docמערכות פיקוד ובקרה א`
download 
Report Transcription
מערכות פיקוד ובקרה א`
סוג הבחינה :בגרות לבתי–ספר על–יסודיים מדינת ישראל מועד הבחינה :קיץ תשע"א2011 , משרד החינוך סמל השאלון848101 : א .נספח לשאלה 3 נספחים: ב .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. .1 ענה על מספר השאלות הנדרש בשאלון .המעריך יקרא ויעריך את מספר השאלות הנדרש בלבד ,לפי סדר כתיבתן במחברתך ,ולא יתייחס לתשובות נוספות. בשאלון זה 6עמודים ו– 10עמודי נספחים. ההנחיות בשאלון זה מנוסחות בלשון זכר, אך מכוונות הן לנבחנות והן לנבחנים. בהצלחה! -2- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"א ,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 באיור לשאלה 1נתון מעגל חשמלי ,הכולל מנוע השראה המופעל בהתנעה ישירה. P = 7.5 kW U = 400 V cos ϕ = 0.82 η = 80% S M 3 A לוח הזנה איור לשאלה 1 א .חשב את הזרם הנקוב של המנוע. ב .לרשותך מאמתי"ם המתאימים להגנה על מנועים ,שערכיהם הנקובים הם: 32 A , 25 A , 20 A , 16 A , 10 A , 6A קבע את ערך הזרם של המאמ"ת המתאים ביותר להגנה על המנוע הנתון .נמק את קביעתך. ג. כמה מוליכים מגיעים אל המנוע מהנקודה , Aאם ידוע שסלילי המנוע מחוברים בכוכב? נמק את תשובתך. ד .מה תפקידו של המפסק ? S המשך בעמוד 3 -3- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"א ,סמל 848101 שאלה 2 א .באיור לשאלה 2מתוארים חמישה מרכיבים של מערכת החשמל הארצית. תחנת מיתוג תחנת השנאה תחנת כוח 1 2 3 G קו מתח גבוה קו מתח עליון 4 5 איור לשאלה 2 השתמש בחמשת המרכיבים האלה כדי לסרטט תרשים המתאר את מערכת החשמל הארצית ,מתחנת הכוח ועד לרשת החלוקה של המתח הגבוה. הערה :מותר להשתמש בכל אחד מן המרכיבים יותר מפעם אחת. ב .רשום את המרכיבים של רשת עילית. שאלה 3 בנספח לשאלה 3נתון תרשים המתאר חיבור מבנה מגורים לרשת חברת–החשמל. א .ציין את שיטת ההגנה נגד התחשמלות שבה משתמשים במבנה המגורים הזה. נמק את תשובתך. ב .הוסף לתרשים שבנספח תיאור של מסלול לולאת התקלה ,כאשר קיים קצר חד–מופעי לגוף המתכתי של הצרכן. הערה :הדבק את מדבקת הנבחן במקום המיועד לכך בנספח ,והדק אותו למחברת הבחינה. המשך בעמוד 4 -4- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"א ,סמל 848101 פרק שני :המרת אנרגיה ענה על שאלה אחת לפחות מבין השאלות ( 6—4לכל שאלה — 25נקודות). שאלה 4 נתוניו של שנאי חד–מופעי אידיאלי הם: N1 = 100 , f = 50 Hz , U1 = 300 V I2 = 30 A , Sn = 1.5 kVA , א .חשב את המתח בסליל השניוני של השנאי. ב .חשב את יחס ההשנאה של השנאי. ג. חשב את הזרם הנקוב בסליל הראשוני של השנאי. ד .חשב את השטף המגנטי המרבי בגרעין השנאי. ה .משנים את המתח בסליל הראשוני של השנאי ל– . 280 Vחשב את המתח בסליל השניוני של השנאי. שאלה 5 נתוניו הנקובים של מנוע השראה תלת–מופעי בעל שישה קטבים הם: ) s = 4%מקדם החליקה( , cos j = 0.84 , h = 82% , 50 Hz 400 V , 20 kW , א .חשב את הזרם הנצרך על–ידי המנוע. ב .חשב את המהירות של השדה המגנטי המסתובב (המהירות הסינכרונית) במנוע. ג. חשב את מהירות הסיבוב של הרוטור בנתונים הנקובים. ד .