SMTE448 Лабораторная работа «Изучение асинхронного двигателя (с ротором с обмоткой)» Электротехническое лабораторное оборудование Учебное оборудованиеОписание
Стенд предназначен для проведения лабораторных работ по теме «Электрические машины».
Конструктивно стенд состоит из двух частей:
корпуса, в котором размещены часть электрооборудования, электронные платы, передняя панель, силовой модуль и столешница интегрированного рабочего стола;
машинного узла, включающего 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 электромашинным блоком на базе 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 интеллектуальном модуле питания 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 (короткое замыкание, драйверы с недостаточным напряжением питания, некорректный вход 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 осуществляется на одном МОП-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.
Технические характеристики измерительной системы:
Количество параметров, отображаемых на стенде: 15 шт. (12 индикаторов)
Вольтметры: 4 шт.
Амперметры: 6 шт.
Фазометры: 1 шт.
Скоростометры: 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 кВт
Номинальный ток: 7 А
Диапазон 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 «Электрические машины»:
лабораторный стенд «Электрические машины»;
один узел машины;
комплект перемычек;
кабель AM-BM USB 2.0;
CD-R с сопроводительной документацией и программным обеспечением.
