SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 1

Avsluttende test i elektroteknikk AC

høsten 2017 for AUW 16-19

Linje: Industriell automasjon.

Emne 4: Elektriske systemer Antall sider: 26

Faglærer: Sven Åge Eriksen, tlf 957 54 771 Dato utsendt: Torsdag 07.12.2017

Vedlegg:

11 sider

Utdrag fra elektroteknisk

formelsamling for AC og formler fra forelesninger.

Tid for test:

Fra kl. 09:45

Til kl. 11:15

Torsdag 07.12.2017

Hjelpemidler: Alle hjelpemidler er tillatt, men det er ikke lov å ha kommunikasjon med andre.

Klasser: 2AUW 16 -19

Informasjon:

OBS: Studentens navn: _________________

Vis utregninger eller begrunn svaret der du

evt. ikke bruker utregning.

Alle svar godkjent gir 100 poeng.

Lykke til!

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 2

Oppgave 1 – Klemmebrett på 3-f AC-motorer (5 poeng)

Figur 1: Illustrasjon av klemmebrett på en 3-fase AC-motor.

En bestemt 3-fase AC-motor er omkoblingsbar for 230 VAC / 50

Hz og 400 VAC / 50 Hz.

a) Tegn /forklar hvordan laskene på klemmebrettet skal kobles ved 230 VAC.

b) Tegn /forklar hvordan laskene på klemmebrettet skal kobles ved 400 VAC.

Figur 2: Klemmebrettet med lasker på en 3-fase AC-motor .

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 3

Oppgave 2 – Merkeskilt på motorer (12 poeng)

a) En motor tilføres elektrisk effekt for å kunne avgi mekanisk effekt.

Hva heter effekten som er oppgitt på merkeskiltet til AC-motorer?

Figur 3: Illustrasjon og bilde av en 3-fase AC-motor.

b) Forklar hva dataene som har rød pil på motormerkeskiltet i figur 4

betyr:

Figur 4: Merkeskiltet til en 3-fase AC-motor.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 4

Figur 4: Merkeskiltet til en 3-fase AC-motor.

c) Regn ut:

Tilsynelatende effekt S

Aktiv effekt P1

Virkningsgraden η til motoren med merkeskilt som i figur 4 når

motoren er tilkoblet 3-fase 230 VAC.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 5

.

Oppgave 3 – Elektriske motstander: (4 poeng)

a) Hvilke grunnleggende begreper for elektrisk motstand kjenner du til?

Figur 5: Mulige tips til oppgave 3.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 6

Oppgave 4 – Parallell RLC-krets: (8 poeng)

Vi har en parallell vekselstrømskrets som vist nedenfor bestående av en

kondensator med kapasitans C = 68 μF, en resistans på 115 Ω og en spole uten

indre resistans med induktans L = 280 mH. Kretsen er tilkoblet en sinusspenning

på 230 Vrms og frekvensen er slik at det er parallellresonans i kretsen.

Figur 6: RLC parallellkrets.

a) Hva er kretsens impedans ved resonansfrekvensen?

b) Regn ut hvor stor strøm kretsen trekker ved

parallellresonansfrekvensen?

c) Hva er spenningen over henholdsvis L og C i denne parallellkretsen?

d) Hva er effektfaktoren cos ϕ og faseforskyvningsvinkelen ϕ til kretsen

ved resonansfrekvensen?

230 VAC

50 Hz

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 7

Oppgave 5 - Serie RLC-krets (15 poeng)

En seriell vekselstrømkrets består av en resistans på 100 Ω, en spole med

induktansen 320 mH og en kondensator med kapasitansen 180 μF. Kretsen blir

påtrykket en spenning på 230 V / 50 Hz.

Figur 7: RLC seriekrets.

a) Regn ut reaktansene i kretsen.

b) Regn ut den totale impedansen til kretsen.

c) Regn ut strømmen i denne seriekretsen.

