1 Universitatea POLITEHNICA din Timişoara Facultatea de Electrotehnică şi Electroenergetică Catedra: Inginerie Electrică TEMATICA PROPUSĂ PENTRU Examenul de licenţă din sesiunea iunie 2018 MAŞINI ELECTRICE 1 + 2 1) Definiti principiul de functionare al transformatoarelor electrice, tipuri de pierderi in acestea si principalele aplicatii industriale cu gama de puteri afisata. De ce puterea instalata in transformatoare e mai mare ca cea din sistemele electroenergetice ? 2) Definiti curentul de gol si tensiunea de scurtcircuit nominale la transformatoare electrice cu intervalele standard de rigoare in procente . 3) Precizati schemele (3) de conexiuni cele mai utilizate la transformatoare trifazate si expresia caderii de tensiune. 4) Definiti principiul de functionare al masinilor electrice rotative si liniare si enuntati cateva aplicatii industriale reprezentative, moderne. 5) Explicati principiul de functionare al masinii de curent continuu cu magneti permanenti si precizati cateva aplicatii industriale reprezentative. 6) Explicati relatia dintre numarul de perii si cai de curent si poli la infasurarile buclate si ondulate simple la MCC cu magneti permanenti. 7) Desenati si caracterizati caracteristica mecanica si metodele de pornire si modificare a turatiei la MCC cu magneti permanenti cu tensiune variabila (prin convertoare statice) in 4 cadrane. 8) Definiti principiul de functionare al masinii de inductie. Ce este si cum se produce campul invartitor in intrefierul acesteia? Explicati fenomenologic de ce porneste la conectarea directa la retea motorul de inductie cu colivie in rotor. 9) Definiti cele doua expresii ale alunecarii la masina de inductie si precizati domeniul de variatie a acesteia pentru regimurile de motor/generator/frana. De ce nu este avantajos regimul de frana? 10) Desenati cuplul functie de turatie la tensiune si frecventa constante si la U/f=constant. Metode de pornire si modificare a turatiei la masina de inductie cu colivie? De ce variatia simultana a tensiunii si frecventei cu electronica de putere este mai avantajoasa in procese cu iesire variabila (debit la pompe, etc) 11) Definiti principiul de functionare al masinii sincrone cu mentionarea principalelor componente de topologie si aplicatii in producerea si utilizarea inteligenta a energiei electrice. 12) Explicati de ce masinile sincrone cu magneti permanenti sunt preferate in actionarile electrice moderne din industrie, automobile, vapoare, avioane, produse casnice. 13) De unde se controleaza puterea activa si , respectiv, reactiva date de generatoarele sincrone legate in sisteme electroenergetice moderne 14) Definiti gama de turatii ( rpm ), cupluri (N∙m) si puteri (W,kW,MW) si aplicatii pentru motoarele (generatoarele) sincrone cu magneti permanenti reglate la turatie varibila. 15) De ce la masinile sincrone frecventa in convertoarele statice de alimentare variaza de la la zero pentru o pornire sigura si eficienta energetic ? 16) In ce se masoara cuplul, turatia, pozitia, fluxul magnetic, momentul de inertie, puterea activa, puterea reactiva, inductantele, rezistentele, reluctantele magnetice, solenatia in circuitele magnetice si electrice, elemente ale masinilor electrice ?
Transcript
1
Universitatea POLITEHNICA din Timişoara Facultatea de Electrotehnică şi Electroenergetică
Catedra: Inginerie Electrică
TEMATICA PROPUSĂ PENTRU
Examenul de licenţă din sesiunea iunie 2018
MAŞINI ELECTRICE 1 + 2
1) Definiti principiul de functionare al transformatoarelor electrice, tipuri de pierderi in acestea si
principalele aplicatii industriale cu gama de puteri afisata.
De ce puterea instalata in transformatoare e mai mare ca cea din sistemele electroenergetice ?
2) Definiti curentul de gol si tensiunea de scurtcircuit nominale la transformatoare electrice cu
intervalele standard de rigoare in procente .
3) Precizati schemele (3) de conexiuni cele mai utilizate la transformatoare trifazate si expresia
caderii de tensiune.
4) Definiti principiul de functionare al masinilor electrice rotative si liniare si enuntati cateva aplicatii
industriale reprezentative, moderne.
5) Explicati principiul de functionare al masinii de curent continuu cu magneti permanenti si
Si se cer functiile de transfer i(p)/u(p) si n(p)/i(p) la Mrez = constant. Desenati cele doua forme
ale raspunsului in turatie la 10% scadere brusca in tensiune si Mrez=ct;
SOLUTIE:
a) ; ;
b) ; pCun=Σp-pFen-pmec-ppn=2.8 W;
Ω;
c) ; Uen=Un-Ra·In-ΔUp≈39.3 V;
d) ;
e) ;
5
f) ; ;
Rezolvand pentru ĩ si ñ (cu rez=0 pentru ca Mrez=constant) rezulta
Este un sistem de ordinul doi, stabil (intrinsec) cu raspuns in n si i aperiodic sau periodic (inertie mare,
respectiv inertie mica);
21) Un motor de inductie cu colivie are datele de catalog: ;
(conexiune stea); ; 2p = 6; ; ;
; si curentul de pornire (in p.u. )
cu .
