doc848101
download 
Report Transcription
848101
סוג הבחינה :בגרות לבתי–ספר על–יסודיים מדינת ישראל מועד הבחינה :קיץ תשע"ב2012 , משרד החינוך סמל השאלון848101 : א .נספח א' לשאלה 2 נספחים: ב .נספח ב' לשאלה 2 ג .נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה מערכות פיקוד ובקרה א' יחידת לימוד אחת (כיתה י"ב) הוראות לנבחן א .משך הבחינה :שעתיים. ב .מבנה השאלון ומפתח ההערכה :בשאלון שלושה פרקים ,ובהם שמונה שאלות. יש לענות על ארבע שאלות בלבד :שאלה אחת לפחות מן הפרק הראשון ושאלה אחת לפחות מן הפרק השני. לכל שאלה — 25נקודות .סך–הכול — 100נקודות. ג .חומר עזר מותר לשימוש :מחשבון. ד .הוראות מיוחדות: .2 התחל כל תשובה לשאלה חדשה בעמוד חדש. .3 הקפד לרשום את כל תשובותיך אך ורק בעט. .4 הקפד לנסח את תשובותיך כהלכה ולסרטט את תרשימיך בבהירות. .5 כתוב את תשובותיך בכתב–יד ברור ,כדי לאפשר הערכה נאותה שלהן. .6 אם לדעתך חסרים נתונים הדרושים לפתרון שאלה ,אתה רשאי להוסיף אותם ,בתנאי שתנמק מדוע הוספת אותם. .7 בכתיבת פתרונות חישוביים ,קבלת מֵַרב הנקודות מותנית בהשלמת כל המהלכים שלהלן ,בסדר שבו הם רשומים: * רישום הנוסחה המתאימה. * הצבה של כל הערכים ביחידות המתאימות. * חישוב (אפשר באמצעות מחשבון). * רישום התוצאה המתקבלת ,יחד עם יחידות המידה המתאימות. * ליווי הפתרון החישובי בהסבר קצר. בשאלון זה 8עמודים ו– 11עמודי נספחים. .1 ענה על מספר השאלות הנדרש בשאלון .המעריך יקרא ויעריך את מספר השאלות הנדרש בלבד ,לפי סדר כתיבתן במחברתך ,ולא יתייחס לתשובות נוספות. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות הן לנבחנות והן לנבחנים. בהצלחה! -2- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"ב ,סמל 848101 השאלות בשאלון זה שלושה פרקים ,ובהם שמונה שאלות .יש לענות על ארבע שאלות בלבד: שאלה אחת לפחות מן הפרק הראשון ושאלה אחת לפחות מן הפרק השני (לכל שאלה — 25נקודות ,סך–הכול — 100נקודות). פרק ראשון :מערכות הספק ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות ( 3—1לכל שאלה — 25נקודות). שאלה 1 א .בצידו הימני של איור א' לשאלה 1נתון חתך של המא"ז (מאמ"ת) ,המופיע בצידו השמאלי של האיור. 1 2 3 איור א' לשאלה 1 ציין את שמו ורשום את תפקידו של כל אחד ממרכיבי המא"ז המסומנים בספרות . 1 ÷ 3 המשך בעמוד 3 -3- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"ב ,סמל 848101 ב .באיור ב' לשאלה נתון תרשים חשמלי חד–קווי של רשת הזנה עם מקור יחיד. K2 D 100 m 25 mm2 K1 C 100 m 25 mm2 B A P1 K4 E 200 m 25 mm2 K3 P2 איור ב' לשאלה 1 .1 אם קצר מתרחש בנקודה K1או בנקודה — K3האם יהיה הבדל בערך של זרם הקצר בשתי הנקודות? נמק את תשובתך. .2 אם קצר מתרחש בנקודה K2או בנקודה — K4באיזו נקודה ערך זרם הקצר גדול יותר? נמק את תשובתך. שאלה 2 א .בנספח א' לשאלה 2נתונה טבלה הכוללת חמש שיטות הגנה מפני התחשמלות ושלושה עקרונות הגנה .סמן בטבלה ב–✕ את עקרונות ההגנה המתקיימים בכל אחת משיטות ההגנה מפני התחשמלות. ב .בנספח ב' לשאלה נתון איור המתאר את המבנה העקרוני של ממסר פחת חד–מופעי .הוסף לאיור את יחידת הבדיקה (לחצן ונגד–הבדיקה). הערה :נספח א' ונספח ב' מופיעים בשני צידיו של דף אחד .