GRAAD 12 SEPTEMBER 2015 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE

Transcript

1 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 12 SEPTEMBER 2015 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE PUNTE: 200 TYD: 3 uur *ELCTDM* Hierdie vraestel bestaan uit 11 bladsye insluitend formulebladsye.

2 2 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Hierdie vraestel bestaan uit SEWE vrae. 2. Beantwoord AL die vrae. 3. Sketse en diagramme moet groot, netjies en volledig benoem wees. 4. ALLE berekeninge moet getoon word en korrek tot TWEE desimale afgerond word. 5. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 6. ʼn Formuleblad word aan die einde van die vraestel voorsien. 7. Jy mag ʼn nieprogrammeerbare sakrekenaar gebruik. 8. Toon die eenhede vir alle antwoorde van berekeninge. 9. Skryf netjies en leesbaar.

3 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 3 VRAAG 1: BEROEPSGESONDHEID EN VEILIGHEID 1.1 Gevaarlike praktyke oor die algemeen verwys na prosesse wat ʼn vorm van risiko of gevaar inhou as dit uitgevoer word. Noem TWEE aktiwiteite of take waarna verwys kan word as gevaarlike praktyke wanneer dit in ʼn elektriese werkswinkel uitgevoer word. (2) 1.2 ʼn Werkgewer het die reg om kommunikasie te monitor binne die werkplek so lank as die werknemer bewus is van die monitering voordat dit plaasvind. Noem EEN so soort kommunikasie wat ʼn werkgewer kan monitor. (1) 1.3 Goeie werksetiek vereis sekere karaktertrekke of eienskappe. Noem DRIE eienskappe wat tot goeie werksetiek bydra. (3) 1.4 Dit is belangrik dat werknemers as ʼn span saamwerk. Beskryf TWEE eienskappe wat tot goeie spanwerk bydra. (2) 1.5 Jy, as ʼn noodhulpgewer, is die eerste op die toneel van ʼn ongeluk. Voordat noodhulp aangebied word, wat is die eerste aksie wat geneem moet word? (2) [10] VRAAG 2: DRIE-FASE-WS-OPWEKKING 2.1 Teken ʼn fasordiagram van die drie spannings in ʼn driefase-stelsel. (3) 2.2 Noem DRIE voordele wat driefase-stelsels teenoor eenfase-stelsels het. (3) 2.3 ʼn Delta-verbinde alternator genereer 220 V per fase. Elke fase in hierdie gebalanseerde stelsel het ʼn impedansie van 44 Ω. Bereken die lynspanning, lynstroom en fasestroom. (8) 2.4 Verduidelik die verskil tussen aktiewe drywing (ook bekend as werklike of ware krag) en reaktiewe drywing. (2) 2.5 Alhoewel driefase-alternators krag aan gebalanseerde en ongebalanseerde laste kan lewer, hoekom is dit belangrik dat elke fase van die alternators gebalanseer word? Motiveer jou antwoord. (4) [20]

4 4 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) VRAAG 3: DRIEFASETRANSFORMATORS 3.1 Stel voor of die volgende verklarings WAAR of ONWAAR is Die generators in kragstasies produseer elektrisiteit teen 22 kv. (1) Die 22 kv word deur transformators tot 275 kv, 400 kv en selfs 765 kv verhoog, voor dit op die transmissie-netwerk geplaas word. (1) kv word binne ons tuistes ingevoer vir huishoudelike gebruik. (1) Eskom is die eerste diensverskaffer ter wêreld wat suksesvol hoogspanningsleiding teen 765 kv op hoë hoogtes bo seespieël bedryf. (1) V en 240 V is vir huishoudelike gebruik beskikbaar. (1) Hoëspanningsgeleiers is bykans altyd van ʼn aluminiumallooi gemaak. (1) 3.2 ʼn Boer gebruik ʼn driefase-delta-ster transformator met ʼn draaiverhouding van 150 : 3 om ʼn lynspanning van 11 kv te verminder. Hy gebruik beide enkel- en driefase-motors op sy plaas Indien die driefase-motor sterverbind is, bepaal die spanning oor elke fase van die motor. (4) Hierdie driefase-motor het ʼn aanslag van 12 kw teen ʼn arbeidsfaktor van 0,8 nalopend. Bereken die lynstroom wat by die sekondêr van die transformator verskaf word. (6) Beïnvloed die grootte van ʼn transformator die verkoelingsmetodes? (1) Noem DRIE metodes of maniere om transformators te verkoel. (3) [20]