Se cere:
6
a) Puterea activa nominala absorbita : ;
b) dupa calcularea curentilor de magnetizare si din rotor ;
c) Puterea electromagnetica ( ), alunecarea nominala si
turatia nominala ;
d) Cuplurile electromagnetic si la arbore nominale ( );
e) , si (explicati inegalitatea);
f) Cuplul de pornire (cu );
g) Desenati caracteristicile mecanice la m.i. la si constante si la flux rotoric constant si
variabil si explicati de ce la turatie variabila se prefera, in solutii industriale de ultima ora,
reglajul la flux rotoric constant (vectorial) .
Solutie:
a) ; ;
;
;
;
b) ; ;
;
c) ; ;
d) ;
e) ; ;
; din cauza efectului pelicular
7
f) .
g)
Caracteristicile liniare la flux constant reduc m.i. la un sistem de ordinul II (il liniarizeaza) si astfel acesta devine ideal pentru control (ca mcc cu MP)
22) Un generator sincron cu MP eolian actionat direct (fara transmisie) cu Sn=4.5 MW , U1nl=6 kV
(Y) la 16 rpm si f1=16 Hz are xd si xq=0.5 p.u. si functioneaza la cos 1=1 si unghi intern u=45
Se cere:
a) Curentul nominal pe faza I1nf , Xd=Xq=Xs in Ω
b) Tensiunea indusa UeE (de catre MP) , Id , Iq , I1 , P1 , Q1
c) La ce unghi intern se pot produce cei 4.5 MW cu UeE ca la b)
d) In absenta coliviei rotorice curentul de scurtcircuit stationar trifazat I3sc este periculos pentru
masina ?
e) Desenati modelul dq al generatorului sincron de mai sus (fara colivie) si scrieti ecuatiile sale
necesare pentru reglaj automat in sisteme energetice sau in actionari electrice performante
8
Solutie:
a)
I1n=Sn/( )= 433.52 A ; Xn= Ω
Xd=Xn xd= 4 Ω ; Xq=Xn∙xq= 4 Ω
b) La pierderi nule :
Iq= = 432.5 A
Id= -Iq tg = - 432.5 A
UeE= =
I1= ; P1=3∙ ∙ ∙cos = 6.345∙ (cos )
Q1=3∙
c)
Se poate observa ca la θu=45 masina produce 6.345 MW
Pentru a produce puterea nominala de 4.5 MW :
Pn= 3∙ ; Iq = 358.52 A ; Deci sin θu’=
9
d) Curentul sationar de scurcircuit nu depinde de prezenta coliviei si este =
4183.8/4 = 1045 A
Acest curent (de 2.41 ori cel nominal) nu e periculos pentru masina dar convertorul static trebuie
sa fie pregatit pentru o astfel de situatie.
e)
Modelul dq ortogonal al MS fara colivie, utilizat in coordonate rotorice si folosit ca unic
instrument pentru studiul regimurilor tranzitorii si in reglajul automat al masinii se reprezinta in
figura
Ecuatiile reflecta doar tensiunile induse prin pulsatie si prin rotatie :
Ia∙Rs-Ud= Ls∙
Ia ∙ Rs – Uq =
Cuplul electromagnetic Me este :
Me =
si ecuatia miscarii :
La Id= constant sistemul se reduce la ordinul doi ( ca la MCC cu MP) si astfel reglajul ca motor
(generator) devine vectorial si se simplifica mult.
10
CONVERTOARE STATICE 1
23) Un redresor monofazat monoalternanţă comandat este conectat la reţeaua de curent
alternativ şi alimentează o sarcină rezistivă R=23 Ohm. Tiristorul se consideră ideal.
Se cere: a) Schema electrică a convertorului. b) Formele de undă ale tensiunii şi curentului de sarcină pentru un unghi de
comandă α = 60o (calitativ). c) Valorile medii ale tensiunii şi curentului de sarcină pentru α = 60 o. d) Valoarea efectivă a curentului pentru un unghi de comandă α = 90 o. e) Cum trebuie modificată schema electrică pentru a sarcină rezistivă-inductivă
dacă se impune condiţia ca tensiunea de la ieşire să fie întotdeauna pozitivă? Rezolvare: a)
b)
c) Valoarea medie a tensiunii de sarcina Vd se calculează astfel:
VUU
tU
tdtU
tdtUU mmedd
65,772
3
2
2))3/cos(1.(
2
2
))cos((.2
2)()sin(
2
2)()sin(
2
13/
3/3/
,
Curentul de sarcină mediu este:
AR
UI medd
medd 376,3,
,
11
d) Valoarea efectivă a curentului pentru un unghi de comandă α = 90 o se calculează astfel:
VUUtU
tdtU
tdtUU mefd
11524
)sin()2sin()
42(
4
)2sin()
42(
)(2
)2cos(1)()(sin
2
1
2/
2/2/
22
,
AR
UI
efd
efd 5,
,
e) Trebuie adăugată o diodă de fugă, aşa cum se vede în figura următoare.
24) Un variator de tensiune alternativă monofazat este alimentat de la reţeaua de distribuţie şi
debitează pe o sarcină rezistivă R= 11,5 Ohm. Tiristoarele se consideră ideale.
Se cere:
a) Schema electrică a convertorului. b) Formele de undă ale tensinii de sarcină şi curentului de sarcină pentru un unghi de comandă
α = 45 o (calitativ). c) Valorile efective ale curentului şi tensiunii de sarcină pentru α = 45 o. d) Valoarea efectivă a curentului printr-un tiristor pentru α = 90 o. e) Forma de undă şi valoarea medie a tensiunii de sarcină dacă circuitul de comandă al unui
tiristor se defectează astfel încât el se comportă ca o diodă. Unghiul de comandă este α = 90 o.