חשב את המומנט הנקוב על ציר המנוע. המשך בעמוד 5 -5- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"א ,סמל 848101 שאלה 6 א .באיור א' לשאלה 6נתון אופיין מכני של מנוע השראה תלת–מופעי .על האופיין מסומנות הנקודות . 1 ÷ 3רשום את שמו של המומנט בכל אחת מן הנקודות האלה. M 2 3 1 n ns nn איור א' לשאלה 6 ב .באיור ב' לשאלה נתון אופיין מכני של מנוע השראה תלת–מופעי ואופיין מכני של העומס המופעל על–ידי המנוע (מומנט העומס מסומן ב–.)Mb M Mb n איור ב' לשאלה 6 האם המנוע יתניע כאשר העומס הנתון מחובר אליו? נמק את תשובתך. המשך בעמוד 6 -6- מערכות פיקוד ובקרה א', קיץ תשע"א ,סמל 848101 פרק שלישי :בקרה ומערכות ממוחשבות (לכל שאלה — 25נקודות). שאלה 7 המתקן החשמלי של עגורן כולל שלושה מנועים: — מנוע — M1להזזת העגורן לאורך (קדימה ואחורה) — מנוע — M2להזזת העגורן לרוחב (הצידה) — מנוע — M3מנוע הרמה מערכת השליטה של העגורן כוללת לחצנים להפעלת שלושת המנועים ולחצן עצירה. בכל אחד מכיווני ההזזה קיימים מפסקי–גבול (מפסקי סוף מסלול). א .תאר באמצעות דיאגרמת מלבנים את תהליך השליטה והבקרה של המנוע . M1 ב .רשום את המפעילים של המתקן החשמלי. שאלה 8 להלן חמש מערכות הקיימות בבית מגורים: .1 מערכת לחימום מים בדוד חשמלי .2 גוף חימום בתנור אפייה .3 מערכת להעלאת והורדת תריס באמצעות מנוע חשמלי .4 מערכת למילוי מים ב ְמכַל הדחה .5 מערכת להפעלת תאורה באמצעות עמעם–אורות א .אילו מהמערכות פועלות בחוג פתוח ואילו מהן פועלות בחוג סגור? נמק את תשובתך. ב .ציין אם קיים חיישן בכל אחת מן המערכות . 1 ÷ 5במערכות שקיים בהן חיישן — רשום את סוג החיישן. בהצלחה! זכות היוצרים שמורה למדינת ישראל. אין להעתיק או לפרסם אלא ברשות משרד החינוך. נספח לשאלה 3 לשאלון ,848101קיץ תשע"א מבנה מגורים L1 L2 L3 N L2 N PE פס הארקה צרכן לוח דירה פס השוואת פוטנציאלים מקום למדבקת נבחן הזנה מחברת–החשמל מדינת ישראל סוג הבחינה :בגרות לבתי–ספר על–יסודיים מועד הבחינה :קיץ תשע"א2011 , נספח לשאלון848101 : ך משרד החינו 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"א 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"א 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"א =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"א 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"א 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"א ההספק המותקן במתקן ]— Pm [kW ][kW — Pf צריכת ההספק הצפויה בפועל — k מקדם הביקוש מקדם הביקוש של בניין לפי מספר הדירות שבו מספר הדירות בבניין מקדם הביקוש מספר הדירות בבניין מקדם הביקוש 4.2 3 2 4 5 6 7 9 8 10 11 12 0.63 0.64 0.65 0.68 0.70 0.72 0.75 0.81 0.87 0.90 0.95 14 13 15 18 20 25 30 35 40 45 50 0.52 0.53 0.54 0.55 0.56 0.57 0.58 0.59 0.60 0.61 0.62 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"א 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"א 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