5 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 5 VRAAG 4: DRIEFASEMOTORS EN-AANSITTERS 4.1 Gee DRIE voordele wat driefase-induksiemotors bo enkelfase-motors het. (3) 4.2 Noem die DRIE hoofonderdele van ʼn driefase-induksiemotor. (3) 4.3 Teken TWEE sketse van ʼn driefase-terminaalkas wat die verbindings van die terminale wys vir: ster (3) delta (3) Voorsien byskrifte vir die terminale. 4.4 ʼn 50 kw driefase-induksiemotor het altesame 12 pole en ʼn nalopende arbeidsfaktor van 0,9. Dit word aan ʼn 380 V / 50 Hz toevoer gekoppel. Bereken die: Skyndrywing (s) (3) Lynstroom (3) Sinkrone spoed van die motor (4) Glip indien die asspoed van die rotor rpm (omp) is (3) Rendement van die motor indien die drywing op die as 45 kw is (3) 4.5 Teken ʼn volledig benoemde skets van die beheer kringdiagram van ʼn outomatiese ster-delta-aansitter. (12) [40]

6 6 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) VRAAG 5: RLC-KRINGE 5.1 In ʼn serie of parallel RLC-kring, hoe word die volgende beïnvloed deur frekwensie: Weerstand (1) Induktiewe reaktansie (1) Kapasitiewe reaktansie (1) 5.2 Definieer die term impedansie. (3) 5.3 ʼn Parallel RLC-kring bestaan uit ʼn 47 Ω weerstand, ʼn induktor met ʼn induktiewe reaktansie van 70 Ω, en ʼn kapasitor met ʼn kapasitiewe reaktansie van 80 Ω. Die parallel kring word aan ʼn 110 V / 60 Hz toevoer gekoppel. Bereken die: Totale stroom wat van die toevoer getrek word (8) Impedansie van die kring (2) 5.4 In ʼn radio-ingestemde RLC-kring waar dit verlang word dat die minste stroom getrek word, kontrasteer serie en parallel RLC-kringe. Besluit watter van die twee die beste sal wees om te gebruik. Motiveer jou keuse. (4) [20] VRAAG 6: LOGIKA 6.1 Waarvoor staan die afkorting PLB? (1) 6.2 Met verwysing na PLB s, gee TWEE voorbeelde van die volgende: Insette (2) Uitsette (2) 6.3 Noem EEN industrie waar PLB s gebruik word. (1) 6.4 Teken die leerlogika simbole vir die volgende: Normaalweg oop kontak (inset) (1) Normaalweg geslote kontak (inset) (1) Uitset (spoel) (1)

7 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE ʼn PLB-program is ʼn stel instruksies wat in ʼn spesifieke programmeringstaal vir ʼn PLB geskryf word om ʼn spesifieke funksie uit te voer. Die uitvoering van elke instruksie verg DRIE basiese stappe. Beskryf die stappe. (3) 6.6 Vereenvoudig die volgende Boole uitdrukking deur ʼn Karnaugh-kaart te gebruik. (8) 6.7 Teken ʼn leerdiagram vir ʼn agtereenvolgende aansitter sonder ʼn tydreëlaar. Verwys na die bedradingsdiagram getoon onder. 6.8 Verwys na die volgende waarheidstabel. A B SOM OORDRA Skryf die Boole uitdrukkings vir die gegewe waarheidstabel. (4) Ontwerp en teken die heknetwerk vir die uitdrukkings van VRAAG (8) [40] (8)

