SMTE451 Стенд для лабораторных работ по курсу «Электрические машины». Оборудование электротехнической лаборатории. Учебное оборудование.Мы объединяем функции двух верстаков.
Описание
Лабораторный верстак предназначен для лабораторных работ по изучению электрических машин в университетах и специализированных учебных заведениях.
Конструкция верстака состоит из корпуса со следующим установленным оборудованием: электрооборудование, электронные платы, передняя панель и встроенная столешница.
Внутри корпуса размещено следующее оборудование:
выпрямительная плата;
модуль нагрузочных резисторов;
трехфазный лабораторный трансформатор;
трехфазный исследуемый трансформатор.
Электрические схемы исследуемых объектов показаны на передней панели. Все показанные схемы разделены на группы в соответствии с тематикой проводимой лабораторной работы. На передней панели установлены: коммутационные розетки, аналоговые панельные измерители, коммутационное оборудование и контроллеры, позволяющие изменять параметры элементов во время проведения лабораторной работы.
Контроллеры:
трехфазный лабораторный автотрансформатор (ЛАТ), позволяющий изменять напряжение в диапазоне 0–20 В с шагом 2 В и 130–250 В с шагом 30 В;
Однофазные лабораторные автотрансформаторы (ЛАТ), позволяющие изменять напряжение в диапазоне 50–110 В с шагом 10 В;
модульные нагрузочные резисторы, позволяющие подключать резисторы различного сопротивления.
На панели стенда установлены следующие электрические машины:
асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором – 1 шт.;
двигатели постоянного тока с раздельным возбуждением – 2 шт.;
тахогенератор с возбуждением постоянными магнитами;
бесконтактные сельсины.
Для проведения лабораторных работ необходимо собрать схему исследуемого объекта с помощью унифицированных перемычек, позволяющих собирать схемы без потери их наглядности.
Стенд предназначен для проведения лабораторных работ по теме «Электрические машины».
Конструктивно стенд состоит из двух частей:
корпуса, в котором установлены часть электрооборудования, электронные платы, передняя панель, силовой модуль и столешница интегрированного рабочего стола;
Сборочный узел, включающий двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель с обмоточным ротором, один асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, а также оптический датчик скорости с определением направления вращения.
Стенд может быть дополнен электромеханическим блоком на основе электродвигателей малой (90 Вт) или большой (0,55 кВт) мощности.
Корпус стенда содержит:
Преобразователь частоты для генерации трехфазной сети переменного тока переменной частоты и напряжения питания асинхронного двигателя и трехфазных трансформаторов. Преобразователь основан на микроконтроллере MB90F562 (Fujitsu) и модуле интеллектуального управления питанием PS11033 (Mitsubishi). Контроллер используется для расчета входных данных (задание напряжения и частоты) и выходных сигналов (ток, напряжение), для обмена данными с ПК (RS-485) и отображения измеренных значений на передней панели стенда. Силовой модуль включает в себя силовые цепи трехфазного мостового выпрямителя, трехфазного мостового инвертора на IGBT-транзисторах, а также драйверы и цепи защиты (от короткого замыкания, недостаточного напряжения питания драйверов, некорректного ввода управляющих сигналов). Частотный преобразователь позволяет пользователю исследовать асинхронный двигатель во всех четырех квадрантах механических характеристик.
Широкоимпульсный преобразователь для питания цепи якоря и обмотки возбуждения двигателя постоянного тока, а также питания цепи ротора трехфазного асинхронного двигателя с обмотанным ротором в режиме синхронного двигателя и генератора. Широкоимпульсный преобразователь реализован на основе силового элемента частотного преобразователя. Два его плеча используются для получения реверсивного симметричного ШИМ, а третье плечо используется в качестве необратимого ШИМ для ротора трехфазного асинхронного двигателя. Питание обмотки реализовано на одном MOSFET-транзисторе International Rectifier. Система управления основана на микроконтроллере AT Mega163 (Atmel) и реализует 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 передней панели стенда. Широтно-импульсный преобразователь цепи якоря двигателя постоянного тока дополнен режимом замкнутой системы (регулирование тока или скорости), а также режимом генератора.