הדבק על דף הנספחים את מדבקת הנבחן שלך ,והדק אותו למחברת–הבחינה. המשך בעמוד 4 -4- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"ב ,סמל 848101 שאלה 3 באיור א' לשאלה 3מתואר חיבור של שני צרכנים ללוח הזנה: צרכן — 1מנוע השראה תלת–מופעי. צרכן — 2תנור חימום תלת–מופעי. 400 V , AC צרכן לוח הזנה מבטח מבטח תנור M 2 P = 10 kW cos ϕ = 1 צרכן 1 P = 10 kW cos ϕ = 0.83 η = 84% Istart = 6.5 ⋅ In איור א' לשאלה 3 א .לרשותך שני סוגי מבטחים (הגנות) :מא"ז ומאמ"ת מתכייל .קבע איזו הגנה מתאימה לכל אחד מן הצרכנים .נמק את קביעותיך. ב .לרשותך מבטחים ,שזרמיהם הנקובים הם: 32 A , 25 A , 20 A , 16 A , 10 A , 6A קבע עבור כל אחד משני הצרכנים את ערך הזרם הנקוב של המבטח המתאים לו. ג. באיור ב' לשאלה נתון אופיין זרם–זמן של המאמ"ת המתכייל ,הנדרש להגנה על הצרכן שקבעת בסעיף א' .קבע את ערכי הזרמים I1ו– I2המצוינים באיור. המשך בעמוד 5 -5- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"ב ,סמל 848101 ]t [sec ]I [A I2 I1 איור ב' לשאלה 3 פרק שני :המרת אנרגיה ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות ( 6—4לכל שאלה — 25נקודות). שאלה 4 נתוניו הנקובים של מנוע השראה תלת–מופעי הם: cos j = 0.8 ; η = 80% ; nn = 720 rpm ; f = 50 Hz ; Un = 400 V ; Mn = 190 N⋅m א .חשב את ההספק הנקוב (ההספק בציר המנוע). ב .חשב את ההספק החשמלי הנצרך מהרשת. ג. חשב את הזרם הנצרך מהרשת. ד .מתניעים מנוע השראה תלת–מופעי באמצעות מתנע כוכב/משולש .קבע איזה מבין ההיגדים שלהלן נכון ,ונמק את קביעתך. .1 הזרם בהתנעת כוכב/משולש קטן בהשוואה לזרם בהתנעה ישירה ללא מתנע. .2 בהתנעת כוכב/משולש צריך לוודא שמומנט ההתנעה של המנוע קטן ממומנט העומס על הציר בזמן ההתנעה. .3 מקדם ההחלקה בהתנעה בחיבור כוכב גדול ממקדם ההחלקה בהתנעה בחיבור משולש, ולכן מתניעים תחילה בחיבור כוכב. המשך בעמוד 6 -6- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"ב ,סמל 848101 שאלה 5 נתוניו של מנוע השראה הם : p=2 ; f1 = 50 Hz . nn = 1430 rpm ; א .חשב את מהירות השדה המגנטי המסתובב בסטטור. ב .באיור לשאלה 5נתון אופיין של מנוע השראה ,המתאר את מומנט המנוע ) (Mכפונקציה של מקדם החליקה ). (s M Mn s s2 s1 sn איור לשאלה 5 מהו הערך של כל אחד ממקדמי החליקה sn , s1ו– , s2המסומנים באיור? ג. האם מקדם החליקה הקריטי נמצא בתחום שבין snו– ? s1נמק את תשובתך. המשך בעמוד 7 -7- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"ב ,סמל 848101 שאלה 6 שנאי אידיאלי חד–מופעי מוזן בצד הראשוני שלו במתח חילופין . 230 V / 50 Hzמספר הליפופים של הסליל בצד הראשוני של השנאי הוא . 200השנאי מועמס בצד השניוני שלו בצרכן אומי טהור שהתנגדותו ,25 Ωוזורם דרכו זרם של . 5 A חשב את: א .המתח במוצא השנאי. ב .יחס ההשנאה של השנאי. ג. הזרם בסליל הראשוני של השנאי. ד .השטף המרבי בגרעין השנאי. פרק שלישי :בקרה ומערכות ממוחשבות (לכל שאלה — 25נקודות). שאלה 7 בטבלה שלהלן נתונים שמונה סוגי חיישנים. העתק את הטבלה למחברתך ,וסמן בה ב–✕ את הקבוצה או הקבוצות שאליהן משתייך כל אחד מן החיישנים (חיישני קירבה ,חיישני מגע או אחר). מספר סוג החיישן 1 אופטי 2 טמפרטורה 3 השראותי 4 קיבולי 5 לחץ 6 אקוסטי 7 תזוזה 8 מפלס קבוצת החיישן קירבה מגע אחר המשך בעמוד 8 -8- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"ב ,סמל 848101 שאלה 8 להלן שישה היגדים .