cos(2π125t). v CM = (v 1 + v 2 )/2 = 0.009V 1b A DM = (2 cos(2π125t))/( 0.004 cos(2π125t)) = 500. A CM = 0.1/0.009 = 11.1 1c CMRR = A DM /A CM = 500/11.1 = 45(33dB) (Minustecknet betyder bara invertering). 1d Maximal insignal till ADomvandlaren är 5V. Den största differentiella insignalen är 0.004V. A DM,max = 5/0.004 = 1250. Den gemensamma insignalen 0.009 förstärks ej. 1e Hela omvandlingsområdet ges av V fs. Den minsta signal som kan mätas är då V fs /2 N som är upplösningen i spänning. Noggrannheten beror på om AD-omvandlaren trunkerar, d.v.s. avrundar nedåt, eller avrundar matematiskt. I första fallet blir felet 1 LSB och i andra fallet 1/2 LSB. Svaren blir då: 0.01 = 2 N som ger N = 7 respektive 0.005 = 2 N som ger N = 8. 1f Flash, successiv approximation, sigma-delta och integrerande. Flash är snabbast men kostsam och i detta fall är frekvenserna måttliga, 125Hz. Successiv approximation och sigma-delta ger bra noggrannhet och klarar lätt frekvensen. Integrerande är noggrann men 125Hz kan ligga i överkant för denna. Välj Successiv approximation eller sigmadelta. 1g Vikning (aliasing) är att signaler med högre frekvens viks in i den bandbredd som signlen har. Detta beror på att samplingsfrekvensen inte är tillräckligt hög. f sample > 2 f max,signalfrekvens. Detta motverkas med filter på ingången som filtrerar bort oönskade höga frekvenser i insignalen och/eller höja samplingsfrekvensen. Signalfrekvensen är 125Hz så filtret ska ha brytfrekvensen 125Hz. För att konstruktionen av filtret ska vara rimlig bör samplingsfrekvensen ligga mycket högre än 250Hz. 1h Differentiell ingång kan reducera störningar som kommer in lika mycket på ledningarna. Vid subtraktionen försvinner det mesta då. Tabell 3: Beräknade data för en Bipolärtransistor (BJT) V CE (V ) V IN (V ) I C (A) I B (ma) β F = I C /I B 0.2 5.4 1.96 48 40.8 5.0 2.6 1 20 50 10.0 0 0 0-2a När transistorn är bottnad sjunker β F så ett värdet i närheten av 50 är rimligt. 2b V CE = 0.2V och I C = 1.96A. P = 0.2 1.96 = 0.39W 2c 3ms 2d Genom att minska R B eller parallellkoppla R B med en kondensator, enligt lab 2. P mek η P el = P mek η cos ϕ tan ϕ Q = P tan ϕ Motor 1 11kW 0,76 14,5kW 0,70 1,02 14,8kVAr Motor 2 15kW 0,82 18,3 0,80 0,75 13,7kVAr Tabell 4: Svar till uppgift 3

Krets- och mätteknik, fk - ETEF15, 2016-10-27 7 3a P el,tot = 32.8kW, Q el,tot = 28.5kV Ar 3b tan ϕ = 28.5 32.8 vilket ger cosϕ = 0.75 3c Ptot 3 = U f I h cos ϕ. I h = Ptot 3U f cos ϕ = Ptot = 63.1A 3Uh cos ϕ 3d Motorerna är induktiva med Q m > 0. Vi vill ta bort Q m med en lika stor negativ reaktiv effekt, Q C = Q m, dvs en kondensator mellan varje fas, L 1 L 3, och nolledaren. S C = (230) 2 = (230)2 (230)2 = j = ( 1 jωc ) (j 1 ) ( 1 ωc ωc ) j(230)2 750 ωc = j(28.5/3)kvar. C = = 572µF. (230) 2 2π 50 4a H(jω) = R 1 R 1 +R 2 +1/jωC = jωr 1 C 1+jω(R 1 +R 2 )C 4b ω 1 = 1/(R 1 C), ω 2 = 1/((R 1 + R 2 )C) = ω 1 /100 H db arg(h) +90 0 20 40 +45 0 60 w1 w1/10 w2 w2/10 w1 w1/10 w2 w2/10 Figur 4: Bodediagram för passivt nät 4c Vid ω 1 är fasvridningen 0 grader och vid ω 2 är fasvridningen +45 grader 4d Vid ω 2 är amplituden 1V/100 = 0.01V (eller möjligen 0.0071V om exakta värdet ska anges). 5 Koaxialkabel: Bra i båda fallen. Elektriskt är det en Faradays bur och magnetiskt är innerledarens ström totalt omsluten av höljets ström vilket ger perfekt skärmning. Partvinnad kabel: Ledare och återledare är tvinnade. Elektriskt ger det inte stort skydd. Magnetiskt är kabeln bra eftersom den inducerade strömmen i varje ögla motverkas av öglan bredvid. Tvåledare elkabel: Här är skyddet dåligt både för elektrisk och magnetisk påverkan. 6a CE-märkningen är tillverkarens garanti för att produkten uppfyller tillämpliga standarder. 6b Tillverkaren eller importören 6c Ja, det är hela linjen som sådan som ska CE-märkas.