Измерительный блок основан на цифровых измерительных приборах. Помимо прямого измерения тока и напряжения, каждый канал может рассчитывать:
эффективное значение переменного тока и напряжения;
угол сдвига между током и напряжением, а также вычислять cos(φ);
активную мощность.
Релейно-контакторное управление, позволяющее пользователю:
переключать цепь асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором (звезда/треугольник);
изменять значение нагрузочного резистора в трехфазной цепи;
подключать асинхронные двигатели к сети 3 ~ 380/220 В 50 Гц или частотному преобразователю;
Резисторы в цепи обмотки возбуждения (двухступенчатые);
Нагрузочные резисторы в трехфазной цепи (трехступенчатые);
Резисторы сброса перенапряжения на интеллектуальных модулях.
Частотный преобразователь и широтно-импульсный преобразователь включены для работы во внутренней сети (режим восстановления) с целью снижения энергопотребления от сети.
Три двухвитковых трансформатора;
Силовые контакторы релейной подсистемы.
Схемы подключения изучаемых объектов представлены на передней панели. Все схемы сгруппированы в соответствии с тематикой лабораторной работы. Панель содержит коммутационные розетки, индикаторы цифровых устройств, коммутационное оборудование и элементы управления, позволяющие пользователю изменять параметры элементов во время лабораторной работы.
Элементы управления на передней панели стенда:
потенциометр уставки для управления обратным широтно-импульсным преобразователем, опорным сигналом замкнутой системы;
потенциометры уставки широтно-импульсных преобразователей питания обмоток возбуждения двигателя постоянного тока и ротора асинхронного двигателя в режиме синхронной машины;
потенциометры уставки частотного преобразователя, позволяющие плавно изменять выходную частоту (0 ÷ 163 Гц) и настройки выходного напряжения (0 ÷ 220 В);
управление релейной подсистемой.
Для проведения лабораторной работы необходимо собрать схему изучаемого объекта, используя стандартизированные перемычки, позволяющие пользователю собрать схему без потери наглядности.
Лабораторный стенд дополняется программным обеспечением и комплектом методической и технической документации, предназначенной для преподавательского состава.
Лабораторный стенд позволяет проводить следующие лабораторные работы:
1. Изучение двух обмоточного силового трансформатора с использованием методов холостого хода и короткого замыкания.
Исследование однофазного трансформатора в различных режимах, определение параметров эквивалентной схемы и расчет внешних характеристик трансформатора.
2. Экспериментальное определение групп соединений трехфазного двухобмоточного трансформатора.
Изучение векторных диаграмм напряжения для различных схем соединений и экспериментальное определение группы соединений трехфазного трансформатора.
3. Изучение трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Изучение конструкции и характеристик трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором с использованием методов холостого хода, короткого замыкания и непосредственной нагрузки.
4. Изучение методов пуска трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.
Изучение пускоспособности трехфазных асинхронных двигателей, схемы сборки и расчета статических и динамических характеристик пуска двигателя.
5. Исследование генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
Изучение принципа работы и характеристик генератора постоянного тока с параллельным возбуждением.
6. Исследование генератора постоянного тока с раздельным возбуждением.
Изучение принципа работы и характеристик генератора постоянного тока с раздельным возбуждением.
7. Исследование двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
Изучение принципа работы и характеристик двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением.
8. Исследование однофазного трансформатора.
Объект исследования: однофазный трансформатор. В ходе лабораторных работ изучаются состояния холостого хода, короткого замыкания и работы под нагрузкой, а также измеряются внешние характеристики трансформатора.
9. Исследование трехфазного трансформатора.
