HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for teknologi

Transkript

1 HØGSKOLEN I SØR-RØNDELAG Aving for eknologi Målform: Bokmål Eksamensdao: 3..4 Varighe/eksamensid: 9-5 Emnekode: Emnenavn: Klasse(r): ELE33 Indusriell auomaisering ELAH Sudiepoeng: Faglærer(e): (navn og elefonnr på eksamensdagen) Konakperson(adm.) (fylles u ved behov kun ved kursemner) Hjelpemidler: Oppgavesee besår av: (anall oppgaver og anall sider inkl. forside) Vedlegg besår av: (anall sider) Dag Aune (956955), Pål Gisvold ( ), Sigurd Gossé (97666) - Kalkulaor: ype C. - Formelsamling: Cappelen, Dalen, Hanssen, Roseng, ryi: abeller og formelsamling for ingeniør-høgskolen, Gyldendal 8. ug. - Caserappor 7 oppgaver og 3 sider 6 vedlegg, 6 sider Merknad: Oppgaveeksen kan beholdes av sudener som sier eksamensiden u. NB! Les gjennom hele oppgavesee før du begynner arbeide, og disponer iden. Dersom noe virker uklar i oppgavsee, skal du gjøre dine egne anagelser og forklare dee i besvarelsen. Lykke il!

2 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side av 3 Oppgave (5%) a) En måleomformer benyes il nivåmåling i en ank. Måleomformeren gir u e spenningssignal som funksjon av nivåe. abellen nedenfor viser resulae fra kalibreringen med en kjen densie. Nivå [cm] Spenning [V],,67 4 5, 6 7,6 8, Skisser kalibreringskurven som en avvikskurve og angi linearieen i prosen av målesignalomfange. b) Ana a vi har en lukke ank og a densieen il væska er ukjen. Gassrykke over væskeflaa kan variere. Nivåe i anken varierer mellom h min og h maks. Vis med en egning hvordan du kan måle både nivå i anken og densieen il væska ved hjelp av rykkransmiere. Uled sammenhengene mellom måle rykk og nivå og densie. Hvilken begrensning silles il h min og h maks? c) Ana a vi i anken i oppgave b) har o væsker med forskjellig densie og som ikke blander seg med hverandre. Densieen il den leese væska er kjen, og vi ønsker å måle hvor grensesjike mellom de o væskene ligger. Hvordan kan dee gjøres? egn skisse.

3 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 3 av 3 Oppgave (5 %) I figuren er de vis o koordinasysemer {A} og {B}, der {B} har en gi roasjon og ranslasjon i forhold il {A}. allverdien av roasjonsvinklene er her e hel anall ganger 9 o. Z B -aksen er parallell med og mosa ree X A -aksen. Y B -aksen er parallell med og mosa ree Y A -aksen. X B -aksen er parallell med og mosa ree Z A -aksen. Plasseringen av origo il koordinasyseme {B} i forhold il {A} er gi av A B,6,3 B E punk P i koordinasysem {B} har koordinaene B P,, Besem den homogene ransformasjonsmarisa A. Bruk A B B il å besemme posisjonen il punke P i koordinasyseme {A}. Z B Y B X B

4 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 4 av 3 Oppgave 3 ( %) D h Srømningsmåling Vi ønsker å måle oljesrømmen i e rør ved hjelp av e pio-rør og e U-rørsmanomeer som vis i figuren. Densieen il oljen er: =,85 3 kg/m 3 og rørdiameeren er: D =, m. U-rørsmanomeere er fyl med vann med densie: =, 3 kg/m 3. Gi: g = 9,8 m/s, =,3 Pa s. a) Uled e urykk for srømningsfaren som funksjon av høyden h i U-rørsmanomeere og beregn faren når når de avleses h =, m på U-rørsmanomeere. b) Hva blir Reynoldsalle og hvilken ype srømningen er de i røre? Beregn volum- og massesrøm. c) Ana a relaiv usikkerhe i densieer, i diameeren og i høydeavlesningen ± %. Alle er oppgi med en dekningsfakor. Hva blir usikkerheen i volumsrømmålingen? Angi måleresulae på sandardform med en dekningsfakor på.

