Avdelingfor ingeniørotdanning Fag: Energiforbruk, (El. installasjon I Kraftelektronikk) 80 355 E Faglig veileder: Helge Hansen / Even Arntsen Gruppe(r): 3 EE Dato; 12.12.01 Eksamenstid, fra - til: 09.00-14.00 Eksamensoppgaven består av Antall sider, inkl. forside: 6 Antall oppgaver: 4 Antall vedlegg: Tillatte hjelpemidler: Norsk EI. Tekn. Norm NEK 400 :1998 A. Aksdal; Elektriske anlegg - installasjoner (Ev. kopier) Egne notater, utleverte kopier Kalkulator Kandidaten må selv kontrollere at oppgavesettet er fullstendig. Innføring skal være med blå eller sort penn. OBS! Eksamen består av to oppgavesett henholdsvis EI. Installasjon og Kraftelektronikk. Lever besvarelsen for de to delene hver for seg. Les gjennom alle oppgavene før du begynner - for å danne deg et bilde av omfanget Les gjennom oppgavene før du begynner å løse dem. Det kan være informasjon lenger nede i teksten som du kan ha glede av tidlig i oppgaven. Disponer tiden med omtanke. Vis ev. mellomregninger - sammen med en ryddig og klar begrunnelse kan dette påvirke karakteren.
Oppgave 1. Vanneteknikk. Det skal oppføres en industrihall med størrelse 20 x 9 m, med takhøyde 4,5 m. Hallen skal oppføres med stålreisverk og ha flatt tak. Det støpte gulvet er støpt på luftet steinfylling, og er isolert på undersiden. Benytt her 50% av tempo differansen når du bestemmer vannetapet (transmisjonstapet). Veggen skal ha følgende oppbygging, regnet innenfra:. Gipsplate, Mo= 0,05 m2 K/W. Mineralull, AJ = 0,04 W / m2 K. Papp, MP= 0,05 m2 K/W. Stålplater Ms = 0,02 m2 K/W Tak og gulv: U-verdi = 0,15 W/ m2 K (Se bort fra Møy. og Mucv.når du foretar beregningene) Ytterdørene har samme U-verdi som ytterveggen. Dimensjonerende utetemperatur: - 18 C Dimensjonerende innetemperatur: + 20 C Varmeovergangsmotstand innvendig Vanneovergangsmotstand utvendig Miøv.= 0,15 mi K/W MatV.= 0,10 m2 K/W Vinduene dekker 25 % av alle yttervegger. U-verdi =2,0 W/ rna K Forutsett samme U-verdi for ytterdører som for ytterveggene. Ytterveggenes stålreisverk er plassert innenfor isolasjonen. Bygget skal ha mekanisk ventilasjon. Bestem nødvendig tykkelse av ytterveggenes isolasjon for at veggens U-verdi skal bli 0,22 W/ m2 K, inklusive varmeovergangsmotstandene. MinvOg Mutv. b) Beregn vannetapet (trasnsmiosjonstapet) fra bygningen. c) Beregn ventilasjonstapet når det tar 2 timer å skifte all luft. Spesifikk varmekapasitet for luft settes til 0,35 Wh/m3K. d) Kontroller om det vil lønne seg å skifte ut de trelags vinduene som har U-verdi 2,0 W I m2 K med Aerogel-vindu med U-verdi 0,3 W I m2 K, når prisforskjellen er 500 kroner I m2, når vi setter stømprisen til 0,5 kr/kwh, og fyringssesongen omregnet til 1000 timer med maksimal temperaturdifierens. Regn med krav om 15% p.a. på investert kapital. e) Hvordan vil du forbedre varmeøkonomien i bygget? List opp mulige forbedringer i prioritert rekkefølge.