Rezolvare: a)
12
b)
c)
VU
UtU
tdtU
tdtUU mefd
30,2194
1
8
32
4
)2/sin()2sin(
8
32
4
)2sin()
82(
2
)(2
)2cos(12)()(sin
1
4/
4/4/
22
,
AR
UI
efd
efd 06,19,
,
d) Curentul printr-un tiristor pentru α = 90 o arată astfel:
Valoarea efectivă a curentului prin tiristor este:
AR
U
R
Ut
R
U
tdt
R
Utdt
R
UI
m
efT
102
4
)sin()2sin(
44
)2sin()
42(
)(2
)2cos(1)()(sin
2
1
4/
2/2/
2
2
2
,
13
e) Forma de undă a tensiunii de sarcină dacă se defectează circuitul de comandă al tiristorului care conduce pe alternanţa negativă a tensiunii de alimentare este prezentată în figura următoare:
Valoare medie a tensiunii de sarcină se calculează astfel:
VU
tU
tdtU
tdtUU mmedd
76,512
2
))cos((.2
2)()sin(
2
2)()sin(
2
1 2
2/
2
2/
2
2/
,
Forma de undă a tensiunii de sarcină când se defectează circuitul de comandă al celuilalt tiristor este prezentată în figura următoare:
Valoare medie a tensiunii de sarcină în acest caz este VU medd 76,51,
25) Un redresor în punte complet comandat debitează pe o sarcină rezistivă R= 50 Ohm.
Tensiunea de alimentare are valoarea efectivă U= 230 V iar frecvenţa este f=50Hz.
Tiristoarele se consideră ideale.
Se cere : a) Schema electrică a convertorului. b) Formele de undă ale tensiunii şi curentului de sarcină pentru α = 0o şi α = 60 o (calitativ). c) Valorile medii şi efective ale tensiunii de sarcină şi curentului de sarcină în cele două cazuri de la
punctul b). d) Valoarea medie a curentului printr-un tiristor pentru un unghi de comandă α = 90 o.
14
Rezolvare: a)
b) α = 0o
α = 60o
15
c) Valorile medii α = 0o:
VU
tU
tdtU
tdtUU mmedd
07,207.22
))cos((.2
)()sin(2
)()sin(1
0
00
,
AR
UI medd
medd 14,4,
,
α =60o:
VU
tU
tdtU
tdtUU mmedd
3,1552
))3/cos(1(22
))cos((.2
)()sin(2
)()sin(1
3/
3/3/
,
AR
UI medd
medd 106,3,
,
Valorile efective : α = 0o:
VUU efd 230,
AR
UI
efd
efd 6,4,
,
α = 60o:
VU
UtU
tdtU
tdtUU mefd
29,2068
3
3
2
4
)3/2sin()2sin(
3
2
4
)2sin()
62(
2
)(2
)2cos(12)()(sin
1
3/
3/3/
22
,
AR
UI
efd
efd 12,4,
,
16
d) Curentul printr-un tiristor pentru α = 90o arată astfel:
Valoarea medie a curentului prin tiristor pentru α = 90o este :
AR
U
tR
Utdt
R
Utdt
R
UI m
medT
035,12
2
))cos((.2
2)()sin(
2
2)()sin(
2
12/
2/2/
,
26) Un convertor de tensiune alternativă monofazat cu patru tiristoare în punte este alimentat de
la reţeaua de distribuţie şi debitează pe o sarcină rezistiv-inductivă, R=23 Ohm, L= ∞.
Tiristoarele se consideră ideale.
Se cere : a) Schema electrică a convertorului. b) Formele de undă ale tensiunii de sarcină şi curentului de sarcină pentru α = 0o şi α = 60 o. c) Valorile medii şi efective ale tensiunii de sarcină şi curentului de sarcină în cele două cazuri de
la punctul b). d) Valoarea medie a curentului printr-un tiristor pentru α = 60 o.
Rezolvare : a)
17
b) α = 0o:
α = 60o:
c) Valorile medii α = 0o:
VU
tU
tdtU
tdtUU mmedd
07,207.22
))cos((.2
)()sin(2
)()sin(1
0
00
,
AR
UI medd
medd 03,9,
,
18
α = 60o:
VU
tU
tdtU
tdtUU mmedd
85,1032
))cos((.2
)()sin(2
)()sin(1 3/
3/
3/
3/
3/
3/
,
AR
UI medd
medd 51,4,
,
Valorile efective α = 0o:
VUU efd 230,
AII meddefd 03,9,,
α = 60o:
VUtdtUU mefd 230)()(sin1
3/
3/
22
,
AII meddefd 51,4,,
e) Fiecare tiristor conduce jumătate de perioadă. Forma de undă a curentului printr-un tiristor este
prezentată în figura următoare împreună cu forma de undă a tensiunii de sarcină şi cu forma de undă a curentului de sarcină.
Deci valoarea medie a curentului prin oricare tiristor este jumătate din valoarea medie a curentului prin sarcină.
AI
I medd
medT 225,22
,
,
19
27) Un redresor trifazat cu nul, alimentat de la reţeaua trifazată prin intermediul unui
transformator cu raportul de transformare k = Np/Ns = 2,3 debitează pe o sarcină rezistivă
R=10 Ohm. Tiristoarele se consideră ideale.