5 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 5 av 3 Oppgave 4 (5%) En prosess med o pådrag, o forsyrrelser og o uganger skal reguleres. En mol for prosessen er vis i figur. (idskonsanene er gi i sekunder.) Figur Blokkdiagram for x prosessen A Sasjonær analyse I førse omgang enker vi oss å regulere prosessen med o uavhengige PID-sløyfer. a (3%) Finn den sasjonære K-marisen for prosessen. Finn dereer RGA-marisen og konkluder på grunnlag av denne, hvordan reguleringssløyfene bør koples. b (4%) Finn kondisjonsalle CN for prosessen. Hva foreller CN om dee ilfelle? B Dynamisk analyse For å oppnå bedre regulering vurderer vi så modalregulering av syseme. Vi seer følgende krav il reguleringen: Sigeid: 5 sek Innsvingningsid: Oversving: % r sek s a (6%) Vi renger da i førse omgang en dynamisk prosessmol. Finn en ilsandsrom-mol som beskriver dynamikken i prosessen og målingene som gjøres. Alle nødvendige mariser skal være med. Kall marisene A, B, C, D og E.

6 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 6 av 3 b (3%) De o forsyrrelsene gjør a vi må ha inegralvirkning med i reguleringen. Finn de uvidee marisene A, B, C, H, D og E som vi da må jobbe med. a ugangspunk i marisene du fan i foregående punk. (Hvis du ikke fikk il foregående punk får du ana verdier for marisene A, B, osv. og arbeide u i fra disse.) c (3%) Kom fram il e fornufig forslag for komplekse polplasseringer for reguleringssyseme u i fra kravene som er sa. d (%) Blir de nødvendig å bruke en esimaor i dee ilfelle? Forklar hvorfor eller hvorfor ikke. e (4%) Vi har komme fram il en K-marise for modalreguleringen: k k k k K k k k k egn opp e blokkdiagram som viser modalregulering av prosessen med inegralvirkning. Prosessen kan represeneres som en blokk med o innganger og o uganger. Elemenene i K- marisen skal plasseres på rikig plass i diagramme

7 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 7 av 3 Oppgave 5 (5% av Moordrifer) De skal regnes på en sep-up chopper som vis i figur. Chopperen skal gå med frekvensen 5 khz. Likespenningskilden U d er på V. Kondensaorens kapasians er så sor a vi kan se på spenningen over lasen som konsan. L id id ib ul Ud Venil C R ub iv ic Figur a) Ved duycycle,6 omsees de 3W i lasresisansen. Besem midverdiene il lassrømmen (i b ) og srømmen som rekkes fra nee (i d ). b) Indukansen L er på 4 μh, hvor sor blir rippelsrømmen Δi i spolen ved samme drifsilfelle som i punk a) når vi ser bor fra resisansen i spolen? c) Hvor sor blir maksimal srøm i spolen? d) En sep up chopper skal brukes il å bremse en likesrømsmoor regeneraiv, egn koblingsskjema som viser hvordan chopperen koples il mooren og nee. Oppgave 6 (4% av Moordrifer) E røreverk har konsan effek på 69kW i hele urallsområde 65o/min il 6o/min. a) Finn e urykk for lasmomene og egn lasens momenkurve i urallsområde. Sarmomene il røreverke er på 6 Nm, og de må regnes med å så på i sek. De skal benyes en frekvensomformer med korsluningsmoor il å drive røreverke. Frekvensomformeren skal kobles il e 4V, 5Hz refasene. Beny moordaa: η = 95% cosφ =,87 s =,8 Mekaniske grenseurall: 4-pol - 3 o/min 6-pol - 6 o/min b) Dimensjonér moor og frekvensomformer il drifen, vurdér 4-pol og 6-pol moor. Frekvensomformeren kan gi % srøm i maksimal sek. Grensekurver for mooren er gi i figuren under og ilgjengelige mooryelser er vis i abellen på nese side. egn inn i vedlegg nr. 3, og legg de ved oppgavebesvarelsen

8 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 8 av 3 /N,8,6,4, 5 9 nn f [Hz] n [o/min] ilgjengelige mooryelser Merkeeffek, P N [kw] Merkeeffek, P N [kw] Merkeeffek, P N [kw] Merkeeffek, P N [kw],6 (4- og 6-pole), 37 35, , ,8 5,5 75 5,5 7,5 9 56,37 63, (ikke 8-pole),75 8,5 6 8 (ikke 8-pole), 9 (ikke 6- og 8-pole),5 3 5 (ikke 6- og 8-pole) c) Hvilken frekvens må omformeren kjøre med i saren for a mooren skal få maksimal sarmomen? Hvor sor akselererende momen vil drifen da ha i sarøyeblikke?