8 8 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) VRAAG 7: VERSTERKERS 7.1 Teken ʼn netjiese skets wat die uitleg van die dubbel-in-lyn IK s pakket van ʼn LM 741 operasionele versterker toon. Wys veral die insette, uitsette en toevoerspanning aan. (5) 7.2 Met verwysing na ʼn ideale operasionele versterker, wat word met oneindige bandwydte bedoel? (2) 7.3 Noem DRIE voordele van negatiewe terugkoppeling. (3) 7.4 Noem TWEE toepassings van operasionele versterker vergelykers. (2) 7.5 ʼn Omkeer operasionele versterker wat oop lus wins gebruik en ʼn 5 V verwysingsspanning op die nie-omkeer inset het, is gekoppel aan ʼn toevoerbron van (+) en (-) 15 volt. Wat sal die uitsetspanning wees indien: V aan die omkeer inset gekoppel word? (1) V aan die omkeer inset gekoppel word? (1) V aan die omkeer inset gekoppel word? (1) 7.6 Teken ʼn volledig benoemde kringdiagram van ʼn nie-omkeer operasionele versterker. Toon die inset- en uitset-golfvorms. (8) 7.7 ʼn Nie-omkeer operasionele versterker gebruik ʼn terugvoerweerstand van 100 kω, en ʼn insetweerstand van 10 kω. Bereken die amplitude van die uitsetsein as die amplitude van die insetsein 3 V is. (3) 7.8 Teken ʼn volledig benoemde kringdiagram van ʼn operasionele-versterker integreerder. (5) 7.9 Teken die inset en uitset golfvorms van die integreerder en gee ʼn verduideliking van die wiskundige funksie wat die kring verrig. (4) 7.10 FIGUUR Identifiseer die kring in FIGUUR (1) Noem TWEE toepassings vir die kring in VRAAG (2)

9 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE Wat is ʼn mono-stabiele multivibrator? (2) Teken volledig benoemde golfvorms van die snellerpulse en uitset van ʼn mono-stabiele multivibratorkring. Teken ten minste TWEE siklusse van hierdie golfvorms. (6) FIGUUR Identifiseer die kring in FIGUUR (1) Bereken die ossilleringsfrekwensie van ʼn RC-ossilleerder wat van drie RC netwerke gebruik maak. Neem aan alle weerstandwaardes dieselfde is en alle kapasitorwaardes dieselfde is. Die resistorwaarde is 10 kω en die van elke kapasitor 250 pf. (3) [50] TOTAAL: 200

10 10 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) FORMULEBLAD DRIEFASE-WS-OPWEKKING Ster V L = IL = Delta IL = VL = RLC-KRINGE X L = 2πfL X c = Serie IT = IR = IC = IL Z = V L = I X L S = Q = Cosθ = V L I L Sin θ Tweewattmeter-metode V C = I X C V T = I Z VT = PT = P1 + P2 DRIEFASETRANSFORMATORS Ster V L = V PH IL = I PH I T = Cosθ = Cosθ = Delta IL = I PH Parallel VT = VR = VC = VL VL = V PH P = V L I L Cos θ S = V L I L I R = I C = Q = V L I L Sin θ I L = Cosθ = I T = = = Cosθ =

11 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 11 DRIEFASE-MOTORS EN -AANSITTERS Ster V L = IL = VERSTERKERS Wins A V = = [ ] Wins A V = = [ ] Delta IL = VL = Drywing = = P = V L I L Cos θ S = V L I L Q = V L I L Sin θ SKYNDRYWING P SKYN = Rendement (η)= Spoed n s = Glip =

12 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 12 SEPTEMBER 2015 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE MEMORANDUM PUNTE: 200 Hierdie memorandum bestaan uit 11 bladsye.