Se cere: a) Schema electrică a convertorului b) Formele de undă ale tensiunii de sarcină şi curentului de sarcină pentru α = 0o şi
α = 60 o. c) Valorile medii ale tensiunii şi curentului de sarcină pentru cele două cazuri de la
punctul b). d) Forma de undă şi valoarea medie a curentului printr-un tiristor pentru α = 90 o.
Rezolvare : a)
b) α = 0o:
20
α = 60o:
c) Perioada semnalului redresat este 2π/3. Tensiunea din secundarul transformatorului trifazat este egala cu U/k =100V. Unghiul de comanda 0 la un redresor trifazat este momentul la care două tensiuni de fază se intersectează. Acesta corespunde unui unghi de 30 grade (π/6) de la trecerea prin zero a tesniunii de fază corespunzătoare tiristorului care începe să conducă.
Vk
U
tk
Utdt
k
UtdtUU mmedd
95,116)6/cos(22
3
))cos((2
3)()sin(
2
3)()sin(
3/2
1 6/5
6/
3/26/
6/
3/26/
6/
,
AR
UI medd
medd 69,11,
,
α = 60o:
Vk
U
tk
Utdt
k
UtdtUU mmedd
52,672
3
))cos((2
3)()sin(
2
3)()sin(
3/2
12/
2/2/
,
AR
UI medd
medd 75,6,
,
d) Forma de undă a curentului printr-un tiristor împreună cu forma de undă a curentului prin sarcină pentru α = 90o este prezentată în figura următoare. Valoarea medie a curentului prin tiristor este o treime din valoarea medie a curentului prin sarcină.
21
ARk
Ut
Rk
U
tdtRk
Utdt
R
U
II
m
medd
medT
12,1))3/2cos(1(2
))cos((2
)()sin(23
)()sin(3/2
1
3
3/2
3/2
6/2/,
,
TEHNICI MODERNE DE COMUTAŢIE ÎN ELECTRONICA DE PUTERE
28) Simbolurile si caracteristicile ideale, curent-tensiune, ale principalelor dispozitive electronice de comutaţie de putere (dioda, tiristorul, tiristorul GTO, tranzistorul bipolar, tranzistorul MOS, tranzistorul IGBT);
29) Pentru o perioada de comutaţie T a unui dispozitiv de putere, în care acesta conduce un interval
de timp ton şi este blocat un interval de timp toff (T = ton + toff), precizaţi care este expresia factorului de umplere D.
30) Desenaţi schemele de principiu ale convertoarelor de c.c., care funcţionează folosind principiul
modulării prin lăţime de puls (PWM):
a. În regim coborâtor de tensiune („buck”); b. În regim crescător de tensiune („boost”).
31) Care este funcţia de transfer a unui convertor de c.c. coborâtor de tensiune, respectiv crescător de tensiune (relaţia dintre tensiunea de alimentare Vi şi tensiunea de ieşire Vo), în regim de curent neîntrerupt?
32) Desenaţi schemele de principiu ale invertoarelor de tensiune cu PWM, monofazate (în punte
completă) şi trifazate (cu 2 nivele de tensiune).
33) Precizaţi principiul de comandă a unui invertor de tensiune, care foloseşte generarea PWM prin
metoda subondulării.
34) Pe câte stări posibile ale unui invertor trifazat se bazează generarea PWM vectorială?
35) Un motor electric de c.c. cu magneţi permanenţi, cu următoarele date nominale :
a. Tensiunea nominală, Vn = 600Vcc; b. Turaţia nominală, nn = 3000 rpm; c. Curentul nominal, In = 10A; d. Inductanţa proprie a circuitului de indus al motorului, La = 0,5mH.
22
este încadrat într-o acţionare electrică cu turaţia reglabilă (nereversibilă), în intervalul n = 1500...3000 rpm, fiind alimentat de la un convertor de c.c., conectat la o sursa cu tensiunea de Vi = 800Vcc. Cuplul la arborele motorului se considera constant pe toata gama de reglaj. Se neglijează pierderile in motorul electric (Ra = 0, η = 1) şi în echipamentul electronic. Frecventa de lucru a convertorului se alege f=10kHz. Se cer:
a) Schema de principiu a convertorului; b) Funcţia de transfer a convertorului (relaţia dintre tensiunea de alimentare, tensiunea de la
ieşire şi factorul de umplere), în regim de curent neîntrerupt; c) Domeniul de variaţie al factorului de umplere D şi valoarea inductanţei din componenţa
convertorului pentru care se asigură funcţionarea motorului în regim de curent neîntrerupt, în intervalul impus de turaţie;
d) Valorile, minimă şi maximă (Ii min, Ii max) ale curentului absorbit de convertor, corespunzătoare limitelor de reglaj al turaţiei;
e) Cum se modifică schema de la pct. a) dacă motorul electric trece în regim de generator, cu recuperarea energiei în reţea (pentru acelaşi sens de rotaţie)?