קבע עבור כל אחד מהם אם הוא נכון או לא נכון ,ונמק את קביעותיך. א .במערכת בקרה בחוג פתוח — המוצא תלוי רק במבוא. ב .במערכת בקרה בחוג פתוח — למשוב יש השפעה רבה על המוצא. ג. באיור לשאלה 8מתואר המבנה הנכון של מערכת בקרה בחוג סגור. מוצא A B איור לשאלה 8 ד .במערכת בקרה בחוג סגור — המוצא תלוי במבוא בלבד. ה .מערכת בקרה בחוג סגור מבוססת על בקרה בדידה בלבד. ו. עמעם תאורה חייב לכלול מערכת בקרה בחוג סגור. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך. מבוא נספח א' לשאלה 2 מקום למדבקת נבחן לשאלון ,848101קיץ תשע"ב עקרון ההגנה שיטת ההגנה מפני התחשמלות בידוד כפול ממסר פחת איפוס הארקת הגנה מתח בטיחות מניעת/הקטנת מתח–מגע מסוכן הגבלת זרם התקלה ניתוק מהיר של אמצעי ההגנה נספח ב' לשאלה 2 מקום למדבקת נבחן לשאלון ,848101קיץ תשע"ב ~ 0 עומס מדינת ישראל סוג הבחינה :בגרות לבתי–ספר על–יסודיים מועד הבחינה :קיץ תשע"ב2012 , נספח לשאלון848101 : משרד החינוך אין להעביר את הנוסחאון לנבחן אחר נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה ( 9עמודים) הגדלים בנוסחאון מופיעים ביחידות SI 1 ] [ kgf ⋅ m 9.81 = ]1 [N ⋅ m א .המרת אנרגיה .1 מכונות לזרם ישר 1.1 מתח מושרה NpnΦ 60 a Np 60 a =E = Ce E = Ce ⋅ Φ ⋅ n ][V — Eכא"מ מושרה ברוטור — Nמספר מוליכים ברוטור — pמספר זוגות קטבים ][r.p.m — nמהירות סיבוב — aמספר זוגות ענפים מקבילים ברוטור ][Wb — Φשטף — Cמקדם e המשך בעמוד 2 -2- 1.2 נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב מומנטים P ω n 60 =M ][N ⋅ m — M מומנט נקוב ][W rad sec ][r.p.m — P הספק — ω מהירות זוויתית — n מהירות סיבוב ω = 2π — C m Np 2π a = Cm Mem = Cm ΦIa Pem = EIa מקדם — N מספר מוליכים ברוטור — p מספר זוגות קטבים — a מספר זוגות ענפים מקבילים ברוטור ]— Mem [N ⋅ m ][Wb — Φ שטף ][A — Ia זרם הרוטור ]— Pem [W מומנט אלקטרומגנטי הספק אלקטרומגנטי Ce = 0.1047 Cm 1.3 מהירות סיבוב במנוע: U − Ia R a Ce Φ בגנרטור: U + Ia R a Ce Φ =n ][V — U מתח זינה ][Ω — Ra התנגדות סליל הרוטור =n המשך בעמוד 3 -3- 1.4 נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב מכונה לזרם ישר בעירור מקבילי במנוע: I = Ia + I f בגנרטור: Ia = I + I f .2 שנאי חד־מופעי 2.1 מתח מושרה בסליל ][A — I הזרם הנצרך/המסופק ][A — If זרם סליל העירור ][A — Ia זרם סליל הרוטור ][V — E1 כא"מ מושרה בסליל הראשוני — E2 כא"מ מושרה בסליל השניוני E1 = 4.44 f Φmax N1 E 2 = 4.44 f Φmax N 2 Φmax = Bmax A N1 U1 I 2 = = N 2 U 2 I1 =a ][V ]— Φmax [Wb שטף מרבי בגרעין — N1 מספר הכריכות בסליל הראשוני — N2 מספר הכריכות בסליל השניוני ][Hz ]— Bmax [Wb / m2] ; [T השראה מגנטית מרבית ][m2 — A שטח החתך של הגרעין — a יחס השנאה — f תדירות ]— U1 [V מתח בסליל הראשוני ]— U2 [V מתח בסליל השניוני ][A — I1 זרם בסליל הראשוני ][A — I2 זרם בסליל השניוני המשך בעמוד 4 -4- 2.2 נצילות השנאי S Sn =β P2 P2 + ∆PCu + ∆PFe =η β ⋅ Sn cos ϕ 2 — β גורם העמסה ][VA — S הספק מדומה ][VA — Sn הספק מדומה נקוב — η נצילות השנאי ][W — P2 הספק המוצא ]— ΔPCu [W הפסדי נחושת ]— ΔPFe [W הפסדי ברזל ]— ΔPCun[W הפסדי נחושת בזרם נקוב βSn cos ϕ 2 + β 2 ∆PCu n + ∆PFe .3 נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב =η מנוע השראה P n ; Mn = ω n 