Prüfungsvorbereitung für die industriellen Elektroberufe

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1 Markus Asmuth, Udo Fischer, Thomas Kramer, Markus Schindzielorz Prüfungsvorbereitung für die industriellen Elektroberufe Abschlussprüfung Teil 2 3. Auflage Bestellnummer 44005

2 Bildungsverlag EINS GmbH Ettore-Bugatti-Straße 6-14, Köln ISBN Copyright 2015: Bildungsverlag EINS GmbH, Köln Das Werk und seine Teile sind urheberrechtlich geschützt. Jede Nutzung in anderen als den gesetzlich zugelassenen Fällen bedarf der vorherigen schriftlichen Einwilligung des Verlages. Hinweis zu 52a UrhG: Weder das Werk noch seine Teile dürfen ohne eine solche Einwilligung eingescannt und in ein Netzwerk eingestellt werden. Dies gilt auch für Intranets von Schulen und sonstigen Bildungseinrichtungen.

3 Inhaltsverzeichnis Allgemeine Hinweise zur Prüfung Hinweise zu den schriftlichen Aufgabenstellungen Aufgabenbeschreibung Markierungsbogen Systementwurf Markierungsbogen Wirtschafts- und Sozialkunde Markierungsbogen Prüfung 2 Aufgabenbeschreibung Markierungsbogen Systementwurf Markierungsbogen Wirtschafts- und Sozialkunde Markierungsbogen Prüfung 3 Aufgabenbeschreibung Markierungsbogen Systementwurf Markierungsbogen Wirtschafts- und Sozialkunde Markierungsbogen Prüfung 4 Aufgabenbeschreibung Markierungsbogen Systementwurf Markierungsbogen Wirtschafts- und Sozialkunde Markierungsbogen

4 Allgemeine Hinweise zur Prüfung Die gestreckte Abschlussprüfung gliedert sich in Teil 1 und Teil 2 auf. findet am Ende der Berufsausbildung statt. Teil 1 fließt mit 40 %, Teil 2 mit 60 % in das Gesamtergebnis der gestreckten Abschlussprüfung ein. Der zweite Teil setzt sich aus vier Prüfungsbereichen zusammen: Arbeitsauftrag Systementwurf Wirtschafts- und Sozialkunde Das vorliegende Übungsbuch bezieht sich auf die Bereiche Systementwurf,, Wirtschafts- und Sozialkunde. Die Prüfungen orientieren sich primär an den Ausbildungsberufen Elektroniker/-in für Betriebstechnik und Elektroniker/-in für Automatisierungstechnik. Hinweise zu den schriftlichen Aufgabenstellungen Jede der vier Prüfungen des Übungsbuches beinhaltet Aufgaben zur Elektrotechnik sowie zur Wirtschaftsund Sozialkunde. Der Aufgabenteil Elektrotechnik besteht aus einer vorangestellten Beschreibung der Prüfungsaufgabe und für die Prüfungsbereiche sowie Systementwurf 8 ungebundenen Aufgaben (Aufgaben, die Sie mit eigenen Worten beantworten müssen), 25 gebundenen Aufgaben (Aufgaben mit vorgegebenen Auswahlantworten) und den entsprechenden Markierungsbögen. Der Aufgabenteil Wirtschafts- und Sozialkunde besteht aus vorangestellten Unterlagen, 5 ungebundenen Aufgaben, 15 gebundenen Aufgaben und dem Markierungsbogen. Zur Bearbeitung aller Aufgaben im Prüfungsbereich sowie im Prüfungsbereich Systementwurf sind jeweils 105 Minuten erlaubt, im Prüfungsbereich Wirtschafts- und Sozialkunde 60 Minuten. In der schriftlichen Prüfung sind folgende Hilfsmittel zugelassen: Tabellenbuch, Formelsammlung, Zeichenwerkzeuge, Wörterbuch und ein nicht programmierter netzunabhängiger Taschenrechner ohne Kommunikationsmöglichkeit. Die mathematischen Aufgaben sind mit vollständigem Rechengang (Formel, Ansatz, Ergebnis, Einheit) auszuführen. Die Lösungen zu den Prüfungen des Übungsbuches befinden sich im separat beiliegenden Lösungsband. Mithilfe des Markierungsbogens im Übungsbuch können Sie Ihr Gesamtergebnis für die schriftliche Prüfung ermitteln.

5 Aufgabenbeschreibung Prüfungsaufgabe Im Produktionsprozess eines Chemiebetriebes wird ein Stoff mit einem Lösungsmittel vermischt. Sie werden beauftragt, Arbeiten am elektrischen Antrieb des Rührwerks, an der Temperaturmesseinrichtung und an der Regelung durchzuführen. Im Störungsfall sollen Sie Fehler lokalisieren und beseitigen können. Machen Sie sich mit der Funktionsweise der Produktionsanlage vertraut und gehen Sie in der durch die Aufgaben gegebenen Reihenfolge vor. Funktionsbeschreibung Bildungsverlag EINS GmbH 5

6 Aufgabenbeschreibung Der Stoff und das Lösungsmittel werden in den Behälter gegeben und mit dem Rührer vermischt. Der Rührer wird vom Asynchronmotor M1 angetrieben. Eine Pumpe P1 fördert die hergestellte Lösung aus dem Behälter. Die Pumpe P1 wird von dem Gleichstrommotor M2 angetrieben. Elektrischer Antrieb des Rührwerks Angetrieben wird das Rührwerk durch den Drehstrom-Asynchronmotor M1. Der von der Sammelschiene abgehende Motorstromkreis besteht aus den elektrischen Betriebsmitteln: F1: NH-Schmelzsicherungen, B3: Motorschutzrelais, M1: Asynchronmotor, Q1: Schütz. Für das Netz in der Anlage gilt: Netz: 400 V, 50 Hz, Netzsystem: TN-S. An den Asynchronmotor M1 werden folgende Anforderungen gestellt: Bemessungsspannung, Schaltart, Frequenz: 230/400 V /Y, 50 Hz, Polpaarzahl: 2, Bemessungsleistung: 5,5 kw, Schutzart: IP 55, Betriebsart: S1, Bauform: IM V1, Isolierstoffklasse: F, Anlauf: direktes Einschalten. 6 Bildungsverlag EINS GmbH

7 Anlage Betriebswerte Asynchronmotoren 1000 min 1 50 Hz 230/400 V und 400/690 V S1 EFF 2 P N n N I N 400 V cos j n M N M A /M N M K /M N I A /I N J [kw] [min 1 ] [A] [%] [Nm] [kg/m 2 ] 63 S/6 0, ,49 0, ,99 2,00 2,00 2,1 0, L/6 0, ,65 0, ,32 2,10 2,10 2,2 0, S/6 0, ,69 0, ,86 2,40 2,50 3,2 0, L/6 0, ,92 0, ,58 2,50 2,60 3,4 0, S/6 0, ,15 0,70 68,6 3,80 2,00 2,20 3,5 0, L/6 0, ,54 0,74 69,7 5,71 1,85 2,05 3,3 0, S/6 0, ,55 0,62 68,7 7,60 2,10 2,50 3,5 0, L/6 1, ,40 0,66 71,2 11,1 2,00 2,40 3,6 0, L/6 1, ,90 0, ,5 1,74 2,00 3,5 0, M/6 2, ,40 0,73 80,6 22,0 1,60 2,40 4,6 0, S/6 3, ,00 0,75 83,5 30,2 1,55 2,05 3,9 0, M/6 4, ,10 0,76 83,6 40,1 1,45 1,90 3,7 0, M/60 5, ,5 0,76 84,3 55,3 1,45 1,90 3,7 0, min 1 50 Hz 230/400 V und 400/690 V S1 EFF 2 P N n N I N 400 V cos j n(4/4xp N ) n(3/4xp N ) M N M A /M N M K /M N I A /I N J [kw] [min 1 ] [A] [%] [%] [Nm] [kg/m 2 ] 63 S/4 0, ,46 0,76 50 * * 0,86 1,80 1,90 2,50 0, L/4 0, ,62 0,80 56,5 * * 1,30 1,80 1,90 2,60 0, S/4 0, ,76 0,77 61,3 * * 1,73 2,20 2,10 3,30 0, L/4 0, ,10 0,75 62,7 * * 2,60 2,10 2,30 3,20 0, S/4 0, ,52 0,73 71,5 * * 3,82 1,90 2,00 3,30 0, L/4 0, ,10 0,74 69,7 * * 5,21 2,00 2,10 3,50 0, S/4 1, ,81 0,74 76,2 75,9 EFF2 7,53 2,30 2,60 4,40 0, L/4 1, ,55 0,78 78,5 78,2 EFF2 10,3 2,30 2,60 4,80 0, L/4 2, ,22 0,74 81,1 81,1 EFF2 14,60 2,30 3,00 5,10 0, L/40 3, ,54 0,8 82,6 82,4 EFF2 20,20 2,50 2,90 5,40 0, M/4 4, ,30 0,80 86,0 84,0 EFF2 26,40 2,30 2,80 5,30 0, S/4 5, ,4 0,81 85,8 89,0 EFF2 36,20 2,10 2,70 5,50 0, M/4 7, ,8 0,84 87,0 86,0 EFF2 49,60 2,50 2,80 5,50 0, M/40 9, ,8 0,80 87,4 ** ** 60,60 2,60 3,10 6,00 0, min 1 50 Hz 230/400 V und 400/690 V S1 EFF 2 P N n N I N 400 V cos j n M N M A /M N M K /M N I A /I N J [kw] [min 1 ] [A] [%] [Nm] [kg/m 2 ] 63 S/2 0, ,52 0, ,63 2,25 2,40 3,50 0, L/2 0, ,62 0, ,88 2,10 2,20 4,00 0, S/2 0, ,00 0, ,24 1,90 2,45 4,30 0, L/2 0, ,29 0, ,85 2,70 2,75 5,10 0, S/2 0, ,66 0, ,56 2,10 2,40 4,40 0, L/2 1, ,42 0, ,72 2,50 2,80 5,10 0, S/2 1, ,25 0, ,22 1,60 1,90 3,70 0, L/2 2, ,50 0, ,45 1,80 2,10 4,55 0, L/2 3, ,60 0, ,2 2,40 2,80 5,20 0, M/2 4, ,80 0, ,3 1,70 2,45 5,20 0, S/2 5, ,9 0, ,3 1,70 2,50 5,40 0, S/20 7, ,7 0, ,5 2,55 3,06 6,25 0,0133 (Hersteller Getriebebau NORD GmbH & Co. KG) Bildungsverlag EINS GmbH 7