Rezolvare:
a) Pentru a putea modifica turaţia motorului electric în intervalul impus, în condiţiile în care fluxul este constant (magneţi permanenţi) şi Ra = 0, tensiunea de alimentare a acestuia, V0, trebuie să se modifice în intervalul (300…600)Vcc. Cum alimentarea convertorului de c.c. se realizează de la tensiunea Vi = 800V, configuraţia acestuia trebuie să fie „coborâtor de tensiune”(„buck”):
b) V0 = DVi
c) Dmin = Vo min /Vi = 300/800 = 0,375 Dmax = Vo max /Vi = 600/800 = 0, 75 pentru D = 0,5, I0 = In = ct. (cuplu constant) şi T=1/f . Notă: Expresia de mai sus are valoarea maximă (cazul cel mai defavorabil) pentru D = 0,5. Cum această valoare este în intervalul de variaţie [Dmin, Dmax], inductanţa minimă va rezulta pe baza acesteia. Lmin = L + La → L > 0,5mH
Mcc
L T
D
Vi
V0
mHDDI
TV=L i 1)1(
2 0
min
La
23
d) Cum curentul absorbit de motor este constant, puterea electrică la ieşire depinde doar de valoarea tensiunii V0: P0 min = Vo min I0 = 300 ∙ 10 = 3000 W = Pi min = Vi Ii min; Ii min = 3000/800 = 3,75 A; P0 max = Vo max I0 = 600 ∙ 10 = 6000 W; Pi max = Vi Ii max; Ii max = 6000/800 = 7,5 A;
e) 36) Un generator asincron cu următoarele date nominale:
a. Tensiunea efectiva nominala de linie, VLn = 400Vef; b. Curentul de linie nominal, In = 10A; c. Factorul de putere nominal, cos n = 0,84;
injectează energie electrică într-o reţea trifazată cu tensiunea de linie VLi=400Vef ±10%, funcţionând la turaţie variabilă, cu ajutorul unui convertor static. Se impune factor de putere (cos 1) unitar în reţeaua de alimentare. Randamentele convertorului şi
generatorului se consideră unitare şi se neglijează regimul armonic. Se cer:
f) Schema de principiu a convertorului; g) Care este valoarea minimă a tensiunii continue din circuitul intermediar (Vd), pentru ca
invertorul la care este conectat generatorul să funcţioneze cu PWM în regim liniar (coeficientul de modulare în amplitudine, ma ≤ 1)?
h) Curenţii din circuitul intermediar (Id) şi efectiv de linie (ILi), atunci când generatorul debitează energie în reţea, la factor de putere unitar şi la puterea sa nominală;
i) Cum se modifică schema de la a) dacă generatorul este utilizat în regim de motor, cu aceleaşi date nominale, alimentarea realizând-se de la o reţea monofazată de tensiune alternativă, în condiţiile păstrării cos 1 = 1?
+
+
_ _
Vi
D1 T2
T1
iL Ra La
ii
D2
ea
24
Rezolvare:
a) Schema convertorului care asigură cerinţele din enunţ este o structură „back – to – back”:
b) Pentru ca PWM să se realizeze fără supramodulare, coeficientul de modulare în amplitudine al invertorului la care este conectat generatorul trebuie să îndeplinească condiţia: ma ≤ 1, caz în care:
Vd ≥ VLn/0,612 = 653,6 V In acelaşi timp, convertorul de la reţea impune ca: Vd ≥ √2∙VLi max = √2∙(400∙ 1,1) = 622.25 V Din cele două condiţii, care trebuie să fie îndeplinite simultan, rezultă: Vd min = 653,6 V
c) Puterea electrică nominală a generatorului se calculează din:
Pn = √3∙ In∙ VLn∙ cos n = √3∙ 10∙ 400∙0,84 = 5,82 kW
Dacă pierderile din circuit sunt considerate nule, această putere trebuie să se regăsească atât în circuitul intermediar de c.c. cât şi la conexiunea cu reţeaua de alimentare. Pn = Pd = Vd ∙ Id = √3∙ VLi ∙ ILi ∙ cos 1
Dacă se consideră tensiunea din circuitul intermediar Vd = Vd min = 653,6 V, rezultă: Id = Pn/ Vd = 5820/653,6 = 8,9 A ILi = Pn/(√3∙ VLi) = 5820/(√3∙400) = 8,4 A
d) Regimul de motor al maşinii nu mai presupune şi injectarea de energie în reţea. Cum, de
această dată, reţeaua de alimentare este monofazată, schema convertorului este cea din figura de mai jos:
R S T
C Vd
Id
G
T1 – T6; D1 – D6.
L
T7 – T12; D7 – D12.
ILi
25
APARATE ELECTRICE
37) Schema electrică de alimentare a unui consumator, utilizând contactor electromagnetic;
38) Alegerea siguranţelor fuzibile pentru un complex întreruptor automat-siguranţă fuzibilă;
39) Alegerea siguranţelor fuzibile pentru un complex contactor cu relee termice-siguranţă fuzibilă;
ACŢIONĂRI ELECTRICE _ SERVOMOTOARE ŞI CONTROLUL INTELIGENT AL MIŞCĂRII
40) Principiul de funcţionare al maşinii sincrone cu reluctanţă variabilă.
42) Enunţaţi ecuaţia generalizată a mişcării cu precizarea mărimilor care intervin în aceasta.
43) Definiţi cuplul rezistent reactiv şi cuplul rezistent potenţial.
44) Precizaţi când funcţionarea unui sistem de acţionare electrică este stabilă şi când este instabilă.
45) Descrieţi pe caracteristica mecanică cum are loc frânarea cu recuperare la maşina de c.c. cu
excitaţie derivaţie şi separată. Cum poate fi extins domeniul de frânare prin recuperare?
