Описание
Стенд предназначен для проведения лабораторных работ по специальности «Электрические машины».
Конструктивно скамейка состоит из двух частей:
корпус, в котором установлена часть электрооборудования, электронные платы, передняя панель, силовой модуль и столешница встроенного рабочего стола;
сборка машины, в состав которой входит двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель с фазным ротором, один асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, а также оптический датчик скорости с определением направления вращения.
Стенд может быть дополнен электромеханическим агрегатом на базе электродвигателей малой (90 Вт) или большой (0,55 кВт) мощности.
Корпус скамейки содержит:
Преобразователь частоты для формирования переменной частоты трехфазной сети переменного тока и напряжения питания асинхронного двигателя и трехфазных трансформаторов. Преобразователь выполнен на базе микроконтроллера MB90F562 (Fujitsu) и интеллектуального силового модуля PS11033 (Mitsubishi). Контроллер предназначен для расчета входных данных (задание напряжения и частоты) и выходных (ток, напряжение) сигналов, обмена данными с ПК (RS-485) и отображения измеренных значений на лицевой панели стенда. В состав силового модуля входят цепи питания трехфазного мостового выпрямителя, трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах, а также драйверы и схемы защиты (короткое замыкание, недостаточное напряжение питания драйверов, неправильный ввод управляющих сигналов). Преобразователь частоты позволяет пользователю исследовать асинхронный двигатель во всех четырех квадрантах механических характеристик.
Широтно-импульсный преобразователь для цепи якоря и питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока, а также питания роторной цепи трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором в режиме синхронного двигателя и генератора. Широтно-импульсный преобразователь реализован на базе силового элемента преобразователя частоты. Два его плеча используются для получения реверсивного симметричного PWC, а третье плечо используется в качестве необратимого PWC для ротора трехфазного асинхронного двигателя. Питание обмотки реализовано на одном транзисторе International Rectifier MOSFET. Система управления выполнена на базе микроконтроллера AT Mega163 (Atmel) и осуществляет расчет входных (задает напряжение, частоту и ток для динамического торможения) и выходных (токи якоря, возбуждения, ротора) сигналов, обеспечивает обмен данными с ПК ( RS-485), отображение измеренных значений на лицевой панели стенда. ШИМ-преобразователь цепи якоря двигателя постоянного тока дополнен режимом закрытой системы (управление током или скоростью), а также режимом генератора.
Измерительный блок основан на цифровых измерительных приборах. Помимо измерений постоянного тока и напряжения, каждый канал может рассчитывать:
действующее значение переменного тока и напряжения;
сдвиг угла между током и напряжением, а также расчет cos(φ);
активная мощность.
Релейно-контакторное управление, позволяющее пользователю:
переключить схему асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (звезда/треугольник);
изменить номинал нагрузочного резистора в трехфазной цепи;
подключить асинхронные двигатели к сети 3 ~ 380/220 В 50 Гц или преобразователю частоты;
Резисторы в цепи обмотки возбуждения (две ступени);
Нагрузочные резисторы в трехфазной цепи (три ступени);
Резисторы сброса перенапряжения на интеллектуальных модулях.
Преобразователь частоты и широтно-импульсный преобразователь включены для работы внутри сети (режим восстановления) с целью снижения энергопотребления из сети.
Три двухобмоточных трансформатора;
Силовые контакторы релейной подсистемы.
Схемы подключения исследуемых объектов изображены на лицевой панели. Все схемы разделены на группы в соответствии с темой лабораторной работы. На панели размещены коммутационные розетки, индикаторы цифровых устройств, распределительное устройство и органы управления, позволяющие пользователю изменять параметры элементов в ходе лабораторной работы.
Органы управления на передней панели стенда:
задающий потенциометр для управления обратным широтно-импульсным преобразователем опорного сигнала замкнутой системы;
задающие потенциометры широтно-импульсных преобразователей питания обмоток возбуждения двигателя постоянного тока и фазного ротора асинхронного двигателя в режиме синхронной машины;
потенциометры задания преобразователя частоты, позволяющие плавно изменять выходную частоту (0 ÷ 163 Гц) и настройки выходного напряжения (0 ÷ 220 В);
реле управления подсистемой.
Для выполнения лабораторной работы необходимо собрать схему исследуемого объекта, используя стандартизированные перемычки, которые позволяют пользователю собрать схему без потери наглядности.
Лабораторный стенд дополняется программным обеспечением и комплектом методической и технической документации, предназначенными для преподавателей.
Стенд обеспечивает проведение следующих лабораторных работ:
1. Исследование двухобмоточного силового трансформатора методами холостого хода и короткого замыкания.
Исследование однофазного трансформатора в различных режимах, определение параметров схемы замещения и оценка внешних характеристик трансформатора.
2. Экспериментальное определение групп соединения трехфазного двухобмоточного трансформатора.
Исследование векторных диаграмм напряжения для различных схем подключения и экспериментальное определение группы подключения трехфазного трансформатора.
3. Исследование трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Исследование конструкции и характеристика трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором методами холостого хода, короткого замыкания и немедленной нагрузки.
4. Исследование способов запуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Исследование пусковой способности трехфазных асинхронных двигателей, сборка схем и определение статических и динамических характеристик пуска двигателей.
5. Исследование генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
Исследование принципа работы и характеристика генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
6. Исследование генератора постоянного тока с раздельным возбуждением.
Исследование принципа работы и характеристика генератора постоянного тока с раздельным возбуждением.
Исследование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
Исследование принципа действия и характеристика двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
Технические характеристики измерительной системы:
Количество отображаемых на стенде параметров 15 шт. (12 показателей)
Вольтметры 4 шт.
Амперметры 6 шт.
Фазометры 1 шт.
Измерители скорости 1 шт.
Ваттметры 2 шт.
Частотомеры 1 шт.
Диапазон измеряемого напряжения от ±1 В до ±750 В.
Диапазон измеряемого тока от ±1 мА до ±5 А
Диапазон измерения скорости от ±1 рад/с до ±314 рад/с.
Диапазон измеряемой частоты от 0 Гц до 163 Гц
Точность измерения, до 1%
Технические характеристики широтно-импульсного преобразователя:
Номинальный ток ±5 А
Напряжение звена постоянного тока 300 В
Частота преобразователя 8 кГц
Перегрузка по току ±7 А
Технические характеристики преобразователя частоты:
Мощность двигателя: 0,4 кВт / 1,5 кВт
Номинальный ток: 7 А
Рабочий диапазон выходного напряжения 3~ 220 В
Метод управления: синусоидальный ШИМ (управление U/f, независимое)
Диапазон регулирования частоты: от 0 до 163 Гц
Разрешение по частоте: 0,3 Гц
Запас по перегрузке: 150 % номинального выходного тока в течение 1 минуты (интегральная зависимость)
Комплектация оборудования «Электрические машины»:
лабораторный стенд «Электрические машины»;
один станок в сборе;
набор перемычек;
кабель АМ-БМ USB 2.0;
CD-R с сопроводительной документацией и программным обеспечением.
