Стенд "Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ" НТЦ-07.25
Стенд "Основы электропривода и преобразовательной техники с МПСУ" НТЦ-07.25 предназначен для изучения автоматизированного электропривода, силовой преобразовательной техники, систем управления электроприводами и систем автоматического управления.
Конструктивно стенд состоит из двух частей:
- корпуса, в который установлено электрооборудование, электронные платы, лицевая панель и столешница интегрированного рабочего стола;
- машинного агрегата, в состав которого входит один электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения, один асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, оптический датчик скорости с определением направления вращения, маховик для создания инерционного момента.
В корпусе стенда размещены:
- Частотный преобразователь, предназначенный для формирования трехфазной сети переменного тока регулируемой частоты и напряжения питания асинхронного электродвигателя. Преобразователь построен на базе микроконтроллера MB90F562 (Fujitsu) и силового интеллектуального модуля PS11033 (Mitsubishi). Контроллер служит для обсчетов входных (задания напряжения, частоты и тока динамического торможения) и выходных (ток, напряжение) сигналов преобразователя, организации обмена данных с ПК, вывода измеряемых величин на лицевую панель стенда. Силовой модуль включает в себя силовые цепи трехфазного мостового выпрямителя, трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах, а также цепи драйверов и защиты от токов короткого замыкания, недостаточного напряжения питания драйверов, неправильной подачи сигналов управления. Преобразователь частоты позволяет исследовать асинхронный электродвигатель во всех четырех квадрантах механической характеристики, а также реализовать динамическое торможение двигателя с регулируемым током.
- Два широтно-импульсных преобразователя, предназначенные для питания цепи якоря, обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока, активной или активно – индуктивной нагрузок. Широтно-импульсные преобразователи реализованы на элементной базе частотного преобразователя. Два его плеча используются для получения реверсивного ШИП, а оставшееся плечо используется в качестве нереверсивного ШИП для питания обмотки возбуждения ДПТ. Реверсивный ШИП может работать в симметричном (поочередное диагональное включение) или несимметричном (диагональное включение одной пары транзисторов) режимах.
- Трехфазный управляемый выпрямитель, предназначенный для исследования работы на активную, индуктивную и двигательную нагрузку. Выпрямитель построен на базе микроконтроллера ATMega163 (Atmel) и силовых тиристоров Т122-25. Управляемый выпрямитель имеет два режима работы:
- трехфазный с управлением от микроконтроллера;
- однофазный с аналоговой системой импульсно-фазового регулирования.
- Модуль измерений, построенный на базе цифровых измерительных приборов и предназначенный для измерения и отображения тока в обмотке возбуждения двигателя постоянного тока, а также измерения напряжения и тока на выходе частотного преобразователя.
- Релейно-контакторное управление, которое позволяет выполнять:
- реостатный пуск электродвигателя постоянного тока в три ступени в функции тока, ЭДС, скорости или времени;
- динамическое торможение электродвигателя постоянного тока;
- торможение электродвигателя постоянного тока противовключением;
- динамическое торможение асинхронного электродвигателя и торможение противовключением.
Микропроцессорное управление блоком релейно-контакторного управления позволяет:
- измерять ток, напряжение и скорость ДПТ и запоминать их с интервалом 0,1 секунды в течение 10 секунд (всего 100 значений) после начала пуска/торможения. Это позволяет строить графики пуска/торможения без использования ПК;
- выдавать аналоговые сигналы пропорциональные току и скорости ДПТ; исследовать систему сервопривода на базе двигателя постоянного тока. Измерение скорости происходит по сигналам импульсного датчика положения (360 импульсов на оборот).
- Аналоговые регуляторы предназначены для исследования:
- замкнутой одноконтурной системы стабилизации тока электродвигателя постоянного тока;
- замкнутой одноконтурной системы стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока с регулятором скорости;
- замкнутой двухконтурной системы стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока с регуляторами скорости и тока.
- Резисторы в цепь якоря (три ступени).
- Резистор динамического торможения электродвигателя постоянного тока.
- Силовые пускатели релейной подсистемы.
- Сбросовые резисторы энергии при перенапряжении на интеллектуальных модулях.
На лицевой панели стенда изображены электрические схемы объектов исследования. Все схемы, изображенные на панели, разбиты на группы в соответствии с тематикой проводимых лабораторных работ. На панели установлены коммутационные гнёзда, индикаторы цифровых приборов, коммутационная аппаратура, а также органы управления, позволяющие изменять параметры элементов при проведении лабораторной работы. Также на лицевую панель стенда выведены контрольные точки входных, промежуточных и выходных сигналов силовой преобразовательной техники.