13 2 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) INSTRUKSIES AAN NASIENERS 1. Alle vrae met meertallige antwoorde impliseer dat enige relevante aanvaarbare antwoord oorweeg moet word. 2. Berekeninge: 2.1 Alle berekeninge moet formule(s) toon. 2.2 Vervanging van waardes moet korrek gedoen wees. 2.3 Alle antwoorde MOET die korrekte eenheid insluit om as korrek oorweeg te word. 2.4 Alternatiewe metodes moet oorweeg word, dien verstande die ooreenstemmende antwoord bereik word. 2.5 Waar verkeerde antwoorde oorgedra kan word na die volgende stap, is die aanvanklike antwoord verkeerd. Die daaropvolgende antwoorde moet egter oorweeg word, indien die verkeerde antwoord reg oorgedra is. Die nasiener moet dan die verkeerde som uitwerk met die verkeerde waardes en indien die leerder dit korrek gebruik het, moet volpunte vir die betrokke berekeninge gegee word. 3. Die memorandum is slegs ʼn gids met modelantwoorde. Alternatiewe interpretasies moet oorweeg en op meriete bepunt word. Hierdie beginsel moet egter konsekwent regdeur volgehou word.

14 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 3 VRAAG 1: BEROEPSGESONDHEID EN VEILIGHEID 1.1 Die etsing van gedrukte stroombaanpanele. Die gebruik van kraggereedskap. Die verkeerde gebruik van handgereedskap. (Enige 2 x 1) (2) 1.2 E-posse Internettoegang Telefoonoproepe Data Beelde (Enige 1 x 1) (1) 1.3 Eerlikheid, selfdissipline, betroubaarheid en lojaliteit is gunstige eienskappe. (Enige 3 x 1) (3) 1.4 Om die regte van ander te respekteer. Om ʼn spanwerker te wees. Om samewerking te toon. Om selfgeldend te wees. Om ʼn kliёntediensleweringshouding te openbaar. Geleenthede vir voortdurende kennisververmeerdering te probeer vind. Om hoflike gedrag te openbaar. Om vertroulikheid te respekteer. (Enige 2 x 1) (2) 1.5 Gevaar vas te stel en maak seker dat die gebied veilig is. (2) [10] VRAAG 2: DRIEFASE-WS-OPWEKKING Kan in ster of delta gekoppel word. Twee spannings beskikbaar (V L en V F ). Vir drie- en enkelfase-motors van soortgelyke fisiese groottes, sal driefase meer drywing lewer. Driefase verskaf krag aan enkel-fase en driefase laste. Driefase is goedkoper om te genereer. Driefase vereis minder instandhouding. (Enige 3 relevante voordele x 1) (3) (3)

15 4 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) 2.3 V L = V F = 220 V I F = = = 5 A I L = 3I PH = 3 = 8,66 A (8) 2.4 Aktiewe drywing is die drywing wat effektief deur die las gebruik word. Reaktiewe drywing is die drywing wat verkwis word, en nie gebruik word om werk op die las te doen nie. (2) 2.5 Omdat die koper windings van alternators beide weerstand en induktansie het sal elke fase ʼn sekere impedansie hê. Dit is van die uiterste belang dat die roterende spoele dieselfde spannings en strome in elk van die drie fases opwek, en dat dit net moontlik is indien die impedansie van al drie fases identies is. (4) [20] VRAAG 3: DRIEFASE TRANSFORMATORS W (1) W (1) O (1) W (1) W (1) W (1) V L = V F = 11 Kv I = V SEK (PH) = 3 = 220 V (4) P AKT = 3 V L I L cosθ I L = P ACT 3 V L cosθ V L = 3 V PH = 3 = 381,7 I L = x 381,7 x 0,8 = 22,65 A (6) Ja (1) Lugverkoel Olieverkoel Waterverkoel (3) [20]