230 VAC

50 Hz

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 8

d) Regn ut spenningene over henholdsvis R, L og C.

e) Er kretsen induktiv eller kapasitiv? Begrunn svaret.

f) Hvorfor bør serieresonans unngås i slike effektkretser?

g) Tegn kretsen i Multisim og sett inn amperemeter i serie med kretsen

og voltmeter i parallell over henholdsvis R, L og C. Lever inn kretsen

i Fronter. Mal for kretsen ligger i Fronter. Sjekk at utregningene du

har gjort i c) og d) stemmer med beregningene i Multisim.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 9

Oppgave 6 – Fasekompensering av induktiv last (8 poeng)

En 1-fase induktiv last slik som figur 11 viser, har aktiv effekt P1 på 3 kW og

cos ϕ lik 0,8. Spenningen er på 230 Vrms (effektivverdi) / 50 Hz.

Figur 8: RL seriekrets – induktiv last.

a) Regn ut tilsynelatende effekt S.

b) Regn ut hvor mye strøm trekkes i tilførselskabelen.

c) Regn ut den induktive reaktive effekten QL.

d) Regn ut hvor stor kondensator du må koble i parallell med

RL-seriekretsen for å øke cos ϕ til 0,9.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 10

Oppgave 7 – Beskyttelse mot elektrisk sjokk (10 poeng)

a) Beskriv de 4 metodene OG de 4 løsningene som beskytter mot

elektrisk sjokk som er forklart i NEK 400-4-41.

Metoder: Løsninger:

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 11

b) Du leder vedlikeholdsarbeidet i en revisjonsstans i en gammel fabrikk der

forbrukerkursene på 230 V ute i fabrikken ikke har jordfeilbrytere.

Vedlikeholdsarbeiderne må bruke drill, vinkelsliper og lys. Det er fuktig

og ledende omgivelser i fabrikken. Det skal gjøres vedlikehold,

modifikasjoner og ombygginger innen fagene elektro, automasjon og

mekanisk:

1) Er det lovlig å bruke forbrukerkursene til f.eks vinkelsliper ute i fabrikken i fuktig, trange og ledende omgivelser uten noen andre

sikkerhetstiltak, hvis kursene ikke har jordfeilbryter?

2) Hvordan vil du aktivt forbygge at vedlikeholdsarbeidere ikke får

elektrisk sjokk under arbeidet når de bruker drill, vinkelsliper og

lys i revisjonsstansen i den gamle fabrikken med kurser uten JFB?

Illustrasjon 9: Fabrikk med trange, fuktige og ledende omgivelser.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 12

Oppgave 8 – AC – teori: Kryss av for riktig(e) alternativ (8 poeng)

a) Reaktansen XL til en spole øker med økende frekvens:

[ ] Ja [ ] Nei, XL (reaktans induktiv) er konstant.

b) Reaktansen Xc til en kondensator minker med økende frekvens:

[ ] Ja [ ] Nei, Xc (reaktans kapasitiv) er konstant.

c) Induktansen til en spole øker med økende frekvens:

[ ] Ja [ ] Nei, induktansen L til en spole er konstant.

d) Kapasitansen til en kondensator øker med økende frekvens:

[ ] Ja [ ] Nei, kapasitansen C til en kondensator er konstant.

e) Den elektriske motstanden til en resistans øker med økende frekvens:

[ ] Ja [ ] Nei, resistansen R er konstant.

f) Ved parallellresonans i en RLC-krets er impedansen lik resistansen, dvs Z = R:

[ ] Ja [ ] Nei, den er lik admittansen Y [ ] Nei, den er lik XL

g) Ved serieresonans i en serie RLC-krets er effektfaktoren lik null:

[ ] Ja [ ] Nei, den er lik 1 [ ] Nei, den er lik tidskonstanten τ

h) I en bestemt induktiv krets er resistansen R lik reaktansen XL. Da er

faseforskyvningsvinkelen ϕ lik 45 grader.

[ ] Ja [ ] Nei

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 13

Oppgave 9 – Måleteknikk (10 poeng)

a) Forklar virkemåten til NTC-termistoren i denne kretsen.

b) Forklar virkemåten til operasjonsforsterkeren i denne kretsen

c) Forklar virkemåten og hensikten med dioden 1N4148

d) Forklar virkemåten til NPN-transistoren BC546B

e) Gi eksempel på hva denne kretsen kan brukes til.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 14

Oppgave 10 - Måleteknikk (20 poeng)

En åpen atmosfærisk sylindrisk lagertank for syre er 3 m høy og

1 m i diameter. Nivået måles med en dp-celle som er montert

helt i bunnen av tanken og måleverdiomformeren har 4-20 mA utgang. Lavtrykksiden til dp-cellen er koplet mot friluft.