46) Descrieţi cum se realizează frânarea în contracurent la maşina de c.c. care antrenează un
mecanism de ridicare caracterizat prin cuplu potenţial.
47) Precizaţi o modalitate de realizare a modificării vitezei prin slăbire de câmp la maşina de c.c. cu
excitaţie separată.
48) Prin ce se caracterizează materialele magnetice dure utilizate la construcţia servomotoarelor
electrice?
49) Enumeraţi principalele cauze care provoacă ondulaţiile cuplului la maşinile sincrone cu magneţi
permanenţi autopilotate (autocomandate).
L
D11 – D14
D
M
C
T1 - T6
D21 – D26
L N
L
26
TEHNICI DE TESTARE ŞI DIAGNOZĂ 50) Considerând un şir de n măsurători pentru mărimea x (curent, tensiune, etc.) făcute în aceleaşi
condiţii xi; i=1, 2, … n, să se definească eroarea medie pătratică. Comentaţi posibilitatea determinării experimentale pentru eroarea medie pătratică.
Rezolvare: Eroarea medie pătratică a unui şir de n măsurători x; i=1, 2, … n, este
n
)a-x(
=
2
i
n
1
,
în care n este numărul măsurătorilor, iar a este „valoarea adevărată” a mărimii măsurate. Deoarece în condiţii reale „a” nu poate fi cunoscut, nici eroarea medie pătratică nu poate fi determinată experimental.
51) Definiţi regimul de mers în gol real şi cel de mers în gol ideal pentru un motor asincron.
Rezolvare: Regimul de mers în gol real apare când motorul nu este cuplat mecanic cu altă maşină, iar alunecarea s are valoare foarte mică (dar nu zero), corespunzătoare pierderilor mecanice. Rotorul motorului are o turaţie puţin mai mică decât cea a câmpului magnetic învârtitor statoric.
Regimul de mers în gol ideal apare când motorul asincron alimentat de la reţea este cuplat mecanic cu o altă maşină care roteşte rotorul exact cu turaţia şi în sensul câmpului magnetic învârtitor generat de stator (turaţia sincronă). Alunecarea este s=0. Curentul rotoric este de asemenea I2=0.
52) Ce parametri echivalenţi ai motorului asincron pot fi determinaţi pe baza probei de funcţionare în gol ideal?
Rezolvare: Deoarece în schema echivalentă pentru acest regim (s=0) impedanţa secundară Z2, se pot determina parametrii corespunzători inductorului. Măsurând mărimile de fază statorice, curent I10, tensiune U10 şi puterea activă totală absorbită P10 rezultă:
10
100
I
UZ ; mRR
I
PR 12
10
100
3
R1 – rezistenţa pe fază statorică – se măsoară direct.
Rezultă rezistenţa de magnetizare 10 RRRm
2
0
2
01 RZXX m
în care X1 – reactanţa de dispersie; Xm – reactanţa de magnetizare.
53) Care este relaţia cantitativă între X1 – reactanţa de dispersie şi Xm – reactanţa de magnetizare la
maşina asincronă şi în general la maşinile electrice uzuale.
Rezolvare: Reactanţa de dispersie X1 sintetizează fluxul magnetic de dispersie foarte mic, iar Xm – reactanţa de magnetizare sintetizează câmpul magnetic principal (util) – mare, care traversează întrefierul. Ca urmare, X1 << Xm.
27
54) Care este parametrul din schema echivalentă în care se sintetizează pierderile în fier la maşina
asincronă (şi în general la maşinile electrice); unitatea de măsură.
Rezolvare: Parametrul din schema echivalentă a maşinii asincrone care sintetizează pierderile în
fier este rezistenţa de magnetizare Rm [].
55) Să se precizeze componenţa pierderilor în fier în tole feromagnetice în câmp magnetic alternativ
precum şi mărimile de care acestea depind.
Rezolvare: Pierderile în fier în tole din material feromagnetic pot fi exprimate aproximativ cu relaţia:
222 BfkBfkppp ththFe
ph – pierderi prin histerezis; ph – pierderi prin turbioni; f – frecvenţa de variaţie a câmpului magnetic;
B – amplitudinea inducţiei magnetice; kh , kt - coeficienţi de material.
56) Precizaţi simplificat relaţiile de bază privind bilanţul puterilor la motorul asincron.
Rezolvare: Bilanţul puterilor la motorul asincron se poate prezenta simplificat astfel:
seCuFe pPppP 11
22 PppP mCue
P1 – puterea absorbită de la reţea;
pFe – pierderi în fierul statoric;
pcu1, pcu2 – pierderile în înfăşurarea statorică, respectiv rotorică;
Pe – puterea electromagnetică ce traversează întrefierul;
pm – pierderile mecanice;
P2 – puterea utilă mecanică;
ps – pierderile suplimentare.
57) Care este relaţia dintre unghiul electric şi unghiul geometric g în sistemele rotative de conversie electromecanică a energiei
Rezolvare: Relaţia dintre unghiul electric şi unghiul geometric g este = pg, în care p – numărul de perechi de poli.
VEHICULE HIBRIDE
58) Ce conţine propulsia VEH?
59) Ce acumulatoare electrice se folosesc la VEH?
60) Cum se realizează frânarea la VEH?
61) Ce probleme de poluare sunt la VEH?
28
INSTALAŢII ELECTRICE INDUSTRIALE ŞI REZIDENŢIALE
62) Determinarea puterii cerute Pc pentru dimensionarea unui transformator prin metoda
coeficientului de cerere şi formulei binome.