Контрольные точки:
- сигнал задания реверсивного широтно-импульсного преобразователя;
- управляющие сигналы с микроконтроллера на драйверы интеллектуального модуля всех ключей реверсивного широтно-импульсного преобразователя;
- напряжение и ток на выходе реверсивного широтно-импульсного преобразователя;
- ток на выходе частотного преобразователя;
- управляющие сигналы с микроконтроллера на драйверы интеллектуального модуля частотного преобразователя;
- сигналы импульсно-фазового регулирования тиристорного выпрямителя;
- управляющие сигналы с микроконтроллера на тиристоры;
- напряжение и ток на выходе тиристорного выпрямителя;
- сигналы в замкнутой системе подчиненного регулирования.
Органы управления на лицевой панели стенда:
- задающий потенциометр для управления реверсивным широтно-импульсным преобразователем, тумблер режима работы преобразователя (независимый/симметричный);
- задающий потенциометр широтно-импульсного преобразователя для питания обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока (0 ÷ 500 мА);
- задающие потенциометры частотного преобразователя, позволяющие плавно менять задание выходной частоты (0 ÷ 89 Гц), выходное напряжение (0 ÷ 220 В), ток динамического торможения асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (0 ÷ 5 А);
- задающие потенциометры сигнала задания замкнутой системы, регулировки коэффициентов обратной связи по току и по скорости;
- задающий потенциометр угла открытия тиристорго регулятора, тумблер режима работы регулятора (трехфазный цифровой/ однофазный аналоговый);
- органы управления секундомером и тремя ступенями пуска;
- органы управления релейной подсистемой.
Для проведения лабораторной работы необходимо собрать схему объекта исследования с помощью унифицированных перемычек, которые позволяют представить схему в наглядном виде.
Проведение лабораторных работ возможно как в ручном режиме, так и в режиме диалога с персональным компьютером.
К стенду прилагается:
- комплект методической и технической документации, предназначенный для преподавательского состава;
- программное обеспечение, которое позволяет:
- повторять основные теоретические положения, исследуемые в лабораторной работе;
- проверять знания учащихся перед выполнением лабораторной работы (знание аппаратной части, пошаговый контроль понимания выбора схемы проведения эксперимента и средств измерений для реализации конкретных учебных целей);
- выполнять лабораторные работы с отображением измеряемых величин на мониторе компьютера;
- производить в реальном времени математические вычисления и построение графиков на основе проведенных измерений;
- сохранять полученные данные и работать с ними уже при выключенном стенде;
- экспортировать полученные данные (графики, осциллограммы, расчетные данные) в офисные программы для удобства последующего составления отчета.
| Электропитание: | 3~50 Гц 220/127 В 3P+PE+N (от понижающего трансформатора 380/220 В) |
| Потребляемая мощность: | не более 0,5 кВт |
| Габаритные размеры стенда: | ширина, не более, 1310 мм глубина, не более, 600 мм высота, не более, 1460 мм |
| Габаритные размеры машинного агрегата: | длина, не более, 400 мм ширина, не более, 150 мм высота, не более, 180 мм |
| Вес стенда: | не более 85 кг |
| Габаритные размеры настольной версии стенда: | ширина, не более, 1310 мм высота, не более, 680 мм глубина, не более, 450 мм |
| Габаритные размеры машинного агрегата: | длина, не более, 400 мм ширина, не более, 150 мм высота, не более, 180 мм |
| Вес стенда: | не более 50 кг |
| Технические характеристики системы измерений | |
| Количество отображаемых параметров на стенде: | 11 шт. |
| вольтметров: | 2 шт. |
| амперметров: | 3 шт. |
| частотомеров: | 1 шт. |
| измерителей скорости: | 1 шт. |
| скважность преобразователей: | 2 шт. |
| угол управления тиристорным регулятором: | 1 шт. |
| многофункциональное меню управления релейно-контакторной группой: | 1 шт. |
| Диапазон измеряемых напряжений: | от ±0,1 В до ±750 В |
| Диапазон измеряемых токов: | от ±500 мкА до ±10 А |
| Диапазон измеряемых скоростей: | от ±1 рад/с до ±314 рад/с |
| Диапазон измеряемых частот: | от 0 Гц до 89 Гц |
| Диапазон измеряемых временных интервалов: | от 0,1 с до 9,9 с |
| Диапазон регулирования скважности широтно-импульсных преобразователей: | от 1 до 99 % |
| Точность измерений до: | 1% |
| Технические характеристики ШИП | |
| Номинальный ток: | ±3 А |
| Напряжение звена постоянного тока: | 300 В |
| Частота преобразователя: | 8 кГц |
| Перегрузка по току: | ±5 А |
| Технические характеристики частотного преобразователя | |
| Мощность двигателя: | 400 Вт |
| Номинальный ток: | 3 А |
| Рабочий диапазон выходных напряжений: | 3~ 220 В |
| Метод управления: | синусоидальная ШИМ (управление U/f, независимое) |
| Диапазон управления по частоте: | от 0 до 89 Гц |
| Разрешающая способность по частоте: | 1 Гц |
| Запас по перегрузке: | 150% от номин. выходного тока в течение 1 минуты (интегральная зависимость) |
Комплектность
- учебный лабораторный стенд – 1 шт.;
- сопроводительные материалы в электронном виде – 1 шт.;
- паспорт – 1 шт.;
- комплект перемычек – 1 компл.;
- кабель AM-BM USB 2.0 – 1 шт.