Massetettheten til syra er 1420 kg / m3 ved 25 C og

temperaturen er konstant.

Gravitasjonskonstanten g = 9,81 m/s2.

Atmosfæretrykket regnes som konstant og er lik 101 kPa. Egenvekten til selve tanken inklusiv utstyr er 550 kg.

Målesignalet ut ifra transmitteren i dp-cella er 4 mA ved tom

tank og 20 mA ved full tank som er ved 3 m væskesøyle.

a) Hva er kalibrering?

b) Hva betyr TI og TT i et P&ID-skjema?

c) Hva er trykk og hvilken SI-enhet brukes for å måle trykk?

d) Hva er det absolutte trykket i bunnen av tanken uten syre i tanken?

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 15

e) Hva er det absoluttet trykket i bunnen av tanken når tanken er full

av syre og temperaturen er 25 C?

f) Hva er differansetrykket i bunnen av tanken uten syre i tanken?

g) Hva er differansetrykket i bunnen av tanken når tanken er full av

syre og temperaturen er 25 C?

h) Hva er målesignalverdien fra dp-cella når det er 1000 kg med syre i tanken?

i) Kan du foreslå andre vanlige målemetoder for å måle nivået i denne tanken?

j) Nevn en fordel med målesignalet 4-20 mA i forhold til 0-20 mA?

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 16

Formler for måleteknikk:

Formel for trykk:

P = 𝐹

𝐴 F = kraft A = areal

Formel for absolutt trykk i væske i en atmosfærisk tank:

P abs = P atm + ρgh

Formel for volum i en sylindrisk tank:

V = π r2 h r = radius h = høyde

Formel for tetthet:

ρ (roh) = 𝑚

𝑉 m = masse V = volum

Formel for målesignalverdi: Utgangssignalverdi =

Signalomfang/måleomfang · (målt verdi – målenullpunkt) + signalnullpunkt

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 17

Dette er første linje på siden:

VEDLEGG: Utdrag fra elektroteknisk formelsamling:

Enfaset og trefaset vekselstrøm

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 18

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 19

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 20

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 21

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 22

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 23

Effekt, effekttrekant og effektfaktor cos ϕ:

S = Tilsynelatende effekt, enhet VA

P = Aktiv effekt, enhet W

Q = Reaktiv effekt, enhet var eller VAr

S= √P2

+ Q2

P= √S2

- Q2

Q= √S2

- P2

S2

= P2

+ Q

2

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 24

Impedanstrekant:

Z = Impedans

R = Resistans

X = Reaktans

XL = Reaktans induktiv

XC = Reaktans kapasitiv

X = XL - XC

Z2

= R2

+ X

2

Z= √R2

+ X2

R= √Z2

- X2

X= √Z2

- R2

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 25

Referanser:

Fagstoff fra TRAINOR:

https://prod.trainor.no/cms/Forum/Automasjon/Cos-fee

Illustrasjoner fra NELFO:

http://efbr.nelfo.no/UploadFiles/Books/310/158/634601521405935000__kapv

gelenergi.pdf

Elektroteknikk lærebok:

https://www.nb.no/items/66582a36d1f975c16fe58fa1c5d903bb;page=0;searchText=elekt

roteknikk

NEK 400-4-41:

https://www.dropbox.com/s/d8hamu90q65b0x7/NEK%20400-4-41%20-

%20Beskyttelse%20mot%20elektrisk%20sjokk.pdf?dl=0

Fagstoff om fasekompensering som er laget av Sven Åge Eriksen:

https://www.dropbox.com/s/h4c39xkzj5rpmt0/2017.10.14%20-

%20Fasekompensering%20fagstoff%20SAE%20v11.docx?dl=0

Figur 10: Eksempel på RLC-seriekrets som er simulert i Multisim.

SLUTTEST – AC – Emne 4 - Elektriske Systemer – Høsten 2017 – AUW 16-19

Side 26

Vurderingsskjema:

1 X X X X X X X X X X 5

2 X X X 12

3 X X X X X X X X X X X 4

4 X X X X X X X 8

5 15

6 X X X X X X X 8

7 X X X X X 10

8 X X X X X X X 8

9 X X X X X 10

10 X X X X X 10

10 X X X X X 10