Avdelingfor ingeniørutdanning

Transkript

1 Avdelingfor ingeniørutdanning Fag: ENERGIFORBRUK Fagnr: SO355E Faglig veileder: Helge Hansen / Even Arntsen Gruppe( r) : Dato: Eksamenstid, fra - til: Eksamensoppgaven består av Tillatte hjelpemidler: Antall sider: 8 Antall oppgaver: 4 Antall vedlegg: 3 Pensumlitteratur, NEK400:1998, kalkulator, egne notater Kandidaten må selv kontrodere at oppgavesettet er fudstendig. Innføring skal være med blå eder sort penn. Oppgavestettet består av 2 oppgaver i kraftelektronikk og 2 oppgaver i elektriske installasjoner. Lever besvarelsene for de to delene hver for seg.

2 Dersom du ikke har klart å regne ut en verdi som du trenger for å komme videre, så anta en verdi, men gjør oppmerksom på dette i besvarelsen. Les oppgaveteksten nøye slik at du svarer på det som er spørsmålet, og ikke overser noe. Virkningen av kommuteringsreaktanser må taes med, dersom det ikke eksplisitt er gitt at man skal se bort fra disse. Det er et par nyttige formler etter siste oppgave. Lykke til! Oppgave 1.I~ :~ Figur1 Figur 1 viser en likeretter til et elektrolyseanlegg. Lasten utgjør en motspenning, E, området V. Man ønsker å kunne levere IDC =20 ka, til lasten. Minste styrevinkel for tyristorene er 7. Vi kan regne at kortslutningsreaktansen ex, til transformatoren er 7%. IDC kan regnes glatt. a) Vi ønsker å kjøre med så liten tennvinkel som mulig. Hvorfor det? b) Vis at sekundærspenningen til transformatoren bør velges til 657 V. c) Hvis vi ser bort fra kommuteringsreaktansen, hva blir maksimal aktiv og reaktiv effekt som trekkes fra nettet innenfor det oppgitte spenningsområdet for likeretteren? d) På vedlagte kurveark for fasespenniger, vis hvordan kurveformen for spenningen fremkommer ved en tennvinkel, a. = 30. Vis med piler hvordan vi til enhver tid kan lese ut likespenningen fra denne kurven. Det er altså bare de øverste sinuskurver på arket som skal benyttes. Det er ikke nødvendig å beregne kommuteringsvinkelen, men la det fremkomme på skissen, virkningen av kommuteringsreaktansen. Nummerer tenningsrekkefølgen av tyristorene, og påfør dette på kretstegningen av tyristorbrua.

3 Oppgave 2 Figur 2 2.1) Figur 2 viser en frekvensomformer for en asynkronmotordrift. Hva må føyes til av kraftkomponenter for å kunne bremse motoren? Hvorfor må vi ha disse komponentene? tar.> I~ Figur 3 2.2) Figur 3 over. viser et utsnitt av linjespenningen URS, og Jinjestrømmen JR, til motoren fra en frekvensomformeren. Forklar hvordan denne pujspenningen kan gi opphav til en nokså bra sinusstrøm. 2.3) Vi har en vifte som er drevet aven asynkronmotor med 4 poler. Den trekker 8kW ved 1450 o/m. Vi ønsker å øke luftmengden, og må derfor kjøre vifta hurtigere. Ønsket luftmengde fordrer en effekt på 14kW. Vi bytter til en større motor I også denne med 4 poler, og frekvensomformer. Vifta har kvadratisk momentkarakteristikk. Vi ser bort fra tap i systemet. a) Vis at effektbehovet øker med 3. potens av turtallet. Hvilket turtall må motoren gå med for å gi 14 kw? b) Hvor stor må motorens effekt være? (Begrunn svaret) c) Frekvensomformeren er koblet til et 400 V nett. Hvor stor er den grunnharmoniske strømmen som frekvensomformeren trekker fra nettet?