Перечень выполняемых работ
- «Исследование статических МХ и ЭМХ двигателя постоянного тока с независимым возбуждением»
Снятие естественных и искусственных статических характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением в трёх квадрантах. - «Исследование статических МХ и ЭМХ асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором»
Снятие естественных и искусственных статических характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором в трёх квадрантах. - «Исследование аналоговой системы импульсно-фазового управления однофазного УВ»
Исследование схемы и принципа формирования управляющих сигналов в СИФУ вертикального действия. - «Исследование однофазного управляемого выпрямителя»
Исследование работы однофазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную нагрузки и противо-ЭДС. - «Исследование трехфазного управляемого выпрямителя»
Исследование работы трёхфазного управляемого выпрямителя на активную, активно-индуктивную нагрузки и противо-ЭДС. - «Исследование трехфазного широтно-импульсного преобразователя»
Исследование схемы и принципа работы широтно-импульсного преобразователя на IGBT-транзисторах. - «Исследование трехфазного инвертора напряжения»
Исследование схемы и принципа работы автономного инвертора напряжения на IGBT-транзисторах. - «Экспериментальное определение момента инерции электромашинного агрегата методом свободного выбега»
Экспериментальное определение момента инерции электромашинного агрегата методом свободного выбега. - «Исследование статических характеристик ДПТ НВ в тормозных режимах работы»
Снятие статических характеристик динамического торможения, генераторного режима и режима противовключения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. - «Способы торможения ДПТ НВ»
Исследование динамического торможения и торможения противовключением двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. - «Исследование реостатного пуска ДПТ НВ»
Исследование реостатного пуска в функции времени, ЭДС, скорости и тока якоря двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. - «Исследование процессов пуска ДПТ НВ»
Исследование влияния напряжения якоря и потока возбуждения на процесс пуска двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. - «Исследование процессов пуска АД КЗ»
Исследование влияния частоты и напряжения статора на процесс пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. - «Исследование способов торможения АД КЗ»
Исследование динамического торможения и торможения противовключением асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. - «Исследование статических МХ АД КЗ в тормозных режимах»
Снятие статических характеристик динамического торможения, генераторного режима и режима противовключения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. - «Исследование контура регулирования тока в системе ШИП-ДПТ»
Расчёт регуляторов и исследование статических характеристик системы автоматического регулирования тока при различных коэффициентах обратной связи по току. - «Исследование контура регулирования скорости в системе ШИП-ДПТ»
Расчёт регуляторов и исследование статических характеристик системы автоматического регулирования скорости при различных коэффициентах обратной связи по скорости. - «Исследование замкнутой системы подчиненного регулирования ШИП-ДПТ»
Исследование статических характеристик системы подчинённого регулирования при пропорциональном и пропорционально-интегральном регуляторах скорости. - «Исследование системы позиционного регулирования в системе ШИП-ДПТ.
Исследование системы позиционного регулирования. Исследование принципа формирования квадратурного сигнала импульсного датчика положения.
Дополнительное оборудование
Необходимое дополнительное оборудование:
- Персональный компьютер или ноутбук
- Трехфазный трансформатор ТСЗМ1-1,6
- Осциллограф
Рекомендуемое дополнительное оборудование:
- Цифровой мультиметр