8 Die ungebundenen Aufgaben U1 bis U8 des Prüfungsbereichs beziehen sich auf die der vorangestellte Aufgabenbeschreibung. U1 Erklären Sie die Kennzeichnungen LIC und TI der EMSR-Stellen 11 und 21. U2 Geben Sie zu den Elementen eines Regelkreises nach DIN die zugehörigen Elemente der Füllstandsregelung in der Anlage an. Regelkreis DIN Anlage Bildung der Führungsgröße Regler Steller Stellglied Regelstrecke Messeinrichtung Geben Sie zu den Größen eines Regelkreises nach DIN die zugehörigen Größen der Füllstandsregelung in der Anlage an. Regelkreis DIN Anlage w y R y x r 8 Bildungsverlag EINS GmbH

9 U3 Im Technologieschema ist das RI-Fließbild des Prozesses abgebildet. Zeichnen Sie den zugehörigen Wirkungsplan nach DIN. Bildungsverlag EINS GmbH 9

10 U4 a) Nennen Sie drei Kriterien für eine gute Regelung. b) Zur Analyse des Führungs- und des Störverhaltens eines Regelkreises wird das Sprungantwortverfahren eingesetzt. Beschreiben Sie jeweils für das Führungs- und das Störverhalten das Sprungantwortverfahren. 10 Bildungsverlag EINS GmbH

11 U5 Sie führen Messungen zum Führungsverhalten für einen P-, PD-, PI- und PID-Regler durch. Die vom Messschreiber aufgenommenen Diagramme zeigen die Sprungantwort bei einem Sprung der Führungsgröße von 20% auf 80% der maximalen Füllstandshöhe. Ermitteln Sie für jeden Regler die Regeldifferenz e, die Anregelzeit T an und die Überschwingweite x m. Bildungsverlag EINS GmbH 11

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13 U6 Vergleichen Sie anhand der Messergebnisse das Führungsverhalten bei Einsatz eines P-, PD-, PI- und PID-Reglers. U7 Als Antrieb für die Pumpe P1 wurde ein bürstenloser Gleichstrommotor (Motor M2) gewählt. a) Nennen Sie drei Vorteile eines bürstenlosen Gleichstrommotors im Vergleich zu einem mechanischen Stromwender-Bürsten-System. b) Der bürstenlose Gleichstrommotor hat Nebenschlussverhalten. Skizzieren Sie die Drehmoment-/ Drehzahl-Kennlinie und erläutern Sie diese. Bildungsverlag EINS GmbH 13

14 U8 Als Temperaturfühler B2 wird ein Pt100 eingesetzt. Der Pt100 ist mit einem Messumformer verbunden. Der Arbeitsbereich reicht von 0 bis +200 C. Das Ausgangssignal ist ein elektrisches Einheitssignal von 4 bis 20 ma. a) Berechnen Sie den Ausgangsstrom bei einer Temperatur von 60 C. b) Berechnen Sie die Temperatur im Reaktor bei einem Ausgangsstrom von 10 ma. c) Welchen Vorteil hat ein Minimalwert des Ausgangssignals von 4 ma anstatt 0 ma? 14 Bildungsverlag EINS GmbH

15 1 Die Schaltungsbezeichnung eines Drehstromtransformators lautet Dyn5. Welche Aussage ist richtig? 1 Die Oberspannungswicklung ist in Stern geschaltet. 2 Der Sternpunkt ist unterspannungsseitig herausgeführt. 3 Die Unterspannungswicklung ist in Dreieck geschaltet. 4 Der Sternpunkt ist oberspannungsseitig herausgeführt. 5 Der Phasenverschiebungswinkel zwischen Ober- und Unterspannung beträgt 5. 2 Die skizzierte Schaltung wird am 50-Hz-Netz betrieben. Wie hoch ist die Pulsfrequenz der Spannung U d? 1 50 Hz Hz Hz Hz 5 0 Hz 3 Eine Zweipuls-Brückenschaltung soll am 230-V-Netz betrieben werden. Für welche Spitzensperrspannung müssen die Gleichrichterdioden mindestens ausgelegt werden? 1 57,5 V V V V V Bildungsverlag EINS GmbH 15