Oppgave 2. Veibelysning. En 12 m bred vei skal belyses med annaturer av type SOLVE!. Annaturene er plassert 10 m over veibanen. og er bestykket med 400 W HPL kvikksølvdamplamper med lysytelse 240001m. Avstanden mellom armaturene er lik veibredden på 12 m. Se figur 2.1 bak i oppgavesettet. I lysberegning har vi gjennomgått punktmetoden og BZ-metoden. Forklar hva som kjennetegner de to metodene. Velg metode for beregning av vei lys. Begrunn valget. b) Beregn belysningsstyrken i punktene A og B, se figur l. Her ligger punktene A og B på en rett linje mellom de to annaturene. Denne tenkte linje ligger vinkelrett på veibanens kjøreretning. c) Beregn belysningsstyrken i punktet C, som ligger 15 m lengre framme på veien, der punkt C har samme plassering på veibredden som B, når avstanden langs veien mellom mastene er 30 m. (For å redusere arbeidsmengden er det tilstrekkelig å bare ta hensyn til de to armaturene som står på venstre side av veien) d) Beregn belysningens jevnhet når du kjører langs veien i avstand 4 ro fra veikanten. Beregn den lysmengden som blir utviklet pr. arnlatur i løpet av 12 timers brenntid. Hva blir driftskostnadene i samme periode (12 timer) når prisen på elektrisiteten settes til kr 0,50 pr. kwh?
~ Oppgave 3. Ul ~ x Dl -, L ri " ~o,' R ~ T Figur! Figur l viser en trefasediodelikeretter, Dl, som mater en induktiv belastning (L og R). X er kortslutningsreaktansen i autotrafoen. T er en regulertransformator som kan gi ut spenning O - 230 V. U l = 230 V 50 Hz, X = l ohm/fase. R = 12 ohm. L, er så stor at vi kan regne med glatt likestrøm. Hva er den største likestrømmen vi kan få gjennom R? b) Vi ønsker å kunne kjøre 30 A gjennom R, og bytter ut diodebrua og regulertransformatoren med en tyristorbru og en autotrafo. Vi antar at X = l ohm fremdeles. - Hvor stor spenning må vi ha inn på likeretterbrua når den minste tennvinkelen a, vi kan ha er a=10. - Hva er effektivverdien av vekselstrømmen inn i brua? - Hva sparer vi relativt i transformatorytelse ved å velge en autotrafo i forhold til en vanlig trafo? c) Hvilke av de to metodene; regulertransfonnator og diodebru, eller tyristorbru og autotrafo, er mest gunstig med hensyn til reaktivt effektforbruk? Begrunn svaret. d) Hvilke 2 overharmoniske vil du forvente deg er størst i vekselstrømmen inn til brua? Hvis vi stedet hadde koblet slik at vi fikk 12-puls likeretter, hvordan ville svaret blitt da? e) Hvis kortslutningsreaktansen i transformatoren er for liten «4%), så må vi koble inn tilleggsreaktorer. Hvorfor det?
~ Oppgave 4 F ~; ~ ~ ~:c~. ~c " ~ n h «li --< Figur 2. ta li: 7r" :v Gear Motor / Trommel med papir Vi har en maskin i figur 2, som skal drives av asynkronmotor med frekvensomformer. Maskinen vikler opp papir, skal gi konstant trekkraft, F, i papiret uansett hastighet. Dette gir at turtall og moment, blir omvendt proporsjonale. Ved full spole har vi 405 o/m og et belastningsmoment på 35 Nm. Ved tom spole får vi maksimal hastighet 2700 o/m. Alt referert til motoraksling. Vi skal vurdere en omformer og motor med følgende merkedata; Motor; p = 7 kw, 4 poler, f= 50 Hz, n = 1440 o/m, ros cp = 0.89 Tt= 0.9 Un = 230V Omformer; f= O - 300 Hz In = 20 A Un = 230 V. Skal gi konstant fluks for O < f < 50 Hz. Konstant spenning for f> 50 Hz. I denne oppgaven kan vi se bort fra lekkreaktanser og tap i motorens stator. Tegn en skisse som viser det spesifiserte belastningsmomentet. b) Hva blir frekvensen ut av omformeren ved laveste hastighet? c) Kan omforn1eren levere strømmen som er nødvendig ved laveste hastighet? d) Forklar sammenhengen mellom de forhold som bestemmer strømmen ut av omformeren ved høyeste hastighet. (Ingen beregning nødvendig) e) Når vi skal ha papiret av trommelen igjen, så må motoren holde igjen, dvs bremse med konstant trekkraft. Tegn opp en skisse som i, men ta nå også med motorens momentkurve for et tilfeldig valgt arbeidspunkt.
~ -;t:- ~..g!~iwj c-";'c.i!;-~1 "e ~;,.,:,1: 30 ""'i salvet ieoow A-A 8-8 B A+A B 4 G-cJ R..2. f