16 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 5 VRAAG 4: DRIEFASEMOTORS AND -AANSITTERS 4.1 Selfaansittend Robuus Eenvoudige konstruksie Lae instandhouding Verminderde brandgevaar Verminderde loopkoste Hoë aanvangswringkrag Wye reeks gebruike Maklik om die rigting van rotasie te verander Kan in ster of delta verbind word Hoër rendement Hoër arbeidsfaktore Wye reeks drywingsaanslae (Enige 3 x 1) (3) 4.2 Rotor, Stator, en Statorwikkelings (of entplate) (3) (3) P APP = P AKTIEF = = 55,5556 kva Cos θ 0,9 (3) I L = P AKTIEF 3 L Cos θ = (38 ) (.9) = 84,41 A (3) NS = 60 x f P = 60 x 50 2 (4 pole/ Fase = 2 Pool Pare) = OPM (rpm) (4) SLIP = (N S N R ) x 100 = ( ) x 100 = 6 67% N S 150 (3) (3)

17 6 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) η = P UIT x 100% P IN = 45 kw x kw = 90% (3) VRAAG 5: RCL KRINGE Geen invloed. (1) (12) [40] Induktiewe reaktansie is proporsioneel tot frekwensie (X L = 2 fl) (1) Kapasitiewe reaktansie is omgekeerd eweredig aan frekwensie (X C = /( πfc) (1) 5.2 Impedansie is die totale teenstand teen die vloei van stroom in ʼn W - kring. (3) I R = V S = 110 = A R 47 I L = V S = 110 = A X L 70 I C = V S = 110 = A X C 80 I T = I 2 R + (I L I C) 2 = ( ) 2 = 2,35 A (8) Z = V S = 110 = 6,8 3 Ω I T 2,35 (2)

18 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE By resonansie trek ʼn parallel LC kring minimum stroom waar ʼn serie kring maksimum stroom trek. Die parallelkring is beter want die kring sal vir ʼn lang tyd by resonansie ingestem wees. (4) [20] VRAAG 6: LOGIKA 6.1 Programmeerbare Logiese Beheertoestel (1) Drukknopies Kontakte Perkskakelaars Sensors (Enige 2 x 1) (2) olenoïde Kontaktors Alarms (Enige 2 x 1) (2) 6.3 Vervaardiging, masjinering, voedsel/drank, metaal, krag, mynbou, petrochemies/chemies (Enige 1 x 1) (1) (1) (1) (1) Nagaan van inset (INSET) - Uitvoering van instruksies (PROSES) - Opdatering van die uitsette (UITSET) (3) 6.6 = A (8)

19 8 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) 6.7 (8) (4) (8) [40]

20 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 9 VRAAG 7: VERSTERKERS 7.1 (5) 7.2 ersterk beide W en G sonder enige verlies aan wins. (2) 7.3 Toename in bandwydte Verhoogde stabiliteit Verminder verwringing en geraas Verbeterde inset- en uitsetimpedansies Stel ons in staat vir spesifieke wins te ontwerp. (Enige 3 x 1) (3) 7.4 Zero-vlakdetektor Drumpeldetektor Nulpuntdetektors (Enige 2 x 1) (2) V (1) Ongeveer +15 V (1) Ongeveer -15 V (1) 7.6 (8)

21 10 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (EC/SEPTEMBER 2015) (3) 7.9 (5) oos in wiskundige integrasie Die kring bepaal die area by die gradiënt. (4) Bi-stabiele multi-vibrator (1) Kontak-wip-elimineerder Ontladings-ossillator (2)

22 (EC/SEPTEMBER 2015) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE ʼn onogesneller stabiele multivibrator is ʼn tydreёlkring wat van toestand verander sodra dit gesneller word. aar na ʼn sekere tydsvertraging na die oorspronklike toestand terugkeer. (2) RC-faseverskuiwingsossillators (1) (6) (3) [50] TOTAAL: 200