Facit till Tentamen (TEN1) TMEI01 Elkraftteknik 16:e Mars, 2015, kl
Transcription
Facit till Tentamen (TEN1) TMEI01 Elkraftteknik 16:e Mars, 2015, kl
ISY/Fordonssystem Facit till Tentamen (TEN1) TMEI01 Elkraftteknik 16:e Mars, 2015, kl. 14.00-18.00 Tillåtna hjälpmedel: TeFyMa, Beta Mathematics Handbook, Physics Handbook, ett handskrivet A4-papper med valfritt innehåll, formelblad (bifogat i tentamen) och miniräknare. Uppgift 1. Exempel på lösning: Eftersom den aktiva och reaktiva effekten för de tre maskinerna kan summeras utan vidare och det endast är den totala linjeströmmen som söks så behöver vi inte räkna ut strömmarna för varje enskild last. Vi får därmed a) Räkna t.ex. ut IL,1 med U1 som referens. De två andra strömmarna är lika stora men förskjutna 120◦ P1 = X P2a,i ηi i Q1 = X P2a,i · ηi i q S1 = P12 + Q21 IL1 = b) cos ϕT ot = p 1 − cos2 ϕi cos ϕi ◦ S1 √ = 84, 3e−j35.8 UH 3 P1 S1 = 0.81 ind. c) Använd t.ex. formeln nedan eller lös ekvationen i P1 och Q1 PI = UH · IL · cos (30 + 35, 8) = 13, 8 kW PII = UH · IL · cos (30 − 35, 8) = 33, 5 kW Uppgift 2. Exempel på lösning: a) Använd notationen Fall I innan kompensering och Fall II efter. Ställ sedan upp den reaktiva effekten enligt p 1 − cos2 ϕI Q2,I = P2 cos ϕI p 1 − cos2 ϕII Q2,II = P2 cos ϕII QC = Q2,II − Q2,I = −787 kVAr b) D-kopplat kondensatorbatteri så spänningen UH ligger över respektive kondensator C= −QC 2 · 2 · π · f = 7, 6uF 3 · UH c) Anvädn t.ex. formeln för aktiv och reaktiv förlust P22 + Q22 = 218 kW U22 P 2 + Q2 QF = XL · 2 2 2 = 435 kVAr U2 PF = R L · d) Spänningen blir s U1 = U2 · P2 · RL + Q2,I · XL 1+ U22 2 1 + P2 · XL − Q2,I · RL U22 2 = 11, 7 kV Uppgift 3. Exempel på lösning: Kretsschemat blir enligt I I2 R2K I1 X2K I0 U √1 3 R0 U √20 3 jX0 N1 U √2 3 ZB N2 a) Använd definitionen av 3-fas effekt SM = 222 A 3 · U1M SM =√ = 5774 A 3 · U2M I1M = √ I2M b) Verkningsgraden blir η= 0, 5 · cos ϕ · SM = 0, 9918 0, 5 · cos ϕ · SM + PF 0 + 0, 52 · PF KM c) ηax fås (efter t.ex. derivering av uttrycket för η) vid r PF 0 xηmax = = 0, 34 =⇒ FF BM ηmax = 0, 99 Uppgift 4. Exempel på lösning: Kalla givna falllet Fall I, a-uppgiften Fall II och b-uppgiften Fall III a) Momentet är konstant så Ia är konstant. Vi har att Ea,I = Va,I − Ia,I · Ra vII Ea,II = Ea,I · vI Va,II = Ea,II + Ia,I · Ra = 382 V b) Momentet dubblas, så Ia dubblas. Vi har att Ia,III = Ia,I · 2 Va,III = Ea,II + Ia,III · Ra = 404 V c) Största möjlig startspänning fås direkt från den evkivalenta kretsen enligt Va,max = Ia,max · Ra = 60 · 0, 55 = 33 V 2 För att räkna ut startkraften vid denna ström så kan vi använda oss av driftstillståndet för det första givna fallet. Med enda skillnad att vi har en utväxling så kan vi använda momentekvationerna från formelsamlingen T = k · Ia ⇒ f = kf · Ia Pmech = f · v = kf · v · Ia Pem = Ea · Ia Eftersom vi bortser från friktion så får vi Pmech = Pem ⇒ Ea = kf · v =⇒ Ea,I = 14, 4 kN fmax = Ia,max · kf = Ia,max · vI 3 Uppgift 5. Exempel på lösning: a) Ett exempel på hur ett svar kan se ut är Spänningsreglering Spänningen sänks så att momentkurvan sjunker, slippet blir då större för ett och samma lastmoment. Det är förhållandevis enkelt och billigt att styra spänningen och det fungerar på alla typer av asynkronmaskiner. En nackdel är att större slip ger mer förluster. Frekvensreglering Momentkurvan flyttas i sidled genom att frekvensen på primärsidan ändras vilket ger en effektiv reglering. En nackdel är att frekvensriktare är dyra och introducerar illalåtande störningar i motorerna. Pådragsreglering Ett yttre pådrag kopplas in till rotorn vilket förskjuter momentkurvan. En fördel är att det ger mindre förluster än spänningsstyrning samt att det kan användas för motorstart. Maxmomentet är dessutom bevarat vilket gör att vi inte behöver oroa oss för att motorn skall bli för svag. En nackdel är dock att förlusterna fortfarande finns där om än inte lika stora som för spännigsstyrningen. Dessutom kräver metoden en släpringad asynkronmaskin. b) Låt det givna fallet vara Fall I och det sökta Fall II. Utgående från den generella momentformeln för asynkronmaskinen kan vi ta fram specialfall för de olika alternativen. Vi får då för de olika styrstrategierna följande parametrar/värden Spänningsreglering Vi har att momentet kan skrivas M = k · U 2 · s och med konstant moment för de olika fallen får vi n2,II = 2850 rpm n1 = 3000 rpm n1 − n2,I = 2, 7 % sI = n1 n1 − n2,II = 5, 0 % sII = n1 r sI UH,II = UH,I · = 292, 2 V sII Frekvensreglering Vid konstant Volt/Hz reglering måste vi ändra spänningen lika mycket som frekvensen för att bibehålla maxmomentet. Momentkurvan för ändrad frekvens motsvarar då en ren förskjutning och vi får n2,II − n2.I fDif f = p · = −1.2 Hz 120 fII = fI + fDif f = 48.8 Hz fII UH,II = UH,I · = 390, 7 V fI Pådragsreglering Antag litet slip, vi kan skriva momentformeln som M = k · moment så har vi sI sII = =⇒ R2,I R2,II sII R2,II = · R2,I = 1, 125 Ω sI Ry = R2,I − R2,II = 0, 53 Ω 4 s R2 och för konstant lastande