60 f ; ns = p 2π nn 60 = ωn ][W rad sec ][r.p.m — nn מהירות הרוטור ][r.p.m — ns מהירות סינכרונית — p מספר זוגות קטבים — s מקדם החליקה ][Hz — f1 תדירות הרשת ][Hz — f2 תדירות זרמי הרוטור ][A — In זרם נקוב Pn 3U ⋅ cos ϕ ⋅ η — Pn הספק נקוב — ωn n − nn s= s ns f2 = s f1 ]— Mn [N ⋅ m מומנט נקוב = In η — — cos ϕ ][V — U מהירות זוויתית נקובה נצילות המנוע מקדם ההספק של המנוע מתח ההזנה הקווי המשך בעמוד 5 -5- נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב ב .מערכות הספק מוליכות סגולית של מוליכים .1 — gמוליכות סגולית .2 ][m / Ω mm2 נחושת חמרן 55 – 57 34 – 37 מפלי מתח והפסדי הספק במתח ישר L3 I3 , P3 L1 L2 I2 , P2 Un I1 , P1 2 L1 ( I1 + I 2 + I3 ) + L 2 ( I 2 + I3 ) + L 3 I3 γA 2 I1 L1 + I 2 ( L1 + L 2 ) + I3 ( L1 + L 2 + L 3 ) γA = ∆U = 2 2 2 L1 ( I1 + I 2 + I3 ) + L 2 ( I 2 + I3 ) + L 3 I32 γA Pn Un = In = ∆P ]ΔU [V — מפל המתח ][m / Ω mm2 γ — מוליכות סגולית ][mm2 A — שטח חתך המוליך ]ΔP [W — הפסדי הספק ][A In — זרם של צרכן ]Un [V — מתח נומינלי של הרשת n המשך בעמוד 6 -6- .3 נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב שיפור מקדם ההספק ()cos ϕ P = S cos ϕ Q = S sin ϕ ][kW — P הספק אקטיבי של הצרכן ][kVA — S הספק מדומה של הצרכן ][° — ϕ זווית בין זרם ומתח של הצרכן ][kVAr — Q הספק ריאקטיבי של הצרכן Q = P tg ϕ S = P2 + Q2 ) Q c = P ( tg ϕ1 − tg ϕ 2 Qc 3 = Q c1 Q c1 ⋅ 10 9 U2 ω ]— Qc [kVAr ][° — ϕ1 זווית לפני השיפור ][° — ϕ2 זווית אחרי השיפור =C ω = 2π f ]— Qc1 [kVAr הספק ריאקטיבי של סוללת קבלים ,הנדרשת לשיפור מקדם ההספק הספק הקבל במופע אחד ][μF — C קיבול הקבל הנדרש (במופע אחד) ][V — U מתח על הקבל ][Hz — f תדירות הרשת מקדם ההספק הנדרש על–ידי חברת החשמל: 0.92 המשך בעמוד 7 -7- .4 תכנון מתקן חשמל 4.1 מקדם הביקוש Pf = Pm ⋅ k נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב ההספק המותקן במתקן ]— Pm [kW ][kW — Pf צריכת ההספק הצפויה בפועל — k מקדם הביקוש מקדם הביקוש של בניין לפי מספר הדירות שבו 4.2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.95 0.90 0.87 0.81 0.75 0.72 0.70 0.68 0.65 0.64 0.63 13 14 15 18 20 25 30 35 40 45 50 0.62 0.61 0.60 0.59 0.58 0.57 0.56 0.55 0.54 0.53 0.52 מבטח להגנה בפני זרם העמסת–יתר בלבד — Ib זרם העבודה הממושך במעגל ][A — In הזרם הנומינלי של המבטח או הזרם שאליו הוא מכוונן ][A — Iz הזרם המתמיד המרבי של המוליך ][A I b ≤ In ≤ Iz P 3 U ⋅ cos ϕ ⋅ η U = 400 V = Ib P U ⋅ cos ϕ ⋅ η = Ib U = 230 V המשך בעמוד 8 -8- .5 נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב אופיינים של מפסקים חצי־אוטומטיים זעירים B 10000 8000 6000 4000 2000 1000 800 600 400 200 100 80 60 40 20 ז 10 8 6 4 2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 40 30 20 15 8 10 6 4 3 2 1.5 1.45 1 1.13 0.01 כופל זרם נומינלי In המשך בעמוד 9 -9- נוסחאון במערכות פיקוד ובקרה, נספח לשאלון ,848101קיץ תשע"ב C 10000 8000 6000 4000 2000 1000 800 600 400 200 100 80 60 40 20 4 2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 40 30 20 15 8 10 6 4 3 2 1.5 1.45 כופל זרם נומינלי In בהצלחה! 1 1.13 0.01 ז 10 8 6