Объект исследования: трехфазный трансформатор. В ходе лабораторных работ изучаются состояния холостого хода, короткого замыкания и работы под нагрузкой, а также измеряются внешние характеристики трансформатора.
10. Изучение соединительных групп трехфазного трансформатора.
Исследуемый объект: трехфазный трансформатор. В ходе лабораторной работы изучалось радионапряжение первичной и вторичной обмоток трансформатора при объединении обмоток 0, 5, 6, 11 в группы.
11. Исследование двигателя постоянного тока с раздельным возбуждением.
Исследуемый объект: двигатель постоянного тока с раздельным возбуждением, нагруженный двигатель постоянного тока в режиме динамического торможения. В ходе лабораторной работы измерялись рабочие и управляющие характеристики двигателя.
12. Исследование генератора постоянного тока с раздельным возбуждением.
Исследуемый объект: генератор постоянного тока, вращаемый электродвигателем постоянного тока. В ходе лабораторной работы измерялись характеристики холостого хода, внешние характеристики и характеристики управления генератора.
13. Исследование асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Исследуемый объект: асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, нагруженный двигателем постоянного тока в режиме динамического торможения. В ходе лабораторной работы измерялись рабочие и механические характеристики двигателя.
14. Исследование сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах работы.
Исследуемый объект: сельсины в индикаторном и трансформаторном режимах работы. В ходе лабораторных работ изучается работа сельсинов в индикаторном и трансформаторном режимах.
Технические характеристики стенда:
Напряжение ~220 В 50 Гц / 3~50 Гц 220 В 3P+PE+N
Потребляемая мощность, Вт 250 / 1 кВт
Технические характеристики измерительной системы:
Количество параметров, отображаемых на стенде: 15 шт. (12 индикаторов)
Вольтметры: 4 шт.
Амперметры: 6 шт.
Фазометры: 1 шт.
Велосиметры: 1 шт.
Ваттметры: 2 шт.
Частоточники: 1 шт.
Диапазон измеряемого напряжения от ±1 В до ±750 В
Диапазон измеряемого тока от ±1 мА до ±5 А
Диапазон измеряемой 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
Ток перегрузки ±7 А
Технические характеристики частотного преобразователя:
Мощность двигателя: 0,4 кВт / 1,5 кВтт
Номинальный ток: 7 А
Диапазон рабочего выходного напряжения 3~220 В
Метод управления: синусоидальная ШИМ (управление U/f, независимое)
Диапазон регулирования частоты: от 0 до 163 Гц
Разрешение частоты: 0,3 Гц
Запас по перегрузке: 150% от номинального выходного тока в течение 1 минуты (интегральная зависимость)
Полный комплект оборудования NTC-06.01 «Электрические машины»:
Измерения проводятся с помощью аналоговых панельных измерителей. На передней панели стенда установлено 10 панельных измерителей, среди которых:
амперметр переменного тока (предел измерения 0,2/0,5/1 А, класс точности 2,5) 1 шт.;
амперметр постоянного тока (предел измерения 1 А, класс точности 2,5) 2 шт.;
амперметр постоянного тока (предел измерения 0,2 А, класс точности 2,5) 1 шт.;
вольтметр переменного тока (предел измерения 100 В, класс точности 1) 1 шт.;
вольтметр постоянного тока (предел измерения 200 В, класс точности 1) 1 шт.;
Ваттметр переменного тока (предел измерения 40/450 Вт, класс точности 2,5) 1 шт.;
Палмометр (предел измерения 5000 об/мин, класс точности 4) 1 шт.
Лабораторный стол поставляется со следующим методическим обеспечением: комплект методической и технической документации для преподавательского состава.
Стол позволяет выполнять следующие лабораторные работы:
лабораторный стол «Электрические машины»;
один узел машины;
кабель AM-BM USB 2.0;
CD-R с сопроводительной документацией и программным обеспечением;
паспорт;
комплект перемычек.