9 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 9 av 3 Oppgave 7 (35% av Moordrifer) Denne oppgaven er en flervalgsoppgave der du skal krysse av i kupongen i vedlegg nr. 5, og legg de ved oppgavebesvarelsen. Re svar gir 3 poeng, mens gal svar gir - poeng. Dersom du krysser av for alernaiv e) får du null poeng. Laves oppnåelige poengsum oal på oppgave 3 er null poeng. Del I I figuren under er grafen il en spenning og en srøm vis i illegg il den kresen der spenningen er påryk og der srømmen går. u[v] i() u() Las i[a] - Effekivverdien il de fire førse harmoniske komponenene il srømmen er: I = 779,7A; I 5 = 55,9A; I 7 =,4A; I = 7,9A; Effekivverdien il srømmen er: I eff = 86,5A De er spørsmål om hvor sor akiv effek som ilføres lasen. Hvilke av alernaivene under ville du valg? a) 8W b) 8 65W c) 77 97W d) 6 376W e) Velger ikke å svare. Del II I figuren under er de vis en kobling med spenningskilde, resisanser, indukanser og en bryer. Bryeren har vær lukke så lenge a srømmene i kresen er bli sasjonære. Bryeren åpnes så ved iden =. Hvor sor blir spenningen over bryeren umidbar eer a den er åpne? Hvilke av alernaivene under ville du valg?

10 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side av 3 L R=4 U=4V = L R=48 S R3=7 a) 4V b) 84V c) 8V d) 3V e) Velger ikke å svare. Del III I figuren under er grafen il en spenning og en srøm vis i illegg il den kresen der spenningen er påryk og der srømmen går. u[v] 9 i() u() Las i[a] De er spørsmål om hvor sor akiv effek som ilføres lasen. Hvilke av alernaivene under ville du valg? a) 85W b) 3 W c) 5 W d) 9W e) Velger ikke å svare.

11 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side av 3 Del IV Når oppsår de overharmoniske srømmer? Hvilke av alernaivene under ville du valg? a) Når den oale srømmen har høyere frekvens enn 5 Hz. b) Når den oale srømmen har lavere frekvens enn 5 Hz. c) Når den oale srømmen har en form forskjellig fra sinusformen. d) Når den oale srømmen er e resula av resonans i en LC-kres. e) Velger ikke å svare. Del V De skal dreie seg om urallssyring av asynkrone korsluningsmoorer. Hvilken av de re prinsipielle meodene, endring av frekvensen, endring av sakkingen eller endring av polparalle benyer en seg av ved bruk av refase vekselsrømskonroller for syring av moorens omdreiningsall? En vekselsrømskonroller er vis i figuren under. Hvilke av alernaivene under ville du valg? Moor 3 a) Endring av frekvensen. b) Endring av sakkingen. c) Endring av polparalle. d) Ingen av de re prinsippene. e) Velger ikke å svare. Del VI De skal dreie seg om drif av likesrømsmoorer. Hvorfor benyes felsvekking av likesrømsmoorer i noen sammenhenger? Hvilke av alernaivene under ville du valg? a) De benyes om en ønsker å kjøre mooren over merkeurall ved lave lasmomen. b) De benyes il å hindre overbelasning av mooren ved for høye lasmomen. c) De er en av meodene il å senke mooruralle ved urallsregulering. d) De er en meode il å hindre a jerne går i mening i likesrømsmaskiner. e) Velger ikke å svare.

12 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side av 3 Del VII I denne oppgaven er de snakk om reakiv effek fra vekselsrømsnee ved bruk av helsyr brolikereer. Hva er de som besemmer sørrelsen på reakiv effek rukke fra vekselsrømsnee? Hvilke av alernaivene under ville du valg? a) De er kun sørrelsen på lasen på likesrømssiden som besemmer sørrelsen på reakiv effek fra vekselsrømsnee. b) De er både ennvinkelen i likereeren og sørrelsen på lasen på likesrømssiden som besemmer sørrelsen på reakiv effek fra vekselsrømsnee. c) De er kun ennvinkelen i likereeren som besemmer sørrelsen på reakiv effek fra vekselsrømsnee. d) Verken ennvinkelen i likereeren eller sørrelsen på lasen på likesrømssiden besemmer sørrelsen på reakiv effek fra vekselsrømsnee. e) Velger ikke å svare. Del VIII Figuren under viser ankere il en likesrømsmoor med påegnede posiive reninger på ankersrøm og induser spenning. Magneiseringsspenningen il mooren er konsan både i syrke og polarie for alle drifsilfeller. De skal dreie seg om å besemme kvadranen for en besem moordrif. Med posiiv ankersrøm og posiiv induser spenning og med dreierening mo høyre, er drifen definer som moordrif og il å ligge i. kvadran. I hvilken kvadran ligger drifen hvis mooren går som generaor mo vensre? Hvilke av alernaivene under ville du valg? Ia Ea Ea M Moor, H H V Ia a) Den ligger i. kvadran. b) Den ligger i. kvadran. c) Den ligger i 3. kvadran. d) Den ligger i 4. kvadran. e) Velger ikke å svare.