4 . Oppgave 3. Vannebehov. Det skal bygges en verkstedhall med dimensjon 8 x 16 x 4 m med flatt tak. Hallen skal bygges i stål, med gulv i armert betong. Gulvet er bygget ca. 0,5 meter over terrenget. Veggen skal ha følgende oppbygging, fra ytterside til innerside: Stålplater, M= 0,02 [m2k/w]. Papp, M = 0,026 [m2k/w]. Mineralull, A = 0,04 [W/roK].. Gipsplater: M = 0,06 [m2k/w]. Stålreisverket er plassert innenfor veggene, slik at det ikke har innvirkning på veggens isolasjonsevne. Taket er isolert med en U-verdi på 0,15 [W/m2K]. Vinduene og dørene har en gjennomsnittlig U-verdi på 1,5 [W/m2K] og dekker 20 % av veggarealene. Gulvet har en U-verdi på 0,20 [W/m2K]. P.g.a. liten luftveksling under gulvet benyttes bare 50% av dimensjonerende temperaturforskjell når varmekonveksjonen gjennom gulvet skal bestemmes. Som kjent stiller byggforskriftene krav til bygningers gjennomsnittlige U-verdi. For vår hall settes denne til 0,25. Dimensjonerende temperaturer: Ute: - 20 C Inne: + 20 C Varmeovergangsmotstand mot luft: Mv= ~ = 0,12 [m2k/w]. a) Beregn bygningens midlere U-verdi når mineralullas tykkelse er 10 cm. b) Beregn hvor tykk mineralullisolasjonen må være for at byggets totale U-verdi skal tilfredsstille kravet, U = 0,25 [W /m2k] c) Beregn totale oppvamlingsbehovet når det mekaniske ventilasjonssystemet veksler luften en gang p.r. 2 timer, og spesifikk vannekapasitet for luft settes til 0,35 [Wh/m3K]. Pek på den viktigste installasjonen som kan gjøres for å redusere tapene. d) Hallen kan enten varmes opp elektrisk eller med vannbåren varme der sentralfyren benytter lett fyringsolje. Vurder de to oppvarmingsmetodene mot hverandre, når strømmen koster Kr. 0,65 p.r. kwh og lettolje koster Kr. 3,50 pr.kg og brennvarmen for lett fyringsolje settes som l kwh = 0,12 kg lettolje. Sett virkningsgraden for fyranlegget til 0,7. Se bort fra installasjonskostnadene.

5 Oppgave 4. Belysning. I verkstedhallen i oppgave 3 med dimensjoner (8 x 16 x 4) m3 skal det installeres belysning. Velg armatur!kb 2/58 W eller 2/36 W. Krav til belysning settes til 200 lux i arbeidshøyden 0,75 m over gulvet. Fargene i rommet gir refleksjonsfaktorene: Tak. 50 % Vegg 10 % Golv 20 % Driftsfaktor settes til 0,9 a) Forklar de to begrepene "beregnet ut fra jevnhet" og "beregnet etter BZmetoden". Hvilke konsekvenser for resultatet får en dersom resultatene etter beregning med de to metodene gir forskjellig antall annaturer? b) Beregn minimum antall armaturer når krav til jevnhet i belysningen er 76 % c) Bestem nødvendig antall amlaturer etter Bz metoden. Velg rør ut fra tabell i vedlegget, og bestem virkelig belysningsstyrke. Tegn amlaturplasseringen.

6

7

8 ~e c"" tx/ ~,.. S ff ~ 1,2 G-' ; ~ -:/~ W"",." I..m rwnec:~ ~" SiH.. '..~, IL YSfOROeUNG.\.IGkT FRACTIOH" i LYSFlUXlFlUX fractioh OPP'\JPWARO" 'L YS~ ~ LUW.oJS ~~~ w c,..l O", - NEc.~WARO ta), opp \JPWARO,"' NEO.OOWNWARO I" - v~ sqt - aa.. ;ftiq." " - " ~~.. -- ria..,oo~ ~"<.~'dc. ",,"- ':0. ISr.=:::-~ --" -. <'- x. '\'.~.. 2CO=-~~. "~O' --' r,. l~- ---o' -..../' ;".< r /' b.'. 3~C'--p.'....< /-r- - - '7,,,'~<" cd; ;.:.,../ \.- o:- JO. 8Z, NR r-,-- 15 J2O ml~ 0.1 lo.y o... f o.~ I wro:~_l-o::;, - J o~,.,-'_0::58- r o.s. j o.., J ~- 3S 210 ~, 2a ~ 0$8 I ~ ro.a-\u~l-o::s:,-:. ~,., 172 i 73S I, s ro:-i7 id -ro:~ -ro 6$ [O...ro~7.-,~ i ", J'M 2.0 Q.n. Q.M w ro:.- 7 lo.a. -.J' 1 73 'Ol I O' 'o. :0., AGj., as.1 I f I co 2 t~... ~ I øen cw..1e ~ ~-.. ~ ~, -!.o S/H~. ' "" S/H,". '.32-7Q"" $lh," - '.:5-71' I Atm.~~ - mai' ~_twd -U'l: 2,. SI W i 2 ~- SI W R"UI.Sfl)n$l8aIOf I rwo\ici~ t8c1oi JaW.I.O2 2