GRAAD 11 NOVEMBER 2014 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE

Transcriptie

1 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 11 NOVEMBER 014 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE PUNTE: 00 TYD: 3 uur *IELCTDM* Hierdie vraestel bestaan uit 9 bladsye insluitend ʼn formuleblad.

2 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014) INSTRUKSIES EN INLIGTING 1. Beantwoord AL die vrae.. Sketse en diagramme moet groot, netjies en van volledige byskrifte voorsien wees. 3. ALLE berekeninge moet getoon word en korrek tot TWEE desimale. 4. Nommer die antwoorde korrek volgens die nommeringstelsel wat in hierdie vraestel gebruik is. 5. ʼn Nieprogrammeerbare sakrekenaar mag gebruik word. 6. 'n Formuleblad word aan die einde van die vraestel voorsien.

3 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 3 VRAAG 1: BEROEPSVEILIGHEID EN GESONDHEID, GEREEDSKAP EN MEETINSTRUMENTE 1.1 ʼn Werkgewer is verantwoordelik om ʼn veilige werkomgewing in ʼn elektriese werkswinkel te voorsien. Gee DRIE voorbeelde wat die werkgewer moet voorsien om sy verantwoordelikheid na te kom. (3) 1. Ossilloskope word normaalweg gebruik om WS en GS spanning te meet en golfvorms te ondersoek. Bespreek die prosedure wat gebruik kan word om GS stroom met ʼn ossilloskoop te meet. (5) 1.3 Waarom is dit nodig om ʼn isolasie toets-instrument te gebruik wanneer isolasie-weerstand getoets word? () [10] VRAAG : ENKELFASE WS-OPWEKKING ENKELFASE TRANSFORMATORS.1 Wat is die verskil tussen WS en GS? (). Beskryf met behulp van ʼn volledige genoteerde skets, hoe ʼn EMK in ʼn geleierlus wat deur ʼn twee-pool magnetiese veld roteer, geïnduseer word. (7).3 ʼn Spoel van 100 draaie en ʼn area van 0,01 m, roteer teen 100 opm, in ʼn eenvormige magneetveld van 0,4 T. Bereken:.3.1 Die frekwensie (3).3. Die periode (3).3.3 Die maksimum waarde van die opgewekte EMK (3).3.4 Die WGK waarde van die opgewekte EMK (3).3.5 Die oombliklike waarde van die opgewekte EMK, 40 grade na sy maksimum geïnduseerde waarde (3).4 Met verwysing na WS kragopwekkers, beantwoord die volgende vrae:.4.1 Hoe word die opgewekte EMK deur die oppervlakte van die spoel beïnvloed? ().4. Hoe kan die aantal poolpare die frekwensie van die opgewekte EMK beïnvloed? ().4.3 Hoekom is dit nodig om die kern wat in kragopwekkers gebruik word, te lamineer? ().5 Beskryf die werking van ʼn basiese transformator. (6)

4 4 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014).6 ʼn Sekere landelike huisgesin gebruik 10 sestig Watt, 0 Volt gloeilampe, kombuistoestelle wat, kw teen 0 Volt gebruik, en ʼn warmwatertoestel wat 8 Ampère op enige gegewe tyd trek. Die ESKOM toevoer is 11 kv. Bereken:.6.1 Die totale stroom wat gebruik word wanneer al die ligte, kombuistoestelle en die warmwatertoestel aangeskakel is. (8).6. Die VA-aanslag van die transformator wat gebruik moet word om die toevoer te voorsien. (3).6.3 Die draaiverhouding van die transformator. (3) [50] VRAAG 3: ENKELFASE-MOTORS EN BESKERMINGSTOESTELLE 3.1 Noem die DRIE hoofonderdele van ʼn enkelfase-induksiemotor. (3) 3. Teken ʼn netjiese, volle benoemde kringdiagram van ʼn enkelfasige kapasitoraansit kapasitor-loop induksiemotor. (5) 3.3 Beskryf hoe ʼn roterende magneetveld in ʼn splitfase-motor verkry word. (4) 3.4 Noem DRIE gevolge wanneer elektriese masjinerie te veel stroom trek. (3) 3.5 Verduidelik die werking van die nul-volt-spoel in ʼn elektriese motoraansitter. (4) 3.6 Teken ʼn netjiese, volle benoemde kringdiagram van ʼn direk-op-lyn aansitter vir ʼn enkelfase-induksiemotor. (6) 3.7 Voordat ʼn enkelfase-motor in diens geneem word, is dit nodig dat verskeie elektriese toetse gedoen moet word. ʼn Kontinuïteit-toets en ʼn isolasie-toets. Die isolasie-toets bestaan uit twee operasies Wat is die doel van die kontinuïteit-toets? (1) 3.7. Noem die TWEE operasies wat by die isolasie-toets betrokke is. () Noem die toetsinstrument wat vir die isolasie-toets gebruik moet word. (1) Watter lesings is aanvaarbaar? (1) [30]

5 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 5 VRAAG 4: HALFGELEIERTOESTELLE, KRAGBRONNE, EN VERSTERKERS 4.1 Beskryf wat by voorspanning en teenvoorspanning met verwysing na ʼn diode bedoel word. (4) 4. Noem DRIE praktiese gebruike van tiristors. (3) 4.3 Beskryf, met behulp van ʼn kringdiagram, die werking van ʼn SBG. Gebruik die twee transistor analogie. (6) 4.4 Hoe word ʼn TRIAK en ʼn DIAK aangeskakel? () 4.5 Met verwysing na ʼn lampverdoofkring, wat is die NADEEL wanneer die helderheid van die lamp deur ʼn serieverstelbare weerstand beheer word? () 4.6 Teken ʼn benoemde blokdiagram van ʼn ongereguleerde GS kragbron. (3) 4.7 Teken ʼn volle benoemde kringdiagram van ʼn serie-reguleerder wat ʼn transistor gebruik. (5) 4.8 Waarom word groot waarde kapasitors gebruik om die rimpeleffek in GS kragbronne uit te filter, eerder as π filters? () Met verwysing na die transistor-laslyn, wat word met die Q-punt bedoel? (3) 4.9. Hoe word die uitset van ʼn transistor beïnvloed wanneer die transistor as ʼn Klas B versterker voorgespan word? (1) Waar word Klas B versterker gebruik? () 4.10 Transistor versterkerkringe word in een van drie konfigurasies gekoppel, naamlik, gemeenskaplike-basis, gemeenskaplike kollektor en gemeenskaplike emittor. Gee EEN kenmerk van elke verbinding. (3)

6 6 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014) 4.11 FIGUUR 4.10 Teken ʼn netjiese GS laslyn vir die kring in FIGUUR Wys alle berekeninge. (7) 4.1 Noem DRIE voordele van negatiewe terugvoer. (3) 4.13 Wat word bedoel met termiese weghol met verwysing na gemeenskaplike emittor transistor versterkers, en hoe kan termiese weghol voorkom word? (4) [50]

7 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 7 VRAAG 5: RLC SERIE STROOMBANE Hoe word die reaktansie van ʼn kapasitor beïnvloed deur 'n afname in die frekwensie? (1) 5.1. Hoe word die reaktansie van ʼn induktor beïnvloed deur ʼn afname in die frekwensie? (1) Definieer die term impedansie. () Noem TWEE kenmerke van ʼn RLC-kring by resonansie. () 5. ʼn Serie WS-kring bestaan uit ʼn 11 Ω weerstand, ʼn 100 mh induktor, en ʼn 47μF kapasitor. Die kring is oor ʼn 0 V, 50 Hz toevoer gekoppel. Bereken: 5..1 Die impedansie van die kring. (9) 5.. Sal hierdie kring ʼn voorlopende, of nalopende arbeidsfaktor hê? (1) 5..3 Op watter frekwensie sal hierdie kring resoneer? (4) [0] VRAAG 6: LOGIKA 6.1 Skep ʼn OF-hek deur NEN hekke te gebruik. Maak gebruik van jou kennis van logika en Boole uitdrukkings. (5) 6. Dit word van jou verwag om ʼn half-sommeerder te ontwerp Skryf die waarheidstabel vir ʼn half-sommeerder neer. () 6.. Gebruik die waarheidstabel van ʼn half-sommeerder om ʼn som-vanproduk uitdrukking van die uitsette te bepaal. () 6..3 Gebruik NEN-hekke, EN-hekke en OF-hekke in jou ontwerp. (5) 6.3 Bewys dat die volgende uitdrukking waar is: (6) [0]

8 8 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014) VRAAG 7: KOMMUNIKASIE 7.1 Dui aan of die volgende verklarings WAAR of ONWAAR is ʼn Enkel herhalerstelsel het twee aparte frekwensies nodig. (1) 7.1. Die ontvanger van ʼn herhaler is tot die uitsaai-frekwensie van die mobiele radio s ingestel. (1) Die sender van ʼn herhaler saai op die ontvangsfrekwensie van die mobiele radio s uit. (1) Die golflengte van ʼn elektromagnetiese sein is die spoed van lig, vermenigvuldig met die frekwensie van die sein. (1) Die wins van ʼn antenna word deur die uitstraling van die antenna bepaal. (1) Radiovoortplanting is die term wat gebruik word om die gedrag van radiogolwe wat uitgesaai word te verduidelik. (1) 7. In beide AM- en FM-ontvangers, word mengers en IF-versterkers gebruik Verduidelik die funksie van die menger in beide tipes van ontvangers. (8) 7.. Verduidelik die funksie van die IF-versterker. () 7.3 ʼn AM-ontvanger maak gebruik van ʼn detektor. ʼn FM-ontvanger gebruik ʼn diskriminator. Vergelyk die twee vorme van demodulasie. (4) [0] TOTAAL: 00

9 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 9 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE GRAAD 11 FORMULEBLAD Rs R1 R R3... Rn V I R V R I V I R P V I P I R P V R R R (1 t) t o o l R a R C R L d a 4 Pf = Cos θ V Vcc RB V B X X Z I V Z Z L C E E E E e EmSin F Em rms ave wgk gem FL 1 FC R I V 1 FR LC Vout Gain Vin Vuit Wins Vin Vcc Ic Rc Ns Vs Ip Np Vp Is S Vp Ip Em 0,637 Em 0,707 Em ),637 R ( X R L ( I ( V X X L X L C I ) V A. B A B 1 T F V V Div Div Vz Iz Z P V. I. Cos P V V S O CE VI V V Zener I V V O basis X C X C ) )

10 NASIONALE SENIOR SERTIFIKAAT GRAAD 11 NOVEMBER 014 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE MEMORANDUM PUNTE: 00 Hierdie memorandum bestaan uit 9 bladsye.

11 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014) VRAAG 1: BEROEPSVEILIGHEID EN GESONDHEID, GEREEDSKAP EN MEETINSTRUMENTE 1.1 Verskaf en onderhou werkstelsels, installasies en masjinerie wat veilig is en sonder gesondheidsrisiko s is. Neem stappe om enige gevaar of moontlike toeval wat die veiligheid en gesondheid van werknemers kan bedreig te elimineer of te verminder. Reëlings te maak om die veiligheid en afwesigheid van gevare vir die gesondheid van werknemers met betrekking tot die produksie, ontwikkeling, gebruik, hantering, verberging of vervoer van onderdele of stowwe te verseker. Verskaf opleiding en toesig wat nodig mag wees om die gesondheid en veiligheid van werknemers te verseker. Om te verseker dat werk wat voltooi is en installasies en masjinerie gebruik word onder die algemene toesig van ʼn persoon wat die nodige opleiding het wat die gevare wat daarmee saam loop verstaan en gesag het om te verseker dat voorsorgmaatreëls wat voorsien is deur die werkgewer geïmplementeer. (Enige 3 x 1) (3) 1. Skakel die ossilloskoop vir GS Bepaal die weerstand (kleurkode) Meet spanning Gebruik Ohm se wet om stroom te bereken (5) 1.3 ʼn Isolasiemeter gebruik +/- 500 V wanneer isolasie gemeet word en daar is ʼn groter kans dat die isolasie sal afbreek teen die hoër spanning. () [10] VRAAG : ENKELFASE WS-OPWEKKING ENKELFASE TRANSFORMATORS.1 GS elektrisiteit vloei alleenlik in een rigting, terwyl WS rigting teen ʼn konstante tempo verwissel. (). Sodra die lus roteer, word ʼn sinusoidal EMK in die lus geïnduseer. Die grootte van die EMK by enige gegewe hoek volg e = E max sinθ. (7) f = rpm / sec = 1 00/60 = 0 Hz (3).3. T = 1/f = 1/0 = 0,05 s (3)

12 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE EMK = πbannsinθ = π x 0,4 x 0,01 x 0 x 100 x sin 90º = 50,3 V (3).3.4 E WGS = E max x 0,707 = 50,3 x 0,707 = 35,53 V (3).3.5 e = E max sin(90º + 40º). = 50,3 x sin130º = 38,5 V (3) Hoe groter die area, hoe langer die geleier wat in die magneetveld roteer, en dus hoe groter die geïnduseerde EMK. ().4. Sodra meer pool pare by gesit word vir elke omwenteling, sal meer siklusse opgewek word wat die frekwensie sal verhoog. ().4.3 Gelamineerde kerns verminder werwelstrome wat in die kern geïnduseer word, en daarom word die spoel meer doeltreffend. ().5 ʼn Transformator bestaan uit twee spoele, ʼn primêre en ʼn sekondêre, en ʼn kern waarop die spoele gedraai is. Die twee spoele is glad nie elektries gekoppel nie. Die basiese werking van die transformator is op wedersydse induksie gebaseer. ʼn WS-spanning word oor die primêre spoel aangewend. ʼn Magnetiese veld bou op en breek af in die primêre spoel. Hierdie verandering in die magnetiese veld in die primêre spoel sny die windings van die sekondêre spoel sodat ʼn wisselende spanning oor die sekondêre spoel geïnduseer word. Hierdie geïnduseerde sekondêre spanning kan meer of minder as die toevoerspanning wees. (Enige 6 van 7 punte) (6) Lampe: 10 x 60 = 600 W I = P/V = 600/0 =,73 A Toestelle: I = P/V = 00/0 = 10 A Geyser = 8 A Totaal I =, = 0,73 (8).6. VA = Volts x Amps = 0 x 0,73 = 4,56 kva. (3).6.3 Draaiverhouding = Vp / Vs = /0 = 50 : 1 (3) [50]

13 4 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014) VRAAG 3: ENKELFASE-MOTORS EN BESKERMINGSTOESTELLE 3.1 Rotor, Stator, Eindplaat (of statorwindings) (3) Die motor het twee windings. Die aansitwinding is van ʼn kleiner dikte en minder draaie relatief tot die hoofwinding om meer weerstand te skep. met die gevolg dat die aansitwinding se magneetveld ʼn ander hoek het as die loopwinding, wat ʼn roterende magneetveld veroorsaak. (4) 3.4 Oorlas, kortsluiting en aard-fout (3) 3.5 Wanneer stroom deur die NSS vloei, word dit bekrag (ge-energiseerd) wat ʼn hulpkontak sluit (aanhoukring). Wanneer die krag onderbreek word, stop die stroomvloei, die hulpkontak gaan oop en die aanhoukring sluit oop. NSS moet dan met die hand bekrag word. (4) 3.6 (5) Nie nodig om die motor in te sluit nie, Een punt per byskrif, tot 6 punte (6) Die doel van die kontinuïteit-toets is om die weerstand van die windings te toets. (1) 3.7. Isolasie-toets tussen geleiers. Isolasie-toets tussen geleiers en aarde. () Isolasie-toetser of megger (1) MΩ of groter (1) [30]

14 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 5 VRAAG 4: HALF-GELEIRS, KRAGBRONNE EN VERSTERKERS op anode en - op katode = voorspanning - op anode en + op katode = teenvoorspanning (4) 4. Spoedbeheer, temperatuurbeheer, spanningsvlak beheer, ligdemper-kringe, batterylaaiers, omkeerders, wys kragbronne. (Enige 3) (3) op anode, - op katode + puls op g skakel TR aan wat veroorsaak dat kollektor van TR negatief word. Dit skakel TR1 aan, sy kollektor gaan positief wat TR aanhou alhoewel die + puls van die hek verwyder is. Stroom sal aanhou vloei totdat die toevoer tussen die anode en katode verwyder word of die stroom onder die aanhou stroom daal. (6) 4.4 Die TRIAK word aangeskakel met ʼn puls op die hek waar die DIAK aangeskakel word wanneer die spanning die meevoorspanning en deurbreek spanning oorskry. () 4.5 Die nadeel van die kring is dat die stroom (waarvoor betaal word) aanhou vloei en ongewensde hitte word oor die resistor geskep. () 4.6 WS INSET UITSET TRANS- FORMATOR GELYKRIGTER FILTER (3) Induktors is groot en duur waar elektrolitiese kapasitor van ʼn goeie grootte (1μF per ma) meer geskik is. () Die Q-punt op die laslyn is die punt waar GS voor spanning aan die transistor verskaf word om te verseker dat dit werk afhangende van die klas van die transistor versterker. (3) 4.9. Helfte van die sein word versterk. (1) Gebalanseerde versterkers (oudiokrag versterkers), RF krag versterkers. () (5)