13 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 3 av 3 Del IX Figuren under viser en enpuls dioikereer med indukiv las og friløpsdiode. Indukansen L er så sor a likesrømmen i d () kan sees på som gla. Hvilken form får vekselsrømmen i v ()? Hvilke av alernaivene under ville du valg? iv() id() D L uv() D R ud() u v ( ) U sin a) b) iv() iv() c) d) iv() iv() e) Velger ikke å svare. Del X De skal dreie seg om en PWM frekvensomformer og effekflyen mellom omformeren og vekselsrømsnee. Hvilke av alernaivene under ville du valg? a) Omformeren rekker reakiv og akiv effek fra vekselsrømsnee. b) Omformeren rekker kun reakiv effek fra vekselsrømsnee. c) Omformeren rekker kun akiv effek fra vekselsrømsnee. d) Omformeren leverer reakiv og rekker akiv effek fra vekselsrømsnee. e) Velger ikke å svare

14 Formelsamling (Insrumenering/Robo) Vedlegg p v gh e Mekanikk l e l F A Ee R konsan Sensorer R G e R 73,5 R R ( ) R R vd e R e v fr f cos c N a b cos m V Z Emaks CVZ L R Elekromagneisme BA d e d di em d e Blv e kib l R A n L R Q C V A C d D E K Kalibrering y a Kx N( x) K I x K I I y KM K x5 IM y( x) f ( x,, x ) y y u ( y) u ( x ) u ( xn) x xn y y ku f () R() F() y I Pålielighesanalyse F( ) R( ) E ( ) MF sys I e f() R () f u d f u d R R R R n I M M I I (serie) R R (like i parallell) A B sys Robo c s Rz s c c s Ry s c Rx c s s c n R d n

15 Eksamen i ELE33 Indusriell auomaisering 3..4 Side 5 av 3 Vedlegg il oppgave 4 Vedlegg Følgende sammenhenger gjelder for.ordens sysem med komplekse poler:,8 Sigeid: r 4,6 Innsvingningsid: s Oversving: exp x hvor exp( x) beyr e. Dee gir følgende abell: ζ dempning δ % oversving,9,5,8,5,7 4,3,6 9,5,5 6,3,4 5,4,3 37,, 5,7, 7,9 abell Sammenheng mellom dempningsfakor og relaiv oversving 5

16 Vedlegg 3 Legges ved oppgavebesvarelsen! Kandidanr: Klasse: Fag: ELE 33A Indusriell Auomaisering Dao: 3. des 4 /N,8,6,4, 5 9 nn f [Hz] n [o/min]

17 Vedlegg 4 Dee arke kan sudenen a med hjem (kladd) Avkryssingsabell for oppgave 7 (flervalgsoppgave): Kun e kryss for hver oppgave! I II III a IV V VI VII VIII IX X b c d e

18 Vedlegg 5 Legges ved oppgavebesvarelsen! Kandidanr: Klasse: Fag: ELE 33A Indusriell Auomaisering Dao: 3.des 4 Avkryssingsabell for oppgave 7 (flervalgsoppgave): Kun e kryss for hver oppgave! I II III a IV V VI VII VIII IX X b c d e

19 Formler i Krafelekronikk/moordrifer Asynkronmaskiner U P P P Cu s P s P P s P P P Cu avg fr P P kipp avg s kipp 3 U x k U s s s s f s f k kipp kipp Likesrømsmaskiner U I R E U m a a a b E k n P E E I a k I k I m Krafelekronikk U mid a u() d Umid u( ) d Ieff i() d Ieff i( ) d u n smax smax di L L V V di di v v di v v di di d di dx d Vedlegg 6 L L L L cos cos L L L L dv di U U I U I U I U U,9 U 3 U U,35U U U cos cos Udi Udi U U U Udx x Id 3 Udx x Id P U I cos I S U I I U w U på d Ub d U d Ub U d d 6 ns n f p k f k