63) Dimensionarea conductoarelor şi cablurilor în funcţie de regimul real de funcţionare al
consumatorilor pe care aceştia îi alimentează cu energie electrică.
64) Verificarea secţiunii cablurilor de alimentare cu energie electrică.
65) Care sunt cele mai importante efecte ale compensării factorului de putere?
66) Să se estimeze valoarea capacităţii unui condensator care să asigure compensarea factorului de
putere al unui consumator trifazat de la valoarea iniţială cos φ1 la cea finală cos φ2.
CALITATEA ENERGIEI ELECTRICE
67) Ce se înţelege prin calitatea energiei electrice (CEE), care sunt factorii care o influenţează decisiv
şi de cine depinde costul măsurilor de prevenire a riscului unui incident.
68) Care sunt principalele efecte economice ale distorsiunii armonice?
69) Să se explice principiul rezonanţei armonice.
70) Care e scopul folosirii, schema structurală de bază şi principiul de comandă a unui filtru activ.
FIABILITATEA SISTEMELOR ELECTRICE
71) Expresia generală a fiabilităţii. Rata căderilor
λten
R(t)n0
expresia generală a fiabilităţii,
unde 0n
n reprezintă proporţia de elemente în stare de funcţionare la momentul t;
= rata (intensitatea) căderilor,
)(
)(
)(
1)(
tR
tf
tRdt
dRt , f(t) = densitatea de probabilitate a căderilor.
72) Media timpului de bună funcţionare şi fiabilitatea unei misiuni.
tt edtedtRdtdt
dRtdttftMTBF
00 0 0
1)( /
0 =
1
În cazul în care durata t a misiunii e foarte mică în raport cu MTBF, expresia fiabilităţii se poate simplifica prin dezvoltare în serie şi neglijând termenii de ordin superior:
λt1eR(t) λt
29
Exemplu: pentru ;99,0)(;100
tRMTBF
t
Pentru ;9999,0)(;000.10
tRMTBF
t
Dacă se urmăreşte ca un element să posede pentru o oră fiabilitatea R=0,999999, el trebuie să aibă MTBF=1.000.000 ore.
73) Definiţia şi calculul mentenabilităţii
Calitativ, mentenabilitatea unui produs reprezintă aptitudinea produsului de a putea fi supravegheat, întreţinut şi reparat într-o anumită perioadă de timp şi în condiţii date. Cantitativ, mentenabilitatea reprezintă caracteristica unui produs exprimată prin probabilitatea –la apariţia unui defect – a repunerii în stare de funcţionare, în limitele de timp specificate.
Media timpului de reparaţii MTR
n
ii
n 1
1, cu i = durata stărilor de reparare.
Rata reparaţiilor: MTR
1μ
Mentenabilitatea μτeM(τ )
74) Expresia disponibilităţii.
Disponibilitatea este probabilitatea ca un produs să fie în stare de a-şi îndeplini funcţia impusă la un moment oarecare t.
Expresia disponibilităţii D:
D = R+(1-R)M, cu R = fiabilitatea, 1-R = probabilitatea de defectare, M = mentenabilitatea.
sau μeR)(1RD .
Expresia disponibilităţii pentru durate de timp mari:
MTRMTBF
MTBF
μλ
μD
, unde λ=rata căderilor, μ=rata reparaţiilor.
ELECTROTEHNOLOGII
75) Expresia fluxului termic transmis, în regim stabilizat, prin:
a. conducţie termică printr-un perete solid; b. convecţie termică, între un fluid şi un solid; c. radiaţie termică, între două suprafeţe oarecare.
30
76) Explicitarea următoarelor mărimi specifice transferului termic, cu indicarea unităţilor de măsură:
- difuzivitatea termică, a;
- rezistenţa termică de conducţie, Rλ;
77) Expresia şi semnificaţia adâncimii de pătrundere a efectului pelicular, δ, sub aspectul încălzirii prin inducţie electromagnetică a unui material conductor electric.
78) Arcul electric ca element de circuit; caracteristica statică a arcului electric.
ECHIPAMENTE ELECTRICE DE ÎNCĂLZIRE, VENTILAŢIE ŞI AER CONDIŢIONAT
79) Să se descrie succint mecanismele implicate în transmiterea căldurii: conducţia, convecţia,
radiaţia.
80) Să se evalueze cantitativ procesul de combustie din echipamentele de încălzire rezidenţială cu combustibili fosili.
Aplicaţie: arderea metanului.
Metan (CH4): masa moleculară =16, Oxigen (O2): masa moleculară = 32
Dioxid de carbon (CO2): masa moleculară = 44, Apa (H2O): masa moleculară = 18
REZOLVARE:
Procesul de combustie este o reacţie chimică guvernată de principiul stoichiometric:
CH4+2O2=CO2+2H2O
(16+2x32=44+2x18)
Rezultă că, pentru o ardere completă, la 1 kg metan este necesară o cantitate teoretică de 4 kg oxigen, respectiv de 17,4 kg aer (în compoziţia aerului atmosferic, oxigenul este 23% masic).
81) Care este principiul de funcţionare al echipamentelor de încălzire rezidenţială cu rezistoare electrice?
82) Să se enumere câteva echipamente de încălzire rezidenţială (cu combustibili fosili, cu energie
electrică, etc). 83) Care este principiul de funcţionare al agregatului frigorific din cadrul echipamentelor de
condiţionarea aerului (enunţ şi schemă-bloc)? 84) Care sunt dependenţele între principalii parametri ai ventilatoarelor (debit, presiune statică,
putere) şi turaţie („legile” ventilatoarelor)?
31
SISTEME DE ILUMINAT ELECTRONICE 85) Care este principiul de funcţionare a lămpilor electrice cu incandescenţă?
86) Care este principiul de funcţionare a lămpilor electrice cu descărcări?
87) Să se caracterizeze succint lămpile electrice cu incandescenţă din punct de vedere al performanţelor tehnico-funcţionale.
88) Să se caracterizeze succint lămpile electrice cu descărcări din punct de vedere al performanţelor
tehnico-funcţionale. 89) Să se prezinte principalele avantaje ale alimentării lămpilor cu descărcări de la surse cu înaltă
frecvenţă.
ELECTRONICA AUTOMOTIVE
90) Care este tipul de element galvanic utilizat în prezent la acumulatorii auto şi de ce?
91) Să se prezinte principalele avantaje ale aprinderii electronice/digitale, comparativ cu aprinderea clasică (electromecanică).
92) Să se descrie în termeni electrotehnici, din punct de vedere constructiv şi funcţional, componenta
numită uzual „bobina de inducţie”. 93) Să se enumere câteva utilizări specifice automotive ale senzorilor. TEHNICI DE PRELUCRARE A SEMNALELOR 94) Menţionaţi şi explicaţi etapele care trebuie parcurse de un semnal analogic pentru a fi
transformat într-unul digital. 95) Care este diferenţa dintre un semnal discret şi unul digital? 96) În ce constă condiţionarea semnalelor şi cum poate fi realizată? 97) Care sunt diferenţele dintre un filtru digital cu răspuns finit (FIR) şi un filtru digital cu răspuns
infinit (IIR)? 98) Pentru circuitul din Figură se cunosc: R=10 Ω, C=10 μF şi L=5 mH. Să se precizeze ce tip de filtru
este şi să se determine lăţimea de bandă B şi factorul de calitate Q?
32
Rezolvare:
30
14.47 10 [ / ]rad s
L C
00
45R
Q R CL
0 100[ / ]B rad sQ
99) Să se precizeze ce tip de filtru analogic cu elemente pasive de circuit avem în Figură şi să se determine frecvenţa şi pulsaţia de tăiere fT şi ωT ştiind că Rs=50 Ω, R1=200 Ω, C=10 μF şi RL=500 Ω.
Rezolvare: In Figură avem un filtru de tip RC trece jos. Pulsaţia şi frecvenţa de tăiere se calculează cu relaţia:
12T T
echivalent
fR C
ωT=600 rad/s; fT=95,5 Hz;
SISTEME CU MICROPROCESOARE
100) Ce reprezintă arhitectura von Neumann şi arhitectura Harvard?
101) Tipuri de memorie
102) Timere
103) Comunicaţia seriala
104) Unitatea de PWM
105) Watchdog timer
33
INSTRUMENTAŢIE VIRTUALĂ ÎN INGINERIA ELECTRICĂ
106) Care sunt principalele avantaje ale instrumentaţiei virtuale ? 107) Care sunt elementele componente ale unui instrument virtual? Prezentaţi o scurtă descriere a
fiecăruia. 108) Care sunt elementele componente ale unui sistem de achiziţie de date? 109) Definiţi rata de eşantionare. Explicaţi fenomenul de „aliasing”. 110) Definiţi rezoluţia unui convertor analog-numeric. 111) O placă de achiziţie de date de 12 biţi, cu un domeniu de intrare de 0 până la 10 V şi o
amplificare de 1 poate detecta o modificare de 3mV? Dar dacă domeniul aceleiaşi plăci se modifică la -10V - +10V?
Soluţie: O placă de achiziţie de date de 12 biţi, cu un domeniu de intrare de 0 până la 10 V şi o amplificare de 1 poate detecta o modificare de 3mV,deoarece cea mai mică modificare detectabilă este:
mV2.42*1
10
2*eaamplificar
domeniul12rezolutia
în timp ce aceeaşi placă cu un domeniu de intrare de -10V până la 10 V nu va putea detecta o modificare de 3mV deoarece cea mai mica valoare detectabilă în acest caz este:
mV4.82*1
20
2*eaamplificar
domeniul12rezolutia
112) Ţinând cont de faptul că semnalele audio convertite în semnale electrice au adesea o frecvenţă
care atinge 20 kHz, să se determine frecvenţa minimă pentru o placă de achiziţie în concordanţă cu teorema de eşantionare a lui Nyquist, pentru a putea achiziţiona corect un astfel de semnal.
Soluţie: În concordanţă cu teorema de eşantionare a lui Nyquist, frecvenţa de eşantionare a unui semnal trebuie să fie mai mare decât de două ori frecvenţa maximă care se doreşte a fi achiziţionată corect pentru a discretiza semnalul. Astfel, pentru acestea este nevoie de o rată de eşantionare de cel puţin 40 kHz pentru a achiziţiona semnalul în mod corect. ALGORITMI DE OPTIMIZARE ÎN INGINERIA ELECTRICĂ 113) Care este forma standard a unei probleme de optimizare?
114) Cum se clasifică problemele de optimizare?
115) Ce sunt algoritmii genetici?
116) Care sunt operatorii specifici ai unui algoritm genetic?