15 6 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014) 4.10 Gemeenskaplike versterkers: Klein inset impedansie Hoog uitset impedansie Hoë spanningswins Enige 1 Klein stroomwins Minimale kragwins Fase verskil tussen ineen uitset is 0º Gemeenskaplike kollektor: Hoë inset impedansie Lae uitset impedansie Min krag spanningswins Enige 1 Hoë stroomwins Minimale kragwins Fase verskil tussen in en uitset is 0º Gemeenskaplike emitter Gemiddelde inset impedansie Hoë uitset impedansie Hoë spanningwins Enige 1 Hoë stroomwins Baie hoe kragwins Fase verskil tussen in en uitset is180º (3) 4.11 V CC = 1 V I C = V CC /R C = 1/1, = 10 ma I C (ma) V CC (V) (7) 4.1 Verminder geraas en distorsie by die uitset. Kan vir ʼn spesifieke wins ontwerp word. Spanningswins word gestabiliseer. Bandbreedte verhoog. (Enige 3 x 1) (3) 4.13 Wanneer stroom deur ʼn transistor vloei kan dit oorverhit word as te veel stroom toegelaat word om te vloei. ʼn Resistor is in serie gekoppel met die emittor om die stroom vloei te beperk. (4) [50]

16 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 7 VRAAG 5: RLC SERIE STROOMBANE Toename in reaktansie (1) 5.1. Afname in reaktansie (1) Impedansie is die totale opposisie teen die vloei van stroom in ʼn WS stroombaan. () X L = X C Z = Minimum Arbeidsfaktor = 1 Fasehoek = 0 I = maksimum (Enige ) () X L = πfl =π x 50 x 0,1 =31,4 Ω XC = 1 πfc = 1 π x 50 x 47x10-6 = 67,75 Ω Z = R + (X C X L ) = 11 + (67,75 31,4) = Ω (9) 5.. Voorlopend (1) 5..3 fr = 1 π LC = 1 π 0,1 x 47 x 10-6 = 73,41 Hz (4) [0]

17 8 ELEKTRIESE TEGNOLOGIE (NOVEMBER 014) VRAAG 6: LOGIKA 6.1 A + B = X A + B = X A. B = X A B & & A B & A. B (5) A B Σ Oordra = = = = 0 1 () 6.. SOP AB + AB = Σ AB = Oordra () 6..3 A B A B & & AB & 1 AB + AB Σ & AB & AB OORDRA (5) 6.3 A.B + A.B = (A.B).(A.B) = (A+B).(A+B) = (A+B).(A+B) = AA + AB + BA + BB = AB + AB LHS = RHS (6) [0]

18 (NOVEMBER 014) ELEKTRIESE TEGNOLOGIE 9 VRAAG 7: KOMMUNIKASIE WAAR (1) 7.1. WAAR (1) WAAR (1) ONWAAR (1) WAAR (1) WAAR (1) Die frekwensies van beide die RF versterker en die plaaslike ossillator word binne die menger ingevoer. Die resultaat van die menging is dat vier frekwensies verkry word naamlik die twee insetseine, die som van die twee, en die verskil tussen die twee. Die verskil tussen die twee word na die IF versterker gely. Heterodyning (8) 7.. Die IF versterker versterk eenvoudig die IF sein wat ontvang word van die menger. () 7.3 ʼn Detektor is eenvoudig ʼn kring waar die helfte van die AM-sein gelykrig word en die RF verwyder word, sodat net die audio oorbly. ʼn Diskriminator vergelyk die FM sein met ʼn verwysings sein en die verskil tussen die twee seine is die oorspronklike audio-sein. (4) [0] TOTAAL